Einfluss von Bildaufnahme und Bildmerkmalen auf die Erkennungsgüte bei der automatischen Besatzanalyse von Brotweizen:
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Ilmenau
Verl. ISLE
2011
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INHALT
DANKSAGUNG V
KURZFASSUNG VII
ABSTRACT IX
INHALT XI
1 EINLEITUNG 1
A UNTERSUCHUNGEN ZUM AKTUELLEN ENTWICKLUNGSSTAND DER AUTOMATISCHEN
BESATZANALYSE VON BROTWEIZEN
2 STAND DER TECHNIK IM BEREICH DER AUTOMATISCHEN BESATZANALYSE VON
BROTWEIZEN
2.1 MORPHOLOGIE DES WEIZENKORNS 5
2.2 MANUELLE BESATZBESTIMMUNG 7
2.3 BILDMERKMALE UND KLASSIFIKATIONSVERFAHREN FUER DIE GETREIDEANALYSE 9
2.4 MARKTSITUATION GETREIDESORTIERUNG UND GETREIDEANALYSE 13
2.4.1 DUPONT* ACURUM* 13
2.4.2 BUEHLER SORTEX-SERIE 14
2.4.3 MOGENSEN MIKROSORT 14
2.4.4 YJT COLOR SORTER 15
2.4.5 FOSS CERVITEC 75
2.5 BESATZBESTIMMUNG DURCH EINFACHE SIEBUNG 16
2.6 UEBERWACHUNG VON ERNTEMASCHINEN 17
2.7 ZUSAMMENFASSUNG 18
2.8 PRAEZISIERUNG DER AUFGABENSTELLUNG 23
B THEORETISCHE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESTIMMUNG VON BILDAUFNAHME-
EINRICHTUNG UND MERKMALSMENGE ZUR OPTIMALEN TRENNUNG DER BESATZKLASSEN
DES BROTWEIZENS
3 BILDMERKMALE UND KLASSIFIKATOREN 27
3.1 BEGRIFFSDEFINITIONEN: BILDER, REGIONEN, KONTUREN UND BILDMERKMALE 27
3.2 DIE MUSTERERKENNUNGSKETTE 28
3.3 FORMMERKMALE 29
3.3.1 FOURIER-DESKRIPTOREN EINER KONTUR 30
3.3.2 MOMENTE EINER KONTUR 32
3.3.3 ANNAEHRUNG EINES POLYNOMS AN DIE RANDKONTUR 34
3.3.4 WEITERE FLAECHEN- UND KONTURBASIERTE FORMMERKMALE 55
3.4 FARBRAEUME UND FARBMERKMALE 36
3.4.1 FARBRAEUME 36
3.4.2 HISTOGRAMME 38
3.4.3 ANNAEHRUNG VON EBENEN AN DAS GRAUWERTGEBIRGE 40
3.5 TEXTURMERKMALE 41
5.5.7 LAWS TEXTURFILTER 41
3.5.2 LOCAL BINARY PATTERN 43
3.5.3 CO-OCCURRENCE MATRIX 44
3.6 RELEVANZ VON MERKMALEN 46
3.7 KLASSIFIKATOREN 47
5.7.7 SUPPORT VECTOR MACHINE (SVM) 47
3.7.2 ENTSCHEIDUNGSBAUMVERFAHREN J. 48 48
3.7.3 NAIVE-BAYES-KLASSIFIKATOR 49
3.7.4 EINTEILUNG VON LERNVERFAHREN 57
3.8 ZUSAMMENFASSUNG 53
4 METHODEN UND ALGORITHMEN ZUR GETREIDEANALYSE 55
4.1 SEGMENTIERUNG UND VORVERARBEITUNG 55
4.2 EVALUIERUNG GEEIGNETER KLASSIFIKATIONSVERFAHREN 57
XI
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1013113330
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALT
4.3 UNTERSUCHUNG DER AUFNAHMEPRINZIPIEN 58
4.3.1 THEORETISCHE ANALYSE DER EINFLUSSFAKTOREN 58
4.3.2 BEWERTUNG DER VERSUCHSAUFBAUTEN HINSICHTLICH DER OBJEKTSEPARIERUNG
59 4.3.3 UNTERSUCHUNGEN ZUR SEPARIERBARKEIT SICH BERUEHRENDER OBJEKTE 61
4.4 DATENSATZ UND VERWENDETE METHODEN DES MASCHINELLEN LERNENS 63
4.4.1 DATENSATZ 63
4.4.2 DATENSATZAUFTEILUNG, MERKMALSSELEKTION UND KLASSIFIKATOR 63
4.4.3 SCHAETZUNG DER ERKENNUNGSRATE 64
4.4.4 VERGLEICH DER KLASSIFIKATIONSLEISTUNG 65
4.5 ZIELE DER UNTERSUCHUNG 66
4.6 AUSWAHL EINER GEEIGNETEN BILDVERARBEITUNGSBIBLIOTHEK 67
4.6.1 UEBERSICHT UEBER GEEIGNETE BILDVERARBEITUNGSBIBLIOTHEKEN 67
4.6.2 OPERATOREN DER BILDVERARBEITUNGSBIBLIOTHEK HALCON 68
4.7 AUSWERTUNG FORMKLASSIFIKATION 71
4.7.1 DISKUSSION ZUR VERWENDUNG VON FORMMERKMALEN 71
4.7.2 VERWENDETE METHODEN 71
4.8 AUSWERTUNG FARBKLASSIFIKATION 78
4.8.1 DISKUSSION ZUR VERWENDUNG VON FARBMERKMALEN 78
4.8.2 VERWENDETE METHODEN 78
4.9 GEGENUEBERSTELLUNG VON FORM- UND FARBMERKMALEN 86
4.10 AUSWERTUNG TEXTURKLASSIFIKATION 87
4.10.1 DISKUSSION ZUR VERWENDUNG VON TEXTURMERKMALEN 87
4.11 GESAMTBEWERTUNG 89
4.12 EINFLUSS DER ORTSAUFLOESUNG AUF DIE ERKENNUNGSRATEN 91
4.13 EINFLUSS DES AUFNAHMEPRINZIPS AUF DIE ERKENNUNGSRATEN 93
4.14 EINZELMERKMALE ZUR ERKENNUNG VON AUSWUCHS UND BRUCHKORN 97
4.14.1 AUSWUCHS - SEGMENTIERUNG VON LANGEN KONVEXEN GEBIETEN DER
VORDERGRUNDREGION 97 4.14.2 BRUCHKORN - SEGMENTIERUNG VON LOECHERN UND
KONKAVEN GEBIETEN DER VORDERGRUNDREGION.... 99
5 OPTIMIERUNG DER MERKMALSMENGE 101
5.1 VERFAHREN DER MERKMALSBEWERTUNG UND MERKMALSELEKTION 101
5.7.7 FILTER 707
5.7.2 WRAPPER 103
5.1.3 VERGLEICH VON FILTER UND WRAPPER. 104
5.2 RANKING-VERFAHREN-INTUITIVE SCHWELLWERTWAHL 105
5.3 RANKING-VERFAHREN - AUTOMATISCHE SCHWELLWERTWAHL 107
5.4 EINFLUSS DER MERKMALSANZAHL AUF DEE ERKENNUNGSLEISTUNG 108
C EXPERIMENTELLE UNTERSUCHUNGEN ZUR BESTIMMUNG VON BILDAUFNAHME-
EINRICHTUNG UND MERKMALSMENGE ZUR OPTIMALEN TRENNUNG DER BESATZKLASSEN
DES BROTWEIZENS
6 VERSUCHSAUFBAU UND IMPLEMENTIERUNG DER ERKENNUNGSROUTINEN 113
6.1 GEEIGNETE KAMERASYSTEME FUER DIE BILDAUFNAHME 113
6.2 HARDWARE DES VERSUCHSPLATZES 115
6.2.7 BELEUCHTUNGSINTENSITAET UND BLENDE 118
6.2.2 GRAUWERTABGLEICH 118
6.2.3 BESTIMMUNG DER ZEILENFREQUENZ H9
6.3 FEHLERANALYSE MITTELS HOCHGESCHWINDIGKEITSKAMERA 121
6.4 SOFTWARE-STRUKTUR - PHASEN DER OBJEKTERKENNUNG 123
6.5 VORSCHLAG ZUR ANPASSUNGSFAEHIGEN GESTALTUNG DES KLASSIFIKATORS 125
6.6 ERWEITERBARKEIT DES KLASSIFIKATORS MIT NEUEN TRAININGSOBJEKTEN 128
6.7 GRAIN-ANALYZER ZUR ANALYSE VON GETREIDEPROBEN 129
6.8 DETAILLIERTER ABLAUF DER MERKMALSEXTRAKTION UND KLASSIFIKATION 131
6.9 ANSATZ ZUR MASSEBESTIMMUNG DER PROBENBESTANDTEILE MITTELS
BILDAUSWERTUNG 132 6.10 TESTS ZUR ABSCHAETZUNG DER MAXIMAL MOEGLICHEN
DATENRATE 134
7 TEST DES AUFNAHMEPRINZIPS *FREIFALL 135
7.1 PROBLEME BEI DER ERKENNUNG VON FRASSSCHAEDEN 135
7.2 PROBLEME BEI DER ERKENNUNG VON AUSWUCHS 137
7.3 BEREINIGUNG DES TRAININGSDATENSATZES 139
7.4 EINFLUSS VON UNZUREICHEND SICHTBAREN DEFEKTEN IM LERNDATENSATZ 140
XII
IMAGE 3
INHALT
7.5 DATENBASIS DES KLASSIFIKATORS FUER DEN PRAKTISCHEN TEST 142
7.6 DURCHFUEHRUNG DES GESAMTSYSTEMTESTS 143
7.6.7 OPTIMIERUNG DER KLASSIFIKATORPARAMETER 143
7.6.2 TESTBEDINGUNGEN 148
7.6.3 TESTERGEBNISSE 749
7.6.4 WIEDERHOLGENAUIGKEIT 757
7.7 QUALITAETSPARAMETER ZUR WIEDERGABE DES ANTEILS AN KLEINKORN 154
7.8 ABSCHAETZUNG DER ERKENNUNGSGUETE 156
8 TEST DES AUFNAHMEPRINZIPS *AUFBAND 159
8.1 V O R - U ND NACHTEILE DER AUFBANDANALYSE 159
8.2 OPTIMIERUNG DER KLASSIFIKATORPARAMETER 160
8.3 ERREICHTE ERKENNUNGSRATEN FUER DIE SCHWER TRENNBAREN KLASSEN 162
8.4 WIEDERHOLGENAUIGKEIT 163
8.5 ANWENDUNGSFALL *PRUEFUNG DER GETREIDEREINIGUNG 165
9 UMSETZUNG DES VERSUCHSMUSTERS IN EIN SERFFINREIFES PRODUKT 167
10 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK 169
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS 173
LITERATURVERZEICHNIS 177
ABBILDUNGSVERZEICHNIS 185
TABELLENVERZEICHNIS 189
ANHANG 193
A MUEHLENBEFRAGUNG 193
B MINDESTANFORDERUNGEN 194
C BILDMERKMALE FUER DEN FINALEN KLASSIFIKATOR 195
D VERSUCHSPLAN ZUR PARAMETEROPTIMIERUNG MIT ERGEBNISSEN 201
E MESSDATEN WIEDERHOLGENAUIGKEIT AN EINER BEISPIELPROBE 360 G 204
F PROGRAMMBEDIENUNG GRAIN-ANALYZER 205
THESEN ZUR DISSERTATION 215
XIII
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