Digitale Bildverarbeitung und Bildgewinnung: und Bildgewinnung
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Berlin
Springer Vieweg
[2024]
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Edition: | 8., aktualisierte und erweiterte Auflage |
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Inhaltsverzeichnis 1 Einführung 1.1 Ein Werkzeug für Wissenschaft und Technik. 1.2 Anwendungsbeispiele. 1.3 Hierarchie von Bildaufnahme und-Verarbeitung. 1.4 BildverarbeitungundComputergrafik. 1.5 Interdisziplinäre Natur der Bildverarbeitung. 1.6 Menschliches und maschinelles Sehen. 1.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. I 1 1 2 11 14 15 16 18 Bildgewinnung 2 Strahlung und quantitative Bildgebung 2.1 Einleitung. 2.2 Grundlegende Eigenschaften von Wellen. 2.3 Strahlungsarten. 2.4 Radiometrie und Photometrie. 2.5 Spektroskopie und Farbe. 2.6 Wechselwirkung zwischen Strahlung und Materie. 2.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 23 24 27 46 52 58 63 88 3 2D-Bildaufnahme 3.1 Einleitung. 3.2 Welt- und Kamerakoordinaten. 3.3 Ideale Abbildung: die
Zentralprojektion. 3.4 Reale Abbildung . 3.5 Lineare Systemtheorie der Abbildung. 3.6 Radiometrie der Abbildung. 3.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 89 89 90 93 97 108 117 123 4 Strahlungsdetektion und Bildsensoren 4.1 Einleitung. 4.2 Strahlungsdetektion. 4.3 Grundlegende Eigenschaften von Halbleiterstrahlungsdetektoren 4.4 Architektur von Bildsensoren. 4.5 Charakterisierung der Bildsignalqualität. 4.6 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 125 126 126 133 137 150 171 IX
X Inhaltsverzeichnis Abtastung und Interpolation 5.1 Einleitung und Übersicht . 5.2 Schritte des Abtastprozesses. 5.3 Rekonstruktion aus Abtastpunkten. 5.4 “Multidimensionale und nichtorthogonale Gitter. 5.5 Interpolation. 5.6 Quantisierung. 5.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 173 173 176 181 182 186 195 203 6 Diskrete Bildrepräsentation 6.1 Einleitung. 6.2 Digitale Bilder im Ortsraum. 6.3 Diskrete multidimensionale Signale im Fourierraum. 6.4 Schnelle Berechnung der Fouriertransformationen . 6.5 11 Literaturhinweise zur Vertiefung. 205 205 206 212 230 241 7 Radiometrische und geometrische Bildkorrekturen 7.1 Einführung. 7.2 Homogene Punktoperationen. 7.3 Inhomogene Punktoperationen. 7.4 "Mehrkanal-Punktoperationen
. 7.5 Geometrische Transformationen . 7.6 $Literaturhinweise zur Vertiefung. 243 243 244 257 264 266 270 8 3D-Bildaufnähme und Lichtfelder 8.1 Einführung: Tiefenkarten versus Volumenbilder. 8.2 Grenzen der projektiven Abbildung. 8.3 Lichtfelder. 8.4 Prinzipien der 3D-Bildgewinnung. 8.5 Passive Richtungsmessung . 8.6 Tiefe aus Oberflächenneigung . 8.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 271 271 272 277 279 282 291 293 9 3D-Bildaufnahme mit aktiver Beleuchtung 9.1 Einführung. 9.2 Aktive Richtungsmessung. 9.3 Tomografie. 9.4 Aktive Tiefenmessung. 9.5 Aktive Messung der Neigung von Oberflächen. 9.6 ^Literaturhinweise zur Vertiefung. 295 295 296 301 309 311 316 5 II Bildverarbeitung 10
Nachbarschaftsoperatoren und lokale Struktur 10.1 Grundlegende Eigenschaften und Zweck. 10.2 Effiziente Nachbarschaftsoperatoren. 10.3 Lineare verschiebungsinvariante Filter. 10.4 "Rekursive Filter. 10.5 Nichtlineare Nachbarschaftsoperatoren. 319 320 325 331 342 352
Inhaltsverzeichnis 10.6 XI **Literaturhinweise zur Vertiefung. 354 11 Mittelung und Rauschunterdrückung 11.1 Einleitung. 11.2 Eigenschaften von Glättungsfiltern. 11.3 Rechteckfilter . 11.4 Binomialfilter. 11.5 Schnelle großräumige Mittelung . 11.6 Kontextabhängige Mittelung. 11.7 ^Mittelung in Mehrkanalbildern . 11.8 ^Literaturhinweise zur Vertiefung. 355 355 356 359 365 371 378 385 386 12 Diskontinuitäten: Kanten, Linien, Flächen und Ecken 12.1 Einleitung. 12.2 Differenzielle Beschreibung von Signaländerungen . 12.3 Allgemeine Eigenschaften von Kantenfiltern. 12.4 Gradientenbasierte Kantendetektion. 12.5 Kantendetektion durch Nulldurchgänge. 12.6 "Optimierte Ableitungsfilter. 12.7 Regularisierte
Kantendetektion. 12.8 ^Kanten in Mehrkanalbildern. 12.9 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 389 390 391 394 397 405 408 409 415 417 13 Lokale Orientierung, lokale Wellenzahl und Phase 13.1 Einführung. 13.2 Eigenschaften einfacher Nachbarschaften. 13.3 Tensordarstellung erster Ordnung. 13.4 Lokale Wellenzahl und Phase. 13.5 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 419 419 421 425 441 456 14 Bewegung 14.1 Einführung und Grundlagen. 14.2 Korrelationsmethode. 14.3 Der Orts/Zeit- und Wellenzahl/Frequenz-Raum. 14.4 Differenzielle Methoden im Orts/Zeit-Raum. 14.5 Tensormethode. 14.6 "Phasenmethode . 14.7 ^Literaturhinweise zur Vertiefung. 457 457 464 466 476 486 492 494 15 Skalenräume, Mehrgitterstrukturen 15.1 Skalen in der
Signalverarbeitung. 15.2 "Skalenräume. 15.3 Mehrgitterstrukturen. 15.4 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 495 495 499 507 514 16 Textur und komplexe Merkmale 16.1 Einführung. 16.2 Statistik erster Ordnung. 16.3 Rotations- und größenvariante Merkmale. 16.4 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 515 515 518 521 525
XII Inhaltsverzeichnis 17 Regularisierung und Modellierung 17.1 Einführung. 17.2 Variationsansätze. 17.3 Diffusionsmodelle: kontinuierlich und diskret . 17.4 Netzwerkmodelle. 17.5 Inverse Filterung zur Restaurierung. 17.6 Modellbasierte Segmentierung . 17.7 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 527 528 531 541 547 552 558 561 18 Morphologie und Formanalyse 18.1 Einleitung. 18.2 Nachbarschaftsoperationen mit Binärbildern. 18.3 Allgemeine Eigenschaften. 18.4 Zusammengesetzte morphologischeOperatoren. 18.5 Repräsentation der Form. 18.6 "Momentenbasierte Formmerkmale . 18.7 Fourierdeskriptoren . 18.8 Elementare Formparameter. 18.9 "Literaturhinweise zur Vertiefung. 563 564 564 567 569 575 579 582 587 590 III A
Mathematische Grundlagen und Referenzmaterial Notation 593 В Vektorräume und unitäreTransformationen B.l Wellenzahlraum und Fouriertransformation . B.2 Diskrete unitäre Transformationen. 605 605 617 C Statistik, Regression und Optimierung C.l Einführung. C.2 Zufallsvariable . C.3 Multiple Zufallsvariable. C.4 Wahrscheinlichkeitsverteilungen. C.5 Stochastische Prozesse und Felder. C.6 Diskrete Modellierung: inverse Probleme. C.7 Literaturhinweise zur Vertiefung. 623 624 625 629 634 639 644 650 D Referenzmaterial 651 Literaturverzeichnis 677 Sachverzeichnis 695
Digitale Bildverarbeitung Dieses Lehrbuch gibt Studenten und Anwendern das notwendige Wissen an die Hand, um erfolgreich Bilddaten aufzunehmen und zu verarbeiten. Dabei wurde konsequent berücksichtigt, dass Bildgewinnung und -Verarbeitung auf weitgehend gleichen mathematischen Konzepten beruhen. Es wurde großer Wert darauf gelegt, die teilweise komplexen Zusammenhänge sowohl anschaulich als auch mathematisch fundiert darzustellen. Der Stoff der 8. Auflage dieses seit 1989 erfolgreichen Lehrbuchs wurde neu strukturiert. Der Bildgewinnung wurde entsprechend der rasanten Weiterentwicklung der Bildsensortechnologie, der Optik und der vielfältigen Methoden, aus Bilddaten die dreidimensionale Welt zu rekonstruieren, erweitert. Dabei wurde der Fokus darauf gelegt, die grundlegenden Konzepte herauszuarbeiten. So kann der Leser die auf den ersten Blick verwirrende Vielfalt von Bildgewinnungsmethoden besser verstehen und lernt sie optimal einzusetzen. Methoden der künstlichen Intelligenz wurden bewusst nicht in das Buch integriert. Dieses Buch beinhaltet vielmehr das notwendige Wissen über Bildaufnahme und -Verarbeitung, um Methoden des maschinellen Lernens bestmöglich auf die Bildanalyse anwenden zu können. |
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