BV01 at Technische Hochschule Köln

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Gleitkommabilder


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Linie (line)

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Canny-Kantendetektor

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Koordinatensystem für analoge Signale

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Farbe

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Metadaten

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Pixeldarstellung und Bittiefe

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Indexfarben: Vor- und Nachteile

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Lineare Quantisierung

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Gammakurve

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Quantisierung und digitale Kameras

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Indexfarben

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BV01

Gleitkommabilder


Durch Gleitkommagrößen ist die relative Genauigkeit konstant.


Vorteile

  • keine Quantisierungsprobleme im Dunklen
  • negative Werte darstellbar
  • Werte in physikalischen Einheiten möglich

Nachteil

  • 32 Bit / Pixel für Grauwertbilder (float) erfordert viel Speicher

BV01

Linie (line)

Eine Linie ist eine eindimensionale Struktur, die sich von ihrer Umgebung in Helligkeit oder Farbe stark unterscheidet.

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Canny-Kantendetektor

  • Ziel: Binärbild bei dem die Kanten des Ausgangsbilder bestehen bleiben und nur 1 Pixel breit sind
  • Nutzt DoG-Filter


Folgende Schritte sind dafür nötig:


  • Tiefpassfilter
    • Gaußkern oder Binomialfilter, um Rauschen zu reduzieren
  • Gradienten mit Hilfe Ableitungsoperator bilden
  • Norm und Orientierung vom Gradienten berechnen
  • Orientierung auf Vielfaches von 45° runden
  • Der Gradient wird auf 0 gesetzt, wenn seine Norm kleiner
    ist als die Norm des Gradienten seines Nachbarn in
    Richtung des Gradienten, d.h. in der Richtung senkrecht
    zur Kante. Auf diese Weise wird die Kante auf die Breite
    von 1 Pixel reduziert.
  • Pixel, dessen Norm des Gradienten über einer Schwelle liegt, sind Kantenpixel
  • Pixel, dessen Norm des Gradienten über zweiter Schwelle liegen, sind eventuelle Kantenpixel
    • werden Kantenpixel, wenn in der Nachbarschaft keine verfügbar sind -> Lücken werden somit geschlossen

BV01

Koordinatensystem für analoge Signale

Es wird das kartesische Koordinatensystem verwendet, d.h.:

  • horizontale Koordinaten zuerst
  • vertikale Koordinaten von unten nach oben
  • Koordinatenzentrum mittig

BV01

Farbe

Die Farbe eines Pixels wird mit einem Vektor mit mind. 3 Komponenten dargestellt. Das liegt daran, dass das menschliche Sehsystem einen 3-D Farbraum verwendet.


1 Bit pro Farbe liefert 8 Farben - > zu wenig


8 Bit pro Farbe liefert ca 17 Mio. Farben

  • wird auf nichtlineare Werte abgestuft, da bei einer linearen Darstellung nicht auf menschliches Sehsystem angepasst

BV01

Metadaten

Datein im Header der Rohdaten des Bildes

Beinhalten vorallem Höhe, Breite des Bildes in Pixeln, die Bittiefe und Datentyp.

Erstes Byte des Headers wird magic number genannt

BV01

Pixeldarstellung und Bittiefe

Pixel werden durch eine Zahl dargestellt und die Anzahl von Bits pro Pixel nennt man Bittiefe


Bittiefe 1 -> Binärbild

Bittiefe 8 -> Grauwertbilder (0 bis 255)

BV01

Indexfarben: Vor- und Nachteile

Vorteile 

  • man spart Speicherplatz


Nachteil

  • Pixelwert sagt nichts über den numerischen Wert
  • Tabelle muss geschickt gewählt werden


BV01

Lineare Quantisierung

Mit Hilfe von linearer Quantisierung wird die Helligkeit einem Grauwert zugeordnet.

Der Helligkeitsbereich geht von schwarz (minimal) bis weiß (maximal zugelassener Helligkeit) und hat immer gleich große Graustufen


Die Anzahl der Graustufen ist immer eine Zweierpotenz

BV01

Gammakurve

Bei einer inhomogenen Quantisierung muss man die Beziehung zwischen Helligkeit und Zahlenwert beschreiben. Am geeignetsten ist eine Potenzfunktion mit einem Exponent zwischen 0,3 und 0,5 (nach Stevens). Potenzfunktion deshalb, weil dann die Werte 0 (schwarz) und 1 (weiß) unverändert bleiben.

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Quantisierung und digitale Kameras

Eine nichtlineare Quantisierung ist digital schwierig zu realisieren. Deswegen nutzt die Kamera eine Bittiefe von 16 Bit und bei dem Übergang von Roh- zu komprimierten Daten werden die Bereiche im hellen bereich komprimiert. Zeitgleich wird die Bittiefe auf 8 Bit reudziert.


BV01

Indexfarben

Bei Indexfarben gibt der Pixelwert selber nicht die Farbe an, sondern verweist auf einen Eintrag in einer LUT (look up table). Die LUT hat dann z.B. 256 Einträge und jeder Eintrag enthält einen eigenen Farb- oder Grauwert.

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