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Computer Vision1_Seite 1
Prof. Dr. Norbert Link
Beiträge von
L. Berger W. EnkelmannM. Esswein F. HeimesN. Heinze A. KornW. Krüger M. MüllerG. Saur N. Rehfeld
Computer Vision
Computer Vision1_Seite 2
Inhalt Einführung Szeneninterpretation Bildentstehung Informationsgewinnung aus Einzelbildern
Merkmalsextraktion Merkmalsauswertung Koordinatensysteme Sensorkalibrierung Freiheitsgradschätzung
Informationsgewinnung aus Bildfolgen Objektverfolgung Verschiebungsvektorfelder Bewegungsschätzung
Bildauswertungskomponenten im System Zusammenfassung und Ausblick
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ÜberblickEinführung
Was ist ein Bild?
Anwendungsbeispiele Zielsetzung und Vorgehensweise
Bildauswertungskomponenten Detektion im BildLokalisierung in der WeltVerfolgungIdentifikationAnalyse
Bildauswertungskomponenten im System Zusammenfassung
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Was ist ein Bild? Einführung
Mikrowellen-Radar-Bild der Venus
Präsentation im Computer
Ausschnitt
Picture element: „Pixel“Koordinaten Zeile i = 151, Spalte j = 55Grauwert g = 208g(151,55) = 208
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Was ist ein Bild? Einführung
Obiges Bild: 40.000 Helligkeitsmesswerte der Oberfläche der Venus• angeordnet in einem Array mit 200 Spalten und 200 Zeilen• Werte werden nummeriert mit Zeilenindex j von 0 ... 199 und Spaltenindex i von 0 ... 199• Ursprüngliche Messwerte: Rückgestreute Mikrowellenenergie des jeweiligen Venus-Oberflächenelements• Bild repräsentiert die Messwerte durch Grauwerte 0 ... 255
0: keine Energie rückgestreut schwarz,255: maximale Energie rückgestreut weiß
Allgemein:• Anzahl Zeilen und Spalten (Bildgröße) sensorabhängig (bis 12000 x 240000)• Grauwerteanzahl (linearer Dynamikbereich) sensorabhängig (heute bis 16 bit)• Ursprüngliche Messwerte sensorabhängig (z.B. emittierte Infrarot-Energie)• Auch Volumenbilder sind möglich (3D-Anordnung von Grauwerten, z.B. CT)• Farbbild enthält für jedes Pixel mehrere Werte (z.B. R G B)
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Von einem Weltpunktrückgestreute Lichtenergie
Auf einen Bildpunktauftreffende Lichtenergie
• Objektiv lenkt Lichtenergiestrom von einem Weltpunkt auf einen Bildpunkt der Sensorfläche.• Sensor wandelt Lichtenergiestrom
in elektrisches Signal.
Was ist ein Bild? Einführung
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Was ist ein Bild? Einführung
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Objekt Kamera
Objektiv
Bildsensor
CCD-Kamera-Chip
Sensorfläche
Ausleselogik
Ausschnitt
Sensorelemente(Pixel), ca. 5 µm Abmessung
Was ist ein Bild?
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AnwendungsbeispieleObjektverfolgung aus Bildfolgen mit einer statischen Kamera
Freigelände-und GebäudeüberwachungSecurity Verkehr Kundenströme
Hintergrundschätzung bildpunktweise Detektion abweichender Grauwerte
Zusammenfassung zu Objekten Objektverfolgung Spurbildung Spurauswertung
Bildkoordinaten-Weltkoordinaten
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Übersichtskamera
Segmentkamera
Nachgeführte Detailkamera
AnwendungsbeispieleObjektverfolgung aus Bildfolgen mit mehreren statischen KamerasLandungsüberwachung auf Flughäfen
Zusätzlich Transformation zwischen Kamera-Koordinatensystemen
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AnwendungsbeispieleObjektverfolgung –identifizierung und –analyse aus Bildfolgen
Qualitätsprüfung•Vollständigkeit•Richtigkeit•Maßhaltigkeit
Anbauteile- Mustervergleich
Flugzeug-Rumpfschalen-Produktion
Schätzung der Lageparam. Rumpfschale im Kamera-Koordinatensystem
Anbauteile-Orientierung im Schalen-Koordinatensystem
Berechnung der sichtbaren Anbauteilkonturen in Bildkoordinaten
Mustervergleich Bildausschnitt mit Referenzbild
Merkmalsextraktion für Nieten
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AnwendungsbeispieleObjektdetektion, -lokalisierung, -erkennung und –analyse aus Einzelbildern
Luft- und Satellitenbildauswertung• Landnutzung• Umweltüberwachung• Städtewachstum• Aufklärung
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Geocoding
Raffinerieanalyse
• Tankanzahl• Orientierung• Größe
Einzeltankanalyse• Durchm .• Höhe• Kapaz.
Tanklageranalyse
Abrüstungskontrolle
Merkmalsextraktion aus der Karte
Merkmalsextraktion aus dem Bild
Klassifikation der Merkmale
Transformationsbestimmung Bild-Karte
Objektvermessung
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AnwendungsbeispieleObjektdetektion, -erkennung, -positions- und –lagemessung und -verfolgungin Bildsequenzen statischer Kameras
Flugzeug-Andockleitsysteme
Flugha
fenge
bäud
e
Passagierbrücke
Rollfeld
Einroll-leitlinie
StoppositionVideokamera
B 737-300
Display
Suche nach Flugzeugtemplate Bild-Weltkoordinaten
Parameterschätzung (Lage und Position) durch Modellanpassung
Objektverfolgung
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Anwendungsbeispiele
Fahrspurverfolgung, Detektion und Verfolgung anderer Verkehrsteilnehmeraus BildfolgenFahrerassistenzsysteme
• Spurhalteassistent• Automatische Cruise Control• Kollissionswarner• ...
Extraktion von Merkmalen der Fahrbahnmarkierung
Schätzung der Lageparam. Fahrspur im Kamera-Koordinatensystem
Schätzung der Eigenbewegung der Kamera
Bewegungskompensation für Fahrbahnebene
Bewegungskompensiertes Differenzbild
Binarisierung des bew.komp. Differenzbildes
Datenfusion
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Anwendungsbeispiele
Arten der Anwendung• Emulation von Teilfähigkeiten menschlichen Sehens• Quantitative Messung in Bildern• Auswertung auch nicht-fokaler und nicht-optischer Sensoren
Komplexität• Aufgabenstellung• Variationsbandbreite der Randbedingungen
Computer-Fähigkeiten
Menschl.Fähigkeiten gutschwach
gut
2
4
6
Kognitive Verarbeitung
Quantitative Auswertung
Daten-Speicherung / -
Zugriff
Sensorvielfalt
Muster- erkennung
Bildauswertung ist ein universell einsetzbares Werkzeug.
Zusammenfassung
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Anwendungsbeispiele
Sensoren• Video: sichtbar-optisch, focal plane array, Bildsequenz• Radar: nicht-optisch, nicht-fokal, scannend, Einzelbild
Algorithmen• Merkmalsextraktion• Merkmalsanalyse: Klassifikation, Templatematching• Ballung• Koordinatentransformation: Welt-Bild, Welt-Karte, Bild-Bild• Modell-Parameterschätzung• Bewegungsschätzung• Tracking• Fusion
Komponenten der Lösungen
Zusammenfassung
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