Digitale Bildverarbeitung: eine Einführung mit Java und ImageJ ; mit ... 16 Tabellen
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| Hauptverfasser: | , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2006
|
| Ausgabe: | 2., überarb. Aufl. |
| Schriftenreihe: | X.media.press
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturverzeichnis Seite 497 - 501 |
| Beschreibung: | XX, 514 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3540309403 9783540309406 |
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| adam_text | Inhaltsverzeichnis
1
1.1 Programmieren mit Bildern.......................... 2
1.2 Bildanalyse und „intelligente Verfahren............... 3
2 Digitale Bilder........................................ 5
2.1 Arten von digitalen Bildern.......................... 5
2.2 Bildaufnahme...................................... 5
2.2.1 Das Modell der Lochkamera................... 5
2.2.2 Die „dünne Linse............................ 8
2.2.3 Übergang zum Digitalbild..................... 9
2.2.4 Bildgröße und Auflösung...................... 10
2.2.5 Bildkoordinaten.............................. 11
2.2.6 Pixelwerte................................... 12
2.3 Dateiformate für Bilder ............................. 14
2.3.1 Raster-
2.3.2
2.3.3 Graphics
2.3.4
2.3.5 JPEG....................................... 17
2.3.6 Windows Bitmap (BMP)...................... 21
2.3.7
2.3.8 Weitere Dateiformate......................... 22
2.3.9 Bits und Bytes............................... 22
2.4 Aufgaben.......................................... 24
3 ImageJ............................................... 27
3.1 Software für digitale Bilder.......................... 28
3.1.1 Software zur Bildbearbeitung.................. 28
3.1.2 Software zur Bildverarbeitung.................. 28 .___
XI
XII
Inhaltsverzeichnis 3.2 Eigenschaften von ImageJ........................... 28
3.2.1 Features..................................... 29
3.2.2 Fertige Werkzeuge............................ 30
3.2.3 ImageJ-Plugins .............................. 31
3.2.4 Beispiel-Plugin:
3.3 Weitere Informationen zu ImageJ und Java............ 35
3.3.1 Ressourcen für ImageJ........................ 35
3.3.2 Programmieren mit Java...................... 35
3.4 Aufgaben.......................................... 36
4 Histogramme......................................... 39
4.1 Was ist ein Histogramm?............................ 39
4.2 Was ist aus Histogrammen abzulesen?................. 41
4.2.1 Eigenschaften der Bildaufnahme................ 41
4.2.2 Bildfehler ................................... 43
4.3 Berechnung von Histogrammen....................... 46
4.4 Histogramme für Bilder mit mehr als 8 Bit ............ 48
4.4.1
4.4.2 Beispiel..................................... 48
4.4.3 Implementierung............................. 49
4.5 Histogramme von Farbbildern........................ 49
4.5.1 Luminanzhistogramm......................... 49
4.5.2 Histogramme der Farbkomponenten ............ 50
4.5.3 Kombinierte Farbhistogramme................. 50
4.6 Das kumulative Histogramm......................... 52
4.7 Aufgaben.......................................... 52
5 Punktoperationen.................................... 55
5.1 Änderung der Bildintensität ......................... 56
5.1.1 Kontrast und Helligkeit....................... 56
5.1.2 Beschränkung der Ergebniswerte
5.1.3 Invertieren von Bildern........................ 57
5.1.4 Schwellwertoperation (tresholding).............. 57
5.2 Punktoperationen und Histogramme.................. 58
5.3 Automatische Kontrastanpassung..................... 59
5.4 Linearer Histogrammausgleich ....................... 61
5.5 Histogrammanpassung.............................. 65
5.5.1 Häufigkeiten und Wahrscheinlichkeiten.......... 65
5.5.2 Prinzip der Histogrammanpassung.............. 66
5.5.3 Stückweise lineare Referenz Verteilung........... 67
5.5.4 Anpassung an ein konkretes Histogamm......... 68
5.5.5 Beispiele.................................... 70
5.6 Gammakorrektur................................... 74
5.6.1 Warum
5.6.2 Die Gammafunktion.......................... 75
5.6.3 Reale Gammawerte........................... 76
5.6.4 Anwendung der Gammakorrektur .............. 77
5.6.5 Implementierung............................. 78 Inhaltsverzeichnis
5.6.6 Modifizierte Gammafunktion................... 78
5.7 Punktoperationen in ImageJ......................... 81
5.7.1 Punktoperationen mit
5.7.2 Arithmetische Standardoperationen............. 82
5.7.3 Punktoperationen mit mehreren Bildern......... 83
5.7.4 ImageJ-Plugins für mehrere Bilder.............. 84
5.8 Aufgaben.......................................... 85
Filter................................................. 89
6.1 Was ist ein Filter?.................................. 89
6.2 Lineare Filter...................................... 91
6.2.1 Die Filtermatrix.............................. 91
6.2.2 Anwendung des Filters........................ 92
6.2.3 Berechnung der Filteroperation ................ 93
6.2.4 Beispiele für Filter-Plugins .................... 94
6.2.5 Ganzzahlige Koeffizienten..................... 95
6.2.6 Filter beliebiger Größe........................ 97
6.2.7 Arten von linearen Filtern..................... 98
6.3 Formale Eigenschaften linearer Filter ................. 101
6.3.1 Lineare Faltung..............................101
6.3.2 Eigenschaften der linearen Faltung .............102
6.3.3 Separierbarkeit von Filtern....................103
6.3.4 Impulsantwort eines Filters....................105
6.4 Nichtlineare Filter..................................106
6.4.1 Minimum- und Maximum-Filter................ 107
6.4.2 Medianfilter................................. 108
6.4.3 Das gewichtete Medianfilter.................... 109
6.4.4 Andere nichtlineare Filter..................... 111
6.5 Implementierung von Filtern......................... 112
6.5.1 Effizienz von Filterprogrammen................112
6.5.2 Behandlung der Bildränder....................113
6.6 Filteroperationen in ImageJ..........................113
6.6.1 Lineare Filter................................ 113
6.6.2 Gauß-Filter.................................. 115
6.6.3 Nichtlineare Filter............................ 115
6.7 Aufgaben.......................................... 115
Kanten und Konturen................................117
7.1 Wie entsteht eine Kante?............................117
7.2 Gradienten-basierte Kantendetektion..................118
7.2.1 Partielle Ableitung und Gradient...............119
7.2.2 Ableitungsfilter..............................120
7.3 Filter zur Kantendetektion ..........................120
7.3.1 Prewitt- und Sobel-Operator...................120
7.3.2 Roberts-Operator............................123
7.3.3 Kompass-Operatoren.........................124 --------
XIII
Inhaltsverzeichnis 7.3.4 Kantenoperatoren in ImageJ................... 125
7.4 Weitere Kantenoperatoren........................... 125
7.4.1 Kantendetektion mit zweiten Ableitungen....... 125
7.4.2 Kanten auf verschiedenen Skalenebenen......... 126
7.4.3 Canny-Filter................................. 126
7.5 Von Kanten zu Konturen............................ 128
7.5.1 Konturen verfolgen........................... 128
7.5.2 Kantenbilder................................. 129
7.6 Kantenschärfüng................................... 129
7.6.1 Kantenschärfüng mit dem Laplace-Filter........ 130
7.6.2 Unscharfe Maskierung (unsharp
7.7 Aufgaben.......................................... 136
8 Auffinden von Eckpunkten............................ 139
8.1 „Points
8.2 Harris-Detektor.................................... 140
8.2.1 Lokale Strukturmatrix........................ 140
8.2.2 Corner
8.2.3 Bestimmung der Eckpunkte.................... 142
8.2.4 Beispiele.................................... 142
8.3 Implementierung................................... 142
8.3.1 Schritt 1 - Berechnung der
function
8.3.2 Schritt 2 - Bestimmung der Eckpunkte.......... 148
8.3.3 Anzeigen der Eckpunkte....................... 151
8.3.4 Zusammenfassung............................ 152
8.4 Aufgaben.......................................... 153
9 Detektion einfacher Kurven .......................... 155
9.1 Auffällige Strukturen ............................... 155
9.2 Hough-Transformation.............................. 156
9.2.1 Parameterraum.............................. 157
9.2.2 Akkumulator-
9.2.3 Eine bessere Geradenparametrisierung.......... 159
9.3 Implementierung der Hough-Transformation........... 160
9.3.1 Füllen des Akkumulator-Arrays................ 161
9.3.2 Auswertung des Akkumulator-Arrays........... 163
9.3.3 Erweiterungen der Hough-Transformation....... 164
9.4 Hough-Transformation für Kreise und Ellipsen......... 167
9.4.1 Kreise und Kreisbögen........................ 167
9.4.2 Ellipsen..................................... 168
9.5 Aufgaben.......................................... 169
XIV
10 Morphologische Filter................................171 Inhaltsverzeichnis
10.1 Schrumpfen und wachsen lassen......................172
10.1.1 Nachbarschaft von Bildelementen...............173
10.2 Morphologische Grundoperationen....................174
10.2.1 Das Strukturelement..........................174
10.2.2 Punktmengen................................174
10.2.3 Dilation.....................................175
10.2.4 Erosion.....................................176
10.2.5 Eigenschaften von Dilation und Erosion.........176
10.2.6 Design morphologischer Filter..................177
10.2.7 Anwendungsbeispiel: Outline...................178
10.3 Zusammengesetzte Operationen......................179
10.3.1
10.3.2
10.3.3 Eigenschaften von
10.4 Morphologische Filter für Grauwert- und Farbbilder .... 182
10.4.1 Strukturelemente.............................183
10.4.2 Grauwert-Dilation und -Erosion................184
10.4.3 Grauwert-Opening und
10.5 Implementierung morphologischer Filter...............186
10.5.1 Binäre Bilder in ImageJ.......................186
10.5.2 Dilation und Erosion..........................187
10.5.3
10.5.4 Outline.....................................190
10.5.5 Morphologische Operationen in ImageJ..........190
10.6 Aufgaben..........................................192
11 Regionen in Binärbildern.............................195
11.1 Auffinden von Bildregionen..........................196
11.1.1 Regionenmarkierung durch
11.1.2 Sequentielle Regionenmarkierung...............200
11.1.3 Regionenmarkierung - Zusammenfassung........206
11.2 Konturen von Regionen.............................206
11.2.1 Äußere und innere Konturen...................206
11.2.2 Kombinierte Regionenmarkierung und
Konturfindung...............................208
11.2.3 Implementierung.............................209
11.2.4 Beispiele....................................212
11.3 Repräsentation von Bildregionen.....................214
11.3.1 Matrix-Repräsentation........................214
11.3.2 Lauflängenkodierung..........................214
11.3.3 Chain Codes.................................215
11.4 Eigenschaften binärer Bildregionen...................218
11.4.1 Formmerkmale (Features).....................218
11.4.2 Geometrische Eigenschaften ...................219
11.4.3 Statistische Formeigenschaften.................222
11.4.4 Momentenbasierte geometrische Merkmale.......224
XV
XVI
Inhaltsverzeichnis H-4.5 Projektionen.................................228
11.4.6 Topologische Merkmale .......................229
11.5 Aufgaben..........................................229
12 Farbbilder............................................233
12.1 RGB-Farbbilder....................................233
12.1.1 Aufbau von Farbbildern.......................235
12.1.2 Farbbilder in ImageJ..........................237
12.2 Farbräume und Farbkonversion.......................248
12.2.1 Umwandlung in Grauwertbilder................249
12.2.2 Desaturierung von Farbbildern.................251
12.2.3 HSV/HSB- und HLS-Farbraum................253
12.2.4 TV-Komponentenfarbräume - YUV, YIQ und
YC6Cr......................................262
12.2.5 Farbräume für den Druck - CMY und CMYK ... 266
12.3 Colorimetrische Farbräume..........................270
12.3.1 CIE-Farbräume..............................271
12.3.2 CIE L*a*b* ..................................276
12.3.3 sRGB.......................................278
12.3.4 Adobe RGB.................................282
12.3.5 Farben und Farbräume in Java.................283
12.4 Statistiken von Farbbildern..........................288
12.4.1 Wie viele Farben enthält ein Bild?..............288
12.4.2 Histogramme................................288
12.5 Farbquantisierung..................................289
12.5.1 Skalare Farbquantisierung.....................292
12.5.2 Vektorquantisierung..........................293
12.6 Aufgaben..........................................297
13 Einführung in Spektraltechniken......................299
13.1 Die Fouriertransformation...........................300
13.1.1 Sinus- und Kosinusfunktionen..................300
13.1.2 Fourierreihen als Darstellung periodischer
Funktionen..................................303
13.1.3 Fourierintegral...............................304
13.1.4 Fourierspektrum und
13.1.5
13.1.6 Wichtige Eigenschaften der Fouriertransformation 307
13.2 Übergang zu diskreten Signalen......................311
13.2.1 Abtastung...................................311
13.2.2 Diskrete und periodische Funktionen............317
13.3 Die diskrete Fouriertransformation (DFT).............317
13.3.1 Definition der DFT........................... 319
13.3.2 Diskrete Basisfunktionen...................... 320
13.3.3 Schon wieder
13.3.4 Einheiten im Orts- und Spektralraum........... 324
13.3.5 Das Leistungsspektrum ....................... 326
13.4 Implementierung der DFT...........................326 Inhaltsverzeichnis
13.4.1 Direkte Implementierung......................326
13.4.2 Fast
13.5 Aufgaben..........................................329
14 Diskrete Fouriertransformation in 2D.................331
14.1 Definition der 2D-DFT..............................331
14.1.1 2D-Basisfunktionen...........................332
14.1.2 Implementierung der zweidimensionalen DFT .... 332
14.2 Darstellung der Fouriertransformierten in 2D ..........333
14.2.1 Wertebereich ................................333
14.2.2 Zentrierte Darstellung.........................336
14.3 Frequenzen und Orientierung in 2D...................337
14.3.1 Effektive Frequenz............................337
14.3.2 Frequenzlimits und
14.3.3 Orientierung.................................338
14.3.4 Geometrische Korrektur des 2D-Spektrums......339
14.3.5 Auswirkungen der Periodizität.................340
14.3.6
14.3.7 Fensterfunktionen............................342
14.4 Beispiele für Fouriertransformierte in 2D..............347
14.4.1 Skalierung...................................347
14.4.2 Periodische Bildmuster........................347
14.4.3 Drehung....................................347
14.4.4 Gerichtete, längliche Strukturen................347
14.4.5 Natürliche Bilder.............................347
14.4.6 Druckraster..................................347
14.5 Anwendungen der DFT.............................351
14.5.1 Lineare Filteroperationen im Spektralraum......351
14.5.2 Lineare Faltung und Korrelation...............352
14.5.3
14.6 Aufgaben..........................................354
15 Die diskrete Kosinustransformation (DCT)...........355
15.1 Eindimensionale DCT...............................355
15.1.1 Basisfunktionen der DCT .....................356
15.1.2 Implementierung der eindimensionalen DCT.....356
15.2 Zweidimensionale DCT..............................358
15.2.1 Separierbarkeit...............................359
15.2.2 Beispiele....................................359
15.3 Andere Spektraltransformationen.....................359
15.4 Aufgaben..........................................361
XVII
Inhaltsverzeichnis 16 Geometrische Bildoperationen........................363
16.1 2D-Koordinatentransformation.......................364
16.1.1 Einfache Abbildungen.........................365
16.1.2 Homogene Koordinaten.......................365
16.1.3 Affine Abbildung (Dreipunkt-Abbildung)........366
16.1.4 Projektive Abbildung (Vierpunkt-Abbildimg)-----367
16.1.5 Bilineare Abbildung..........................372
16.1.6 Weitere nichtlineare Bildverzerrungen...........373
16.1.7 Lokale Transformationen......................376
16.2
16.2.1 Source-to-Target
16.2.2 Target-to-Source
16.3 Interpolation.......................................379
16.3.1 Einfache Interpolationsverfahren ...............380
16.3.2 Ideale Interpolation...........................380
16.3.3 Interpolation durch Faltung....................383
16.3.4 Kubische Interpolation........................383
16.3.5 Lanczos-Interpolation.........................385
16.3.6 Interpolation in 2D...........................386
16.3.7
16.4 Java-Implementierung...............................395
16.4.1 Geometrische Abbildungen....................396
16.4.2 Pixel-Interpolation...........................405
16.4.3 Anwendungsbeispiele .........................408
16.5 Aufgaben..........................................410
17 Bildvergleich.........................................411
17.1 Template
17.1.1 Abstand zwischen Bildmustern.................413
17.1.2 Umgang mit Drehungen und Größenänderungen.. 420
17.1.3 Implementierung.............................420
17.2 Vergleich von Binärbildern...........................420
17.2.1 Direkter Vergleich von Binärbildern.............421
17.2.2 Die Distanztransformation.....................423
17.2.3
17.3 Aufgaben..........................................430
A
A.l Häufig verwendete Symbole..........................431
A.2 Komplexe Zahlen C.................................433
A.3 Algorithmische Komplexität und O-Notation...........434
B Java-Notizen .........................................435
B.l Arithmetik........................................435
B.l.l Ganzzahlige Division..........................435
B.1.2 Modulo-Operator.............................437
•---------- B.1.3
XVIII
B.1.4 Mathematische Punktionen (Math-Klasse) .......438 Inhaltsverzeichnis
B.1.5 Runden.....................................439
B.1.6
B.1.7
B.2
B.2.1
B.2.2 Größe von
B.2.3 Zugriff auf Array-Elemente....................441
B.2.4 Zweidimensionale
ImageJ-Kurzreferenz.................................445
C.l Installation und Setup..............................445
C.2 ImageJ-API .......................................447
C.2.1 Bilder.......................................447
C.2.2 Bildprozessoren..............................447
C.2.3 Plugins .....................................448
C.2.4 GUI-Klassen.................................449
C.2.5 Window-Management.........................450
C.2.6 Utility-Klassen...............................450
C.2.7
C.3 Bilder und Bildfolgen erzeugen.......................450
C.3.1 ImagePlus (Klasse)...........................450
C.3.2 ImageStack (Klasse)..........................451
C.3.3 Newlmage (Klasse)............................451
C.3.4 ImageProcessor (Klasse) .....................452
C.4 Bildprozessoren erzeugen............................452
C.4.1 ImageProcessor (Klasse) .....................452
C.4.2 ByteProcessor (Klasse) ......................452
C.4.3 ColorProcessor (Klasse) .....................452
C.4.4 FloatProcessor (Klasse) .....................453
C.4.5 ShortProcessor (Klasse) .....................453
C.5 Bildparameter .....................................454
C.5.1 ImageProcessor (Klasse) .....................454
C.6 Zugriff auf Pixel....................................454
C.6.1 ImageProcessor (Klasse) .....................454
C.7 Konvertieren von Bildern............................457
C.7.1 ImageProcessor (Klasse) .....................457
C.7.2 ImagePlus, ImageConverter (Klassen)..........458
C.8 Histogramme und Bildstatistiken.....................458
C.8.1 ImageProcessor (Klasse) .....................458
C.9 Punktoperationen..................................459
C.9.1 ImageProcessor (Klasse) .....................459
C.9.2 Blitter (Interface)...........................460
CIO Filter.............................................461
C.10.1 ImageProcessor (Klasse) .....................461
C.ll Geometrische Operationen...........................461
C.ll.l ImageProcessor (Klasse) .....................461
XIX
XX
Inhaltsverzeichnis C.12 Grafische Operationen in Bildern.....................462
C.12.1 ImageProcessor (Klasse) .....................462
C.13 Bilder darstellen....................................463
C.13.1 ImagePlus (Klasse)...........................463
C.14 Operationen auf Bildfolgen (Stacks)...................464
C.14.1 ImagePlus (Klasse)...........................464
C.14.2 ImageStack (Klasse)..........................464
C.14.3 Stack-Beispiel................................465
C.15 Region
C.15.1 ImageProcessor (Klasse) .....................469
C.15.2 ImageStack (Klasse)..........................469
C.15.3 ImagePlus (Klasse)...........................470
C.15.4Roi, Line, OvalRoi, PolygonRoi (Klassen)......470
C.16 Image
C.16.1 ImagePlus (Klasse)...........................471
C.17 Interaktion........................................471
C.17.1 IJ (Klasse)..................................471
C.17.2 ImageProcessor (Klasse) .....................473
C.17.3 GenericDialog (Klasse) ......................473
C.18 Plugins............................................474
C.18.1 Plugin (Interface)............................474
C.18.2 PluglnFilter (Interface) .....................474
C.18.3 Plugins ausführen - IJ (Klasse)................476
C.19 Window-Management...............................476
C.19.1 WindowManager (Klasse) ......................476
C.20 Weitere Punktionen.................................477
C.20.1 ImagePlus (Klasse)...........................477
C.20.2 IJ (Klasse)..................................477
D
D.l Harris Corner
D.l.l File Corner,
D.1.2 File HaxrisCornerDetector.
D.I.3 File HarrisCornerPlugin_.
D.2 Kombinierte Regionenmarkierung-Konturverfolgung .... 487
D.2.1
D.2.2
D.2.3
D.2.4
D.2.5 File Inner
D.2.6
D.2.7
D.2.8
Literaturverzeichnis ......................................497
Sachverzeichnis...........................................503
|
| adam_txt |
Inhaltsverzeichnis
1
1.1 Programmieren mit Bildern. 2
1.2 Bildanalyse und „intelligente" Verfahren. 3
2 Digitale Bilder. 5
2.1 Arten von digitalen Bildern. 5
2.2 Bildaufnahme. 5
2.2.1 Das Modell der Lochkamera. 5
2.2.2 Die „dünne" Linse. 8
2.2.3 Übergang zum Digitalbild. 9
2.2.4 Bildgröße und Auflösung. 10
2.2.5 Bildkoordinaten. 11
2.2.6 Pixelwerte. 12
2.3 Dateiformate für Bilder . 14
2.3.1 Raster-
2.3.2
2.3.3 Graphics
2.3.4
2.3.5 JPEG. 17
2.3.6 Windows Bitmap (BMP). 21
2.3.7
2.3.8 Weitere Dateiformate. 22
2.3.9 Bits und Bytes. 22
2.4 Aufgaben. 24
3 ImageJ. 27
3.1 Software für digitale Bilder. 28
3.1.1 Software zur Bildbearbeitung. 28
3.1.2 Software zur Bildverarbeitung. 28 ._
XI
XII
Inhaltsverzeichnis 3.2 Eigenschaften von ImageJ. 28
3.2.1 Features. 29
3.2.2 Fertige Werkzeuge. 30
3.2.3 ImageJ-Plugins . 31
3.2.4 Beispiel-Plugin:
3.3 Weitere Informationen zu ImageJ und Java. 35
3.3.1 Ressourcen für ImageJ. 35
3.3.2 Programmieren mit Java. 35
3.4 Aufgaben. 36
4 Histogramme. 39
4.1 Was ist ein Histogramm?. 39
4.2 Was ist aus Histogrammen abzulesen?. 41
4.2.1 Eigenschaften der Bildaufnahme. 41
4.2.2 Bildfehler . 43
4.3 Berechnung von Histogrammen. 46
4.4 Histogramme für Bilder mit mehr als 8 Bit . 48
4.4.1
4.4.2 Beispiel. 48
4.4.3 Implementierung. 49
4.5 Histogramme von Farbbildern. 49
4.5.1 Luminanzhistogramm. 49
4.5.2 Histogramme der Farbkomponenten . 50
4.5.3 Kombinierte Farbhistogramme. 50
4.6 Das kumulative Histogramm. 52
4.7 Aufgaben. 52
5 Punktoperationen. 55
5.1 Änderung der Bildintensität . 56
5.1.1 Kontrast und Helligkeit. 56
5.1.2 Beschränkung der Ergebniswerte
5.1.3 Invertieren von Bildern. 57
5.1.4 Schwellwertoperation (tresholding). 57
5.2 Punktoperationen und Histogramme. 58
5.3 Automatische Kontrastanpassung. 59
5.4 Linearer Histogrammausgleich . 61
5.5 Histogrammanpassung. 65
5.5.1 Häufigkeiten und Wahrscheinlichkeiten. 65
5.5.2 Prinzip der Histogrammanpassung. 66
5.5.3 Stückweise lineare Referenz Verteilung. 67
5.5.4 Anpassung an ein konkretes Histogamm. 68
5.5.5 Beispiele. 70
5.6 Gammakorrektur. 74
5.6.1 Warum
5.6.2 Die Gammafunktion. 75
5.6.3 Reale Gammawerte. 76
5.6.4 Anwendung der Gammakorrektur . 77
5.6.5 Implementierung. 78 Inhaltsverzeichnis
5.6.6 Modifizierte Gammafunktion. 78
5.7 Punktoperationen in ImageJ. 81
5.7.1 Punktoperationen mit
5.7.2 Arithmetische Standardoperationen. 82
5.7.3 Punktoperationen mit mehreren Bildern. 83
5.7.4 ImageJ-Plugins für mehrere Bilder. 84
5.8 Aufgaben. 85
Filter. 89
6.1 Was ist ein Filter?. 89
6.2 Lineare Filter. 91
6.2.1 Die Filtermatrix. 91
6.2.2 Anwendung des Filters. 92
6.2.3 Berechnung der Filteroperation . 93
6.2.4 Beispiele für Filter-Plugins . 94
6.2.5 Ganzzahlige Koeffizienten. 95
6.2.6 Filter beliebiger Größe. 97
6.2.7 Arten von linearen Filtern. 98
6.3 Formale Eigenschaften linearer Filter . 101
6.3.1 Lineare Faltung.101
6.3.2 Eigenschaften der linearen Faltung .102
6.3.3 Separierbarkeit von Filtern.103
6.3.4 Impulsantwort eines Filters.105
6.4 Nichtlineare Filter.106
6.4.1 Minimum- und Maximum-Filter. 107
6.4.2 Medianfilter. 108
6.4.3 Das gewichtete Medianfilter. 109
6.4.4 Andere nichtlineare Filter. 111
6.5 Implementierung von Filtern. 112
6.5.1 Effizienz von Filterprogrammen.112
6.5.2 Behandlung der Bildränder.113
6.6 Filteroperationen in ImageJ.113
6.6.1 Lineare Filter. 113
6.6.2 Gauß-Filter. 115
6.6.3 Nichtlineare Filter. 115
6.7 Aufgaben. 115
Kanten und Konturen.117
7.1 Wie entsteht eine Kante?.117
7.2 Gradienten-basierte Kantendetektion.118
7.2.1 Partielle Ableitung und Gradient.119
7.2.2 Ableitungsfilter.120
7.3 Filter zur Kantendetektion .120
7.3.1 Prewitt- und Sobel-Operator.120
7.3.2 Roberts-Operator.123
7.3.3 Kompass-Operatoren.124 --------
XIII
Inhaltsverzeichnis 7.3.4 Kantenoperatoren in ImageJ. 125
7.4 Weitere Kantenoperatoren. 125
7.4.1 Kantendetektion mit zweiten Ableitungen. 125
7.4.2 Kanten auf verschiedenen Skalenebenen. 126
7.4.3 Canny-Filter. 126
7.5 Von Kanten zu Konturen. 128
7.5.1 Konturen verfolgen. 128
7.5.2 Kantenbilder. 129
7.6 Kantenschärfüng. 129
7.6.1 Kantenschärfüng mit dem Laplace-Filter. 130
7.6.2 Unscharfe Maskierung (unsharp
7.7 Aufgaben. 136
8 Auffinden von Eckpunkten. 139
8.1 „Points
8.2 Harris-Detektor. 140
8.2.1 Lokale Strukturmatrix. 140
8.2.2 Corner
8.2.3 Bestimmung der Eckpunkte. 142
8.2.4 Beispiele. 142
8.3 Implementierung. 142
8.3.1 Schritt 1 - Berechnung der
function
8.3.2 Schritt 2 - Bestimmung der Eckpunkte. 148
8.3.3 Anzeigen der Eckpunkte. 151
8.3.4 Zusammenfassung. 152
8.4 Aufgaben. 153
9 Detektion einfacher Kurven . 155
9.1 Auffällige Strukturen . 155
9.2 Hough-Transformation. 156
9.2.1 Parameterraum. 157
9.2.2 Akkumulator-
9.2.3 Eine bessere Geradenparametrisierung. 159
9.3 Implementierung der Hough-Transformation. 160
9.3.1 Füllen des Akkumulator-Arrays. 161
9.3.2 Auswertung des Akkumulator-Arrays. 163
9.3.3 Erweiterungen der Hough-Transformation. 164
9.4 Hough-Transformation für Kreise und Ellipsen. 167
9.4.1 Kreise und Kreisbögen. 167
9.4.2 Ellipsen. 168
9.5 Aufgaben. 169
XIV
10 Morphologische Filter.171 Inhaltsverzeichnis
10.1 Schrumpfen und wachsen lassen.172
10.1.1 Nachbarschaft von Bildelementen.173
10.2 Morphologische Grundoperationen.174
10.2.1 Das Strukturelement.174
10.2.2 Punktmengen.174
10.2.3 Dilation.175
10.2.4 Erosion.176
10.2.5 Eigenschaften von Dilation und Erosion.176
10.2.6 Design morphologischer Filter.177
10.2.7 Anwendungsbeispiel: Outline.178
10.3 Zusammengesetzte Operationen.179
10.3.1
10.3.2
10.3.3 Eigenschaften von
10.4 Morphologische Filter für Grauwert- und Farbbilder . 182
10.4.1 Strukturelemente.183
10.4.2 Grauwert-Dilation und -Erosion.184
10.4.3 Grauwert-Opening und
10.5 Implementierung morphologischer Filter.186
10.5.1 Binäre Bilder in ImageJ.186
10.5.2 Dilation und Erosion.187
10.5.3
10.5.4 Outline.190
10.5.5 Morphologische Operationen in ImageJ.190
10.6 Aufgaben.192
11 Regionen in Binärbildern.195
11.1 Auffinden von Bildregionen.196
11.1.1 Regionenmarkierung durch
11.1.2 Sequentielle Regionenmarkierung.200
11.1.3 Regionenmarkierung - Zusammenfassung.206
11.2 Konturen von Regionen.206
11.2.1 Äußere und innere Konturen.206
11.2.2 Kombinierte Regionenmarkierung und
Konturfindung.208
11.2.3 Implementierung.209
11.2.4 Beispiele.212
11.3 Repräsentation von Bildregionen.214
11.3.1 Matrix-Repräsentation.214
11.3.2 Lauflängenkodierung.214
11.3.3 Chain Codes.215
11.4 Eigenschaften binärer Bildregionen.218
11.4.1 Formmerkmale (Features).218
11.4.2 Geometrische Eigenschaften .219
11.4.3 Statistische Formeigenschaften.222
11.4.4 Momentenbasierte geometrische Merkmale.224
XV
XVI
Inhaltsverzeichnis H-4.5 Projektionen.228
11.4.6 Topologische Merkmale .229
11.5 Aufgaben.229
12 Farbbilder.233
12.1 RGB-Farbbilder.233
12.1.1 Aufbau von Farbbildern.235
12.1.2 Farbbilder in ImageJ.237
12.2 Farbräume und Farbkonversion.248
12.2.1 Umwandlung in Grauwertbilder.249
12.2.2 Desaturierung von Farbbildern.251
12.2.3 HSV/HSB- und HLS-Farbraum.253
12.2.4 TV-Komponentenfarbräume - YUV, YIQ und
YC6Cr.262
12.2.5 Farbräume für den Druck - CMY und CMYK . 266
12.3 Colorimetrische Farbräume.270
12.3.1 CIE-Farbräume.271
12.3.2 CIE L*a*b* .276
12.3.3 sRGB.278
12.3.4 Adobe RGB.282
12.3.5 Farben und Farbräume in Java.283
12.4 Statistiken von Farbbildern.288
12.4.1 Wie viele Farben enthält ein Bild?.288
12.4.2 Histogramme.288
12.5 Farbquantisierung.289
12.5.1 Skalare Farbquantisierung.292
12.5.2 Vektorquantisierung.293
12.6 Aufgaben.297
13 Einführung in Spektraltechniken.299
13.1 Die Fouriertransformation.300
13.1.1 Sinus- und Kosinusfunktionen.300
13.1.2 Fourierreihen als Darstellung periodischer
Funktionen.303
13.1.3 Fourierintegral.304
13.1.4 Fourierspektrum und
13.1.5
13.1.6 Wichtige Eigenschaften der Fouriertransformation 307
13.2 Übergang zu diskreten Signalen.311
13.2.1 Abtastung.311
13.2.2 Diskrete und periodische Funktionen.317
13.3 Die diskrete Fouriertransformation (DFT).317
13.3.1 Definition der DFT. 319
13.3.2 Diskrete Basisfunktionen. 320
13.3.3 Schon wieder
13.3.4 Einheiten im Orts- und Spektralraum. 324
13.3.5 Das Leistungsspektrum . 326
13.4 Implementierung der DFT.326 Inhaltsverzeichnis
13.4.1 Direkte Implementierung.326
13.4.2 Fast
13.5 Aufgaben.329
14 Diskrete Fouriertransformation in 2D.331
14.1 Definition der 2D-DFT.331
14.1.1 2D-Basisfunktionen.332
14.1.2 Implementierung der zweidimensionalen DFT . 332
14.2 Darstellung der Fouriertransformierten in 2D .333
14.2.1 Wertebereich .333
14.2.2 Zentrierte Darstellung.336
14.3 Frequenzen und Orientierung in 2D.337
14.3.1 Effektive Frequenz.337
14.3.2 Frequenzlimits und
14.3.3 Orientierung.338
14.3.4 Geometrische Korrektur des 2D-Spektrums.339
14.3.5 Auswirkungen der Periodizität.340
14.3.6
14.3.7 Fensterfunktionen.342
14.4 Beispiele für Fouriertransformierte in 2D.347
14.4.1 Skalierung.347
14.4.2 Periodische Bildmuster.347
14.4.3 Drehung.347
14.4.4 Gerichtete, längliche Strukturen.347
14.4.5 Natürliche Bilder.347
14.4.6 Druckraster.347
14.5 Anwendungen der DFT.351
14.5.1 Lineare Filteroperationen im Spektralraum.351
14.5.2 Lineare Faltung und Korrelation.352
14.5.3
14.6 Aufgaben.354
15 Die diskrete Kosinustransformation (DCT).355
15.1 Eindimensionale DCT.355
15.1.1 Basisfunktionen der DCT .356
15.1.2 Implementierung der eindimensionalen DCT.356
15.2 Zweidimensionale DCT.358
15.2.1 Separierbarkeit.359
15.2.2 Beispiele.359
15.3 Andere Spektraltransformationen.359
15.4 Aufgaben.361
XVII
Inhaltsverzeichnis 16 Geometrische Bildoperationen.363
16.1 2D-Koordinatentransformation.364
16.1.1 Einfache Abbildungen.365
16.1.2 Homogene Koordinaten.365
16.1.3 Affine Abbildung (Dreipunkt-Abbildung).366
16.1.4 Projektive Abbildung (Vierpunkt-Abbildimg)-----367
16.1.5 Bilineare Abbildung.372
16.1.6 Weitere nichtlineare Bildverzerrungen.373
16.1.7 Lokale Transformationen.376
16.2
16.2.1 Source-to-Target
16.2.2 Target-to-Source
16.3 Interpolation.379
16.3.1 Einfache Interpolationsverfahren .380
16.3.2 Ideale Interpolation.380
16.3.3 Interpolation durch Faltung.383
16.3.4 Kubische Interpolation.383
16.3.5 Lanczos-Interpolation.385
16.3.6 Interpolation in 2D.386
16.3.7
16.4 Java-Implementierung.395
16.4.1 Geometrische Abbildungen.396
16.4.2 Pixel-Interpolation.405
16.4.3 Anwendungsbeispiele .408
16.5 Aufgaben.410
17 Bildvergleich.411
17.1 Template
17.1.1 Abstand zwischen Bildmustern.413
17.1.2 Umgang mit Drehungen und Größenänderungen. 420
17.1.3 Implementierung.420
17.2 Vergleich von Binärbildern.420
17.2.1 Direkter Vergleich von Binärbildern.421
17.2.2 Die Distanztransformation.423
17.2.3
17.3 Aufgaben.430
A
A.l Häufig verwendete Symbole.431
A.2 Komplexe Zahlen C.433
A.3 Algorithmische Komplexität und O-Notation.434
B Java-Notizen .435
B.l Arithmetik.435
B.l.l Ganzzahlige Division.435
B.1.2 Modulo-Operator.437
•---------- B.1.3
XVIII
B.1.4 Mathematische Punktionen (Math-Klasse) .438 Inhaltsverzeichnis
B.1.5 Runden.439
B.1.6
B.1.7
B.2
B.2.1
B.2.2 Größe von
B.2.3 Zugriff auf Array-Elemente.441
B.2.4 Zweidimensionale
ImageJ-Kurzreferenz.445
C.l Installation und Setup.445
C.2 ImageJ-API .447
C.2.1 Bilder.447
C.2.2 Bildprozessoren.447
C.2.3 Plugins .448
C.2.4 GUI-Klassen.449
C.2.5 Window-Management.450
C.2.6 Utility-Klassen.450
C.2.7
C.3 Bilder und Bildfolgen erzeugen.450
C.3.1 ImagePlus (Klasse).450
C.3.2 ImageStack (Klasse).451
C.3.3 Newlmage (Klasse).451
C.3.4 ImageProcessor (Klasse) .452
C.4 Bildprozessoren erzeugen.452
C.4.1 ImageProcessor (Klasse) .452
C.4.2 ByteProcessor (Klasse) .452
C.4.3 ColorProcessor (Klasse) .452
C.4.4 FloatProcessor (Klasse) .453
C.4.5 ShortProcessor (Klasse) .453
C.5 Bildparameter .454
C.5.1 ImageProcessor (Klasse) .454
C.6 Zugriff auf Pixel.454
C.6.1 ImageProcessor (Klasse) .454
C.7 Konvertieren von Bildern.457
C.7.1 ImageProcessor (Klasse) .457
C.7.2 ImagePlus, ImageConverter (Klassen).458
C.8 Histogramme und Bildstatistiken.458
C.8.1 ImageProcessor (Klasse) .458
C.9 Punktoperationen.459
C.9.1 ImageProcessor (Klasse) .459
C.9.2 Blitter (Interface).460
CIO Filter.461
C.10.1 ImageProcessor (Klasse) .461
C.ll Geometrische Operationen.461
C.ll.l ImageProcessor (Klasse) .461
XIX
XX
Inhaltsverzeichnis C.12 Grafische Operationen in Bildern.462
C.12.1 ImageProcessor (Klasse) .462
C.13 Bilder darstellen.463
C.13.1 ImagePlus (Klasse).463
C.14 Operationen auf Bildfolgen (Stacks).464
C.14.1 ImagePlus (Klasse).464
C.14.2 ImageStack (Klasse).464
C.14.3 Stack-Beispiel.465
C.15 Region
C.15.1 ImageProcessor (Klasse) .469
C.15.2 ImageStack (Klasse).469
C.15.3 ImagePlus (Klasse).470
C.15.4Roi, Line, OvalRoi, PolygonRoi (Klassen).470
C.16 Image
C.16.1 ImagePlus (Klasse).471
C.17 Interaktion.471
C.17.1 IJ (Klasse).471
C.17.2 ImageProcessor (Klasse) .473
C.17.3 GenericDialog (Klasse) .473
C.18 Plugins.474
C.18.1 Plugin (Interface).474
C.18.2 PluglnFilter (Interface) .474
C.18.3 Plugins ausführen - IJ (Klasse).476
C.19 Window-Management.476
C.19.1 WindowManager (Klasse) .476
C.20 Weitere Punktionen.477
C.20.1 ImagePlus (Klasse).477
C.20.2 IJ (Klasse).477
D
D.l Harris Corner
D.l.l File Corner,
D.1.2 File HaxrisCornerDetector.
D.I.3 File HarrisCornerPlugin_.
D.2 Kombinierte Regionenmarkierung-Konturverfolgung . 487
D.2.1
D.2.2
D.2.3
D.2.4
D.2.5 File Inner
D.2.6
D.2.7
D.2.8
Literaturverzeichnis .497
Sachverzeichnis.503 |
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