Glättung
Liste der Operatoren ↓
Dieses Kapitel beschreibt Operatoren für Glättungsfilter.
Für weitere Informationen über Filter und deren Anwendung verweisen wir
auf die Einleitung zum Kapitel Filter.
Allgemeine Informationen über Glättungsfilter
Glättungsfilter sind Filter zur Unterdrückung des Rauschens eines Bildes.
Zu diesem Zweck wird angenommen, dass im ungestörten oder richtigen Bild
der Grauwert eines jeden Punktes sich nicht komplett von seiner Umgebung
abhebt, im Idealfall gar nur wenig variiert.
Dann kann es hilfreich sein, den gemessenen Wert
durch eine Abschätzung anhand benachbarter Datenpunkte zu ersetzen.
Eine solche Abschätzung kann auf verschiedene Arten erhalten werden.
HALCON stellt daher verschiedene Glättungsfilter zur Verfügung.
Die verschiedenen Operatoren sind für verschiedene Arten von Rauschen
geeignet und unterscheiden sich auch bezüglich ihrer Geschwindigkeit.
Informationen zur Komplexität (wie die Skalierung) ist, wenn zur
Verfügung stehend, in der spezifischen Operator-Referenz zu finden.
Während die meisten Operatoren ein einzelnes Bild behandeln, gibt es auch
solche, die ein Bild in Abhängigkeit eines anderen Bildes bearbeiten
(z.B. Mehrkanalfilter wie mean_n
mean_n
MeanN
MeanN
MeanN
mean_n
und rank_n
rank_n
RankN
RankN
RankN
rank_n
oder
kantenerhaltende Filter wie guided_filter
guided_filter
GuidedFilter
GuidedFilter
GuidedFilter
guided_filter
und
bilateral_filter
bilateral_filter
BilateralFilter
BilateralFilter
BilateralFilter
bilateral_filter
, welche ein Führungsbild benutzen können).
Es sei erwähnt, dass manche Filter beide Möglichkeiten haben und weitere
Information jeweils in der spezifischen Operator-Referenz steht.
Glättungsfilter für ein Einzelbild mit zufälligem Rauschen
Diese Glättungsfilter wenden ihre Glättungsfunktion auf jedem Kanal des
Eingabebildes separat an und geben ein geglättetes Bild mit gleicher
Anzahl Kanäle zurück.
In der folgenden Tabelle listen wir verschiedene, implementierte
Glättungsfilter und wenden diese auf drei verschiedene Arten zufälligen
Rauschens an.
Die gezeigten Bilder geben bloß einen Hinweis auf die Möglichkeiten des
Operators für das gegebene Rauschen. Das geglättete
Bild ist stark von den verwendeten Parametern und dem Bild abhängig.
Zum Vergleich zeigen wir die verschiedenen verrauschten Bilder
ungefiltert in der ersten Zeile der Tabelle.
Das rauschfreie Bild ist in der folgenden Abbildung zu sehen
((1) das ganze Bild sowie (2) der Bildausschnitt, der für eine deutlichere
Visualisierung möglicher Effekte auf Kanten oder Überbleibsel
des Salt & Pepper Rauschens verwendet wird).
|
(1) Rauschfreies Bild,
(2) gewählter Bildausschnitt zur besseren Visualisierung der
Filtereigenschaften
|
Zusätzlich markiert sind Filter, die speziell in Bezug auf
Geschwindigkeit (G), Erhaltung von Kanten (E) oder einen Kompromiss (K)
zwischen den beiden entworfen wurden. Die Zahlen in Klammern verweisen
auf weitere Informationen am Ende der Tabelle.
Weißes Rauschen |
Gauß'sches Rauschen
|
Salt & Pepper Rauschen |
Zeitdauer[1] |
Alternativen |
Verrauschtes Bild |
|
|
|
|
|
rank_rect rank_rect RankRect RankRect RankRect rank_rect (E) |
|
|
|
2 | 8
|
rank_image, median_rect, median_image rank_image, median_rect, median_image RankImage, median_rect, median_image RankImage, median_rect, median_image RankImage, median_rect, median_image rank_image, median_rect, median_image
|
Anmerkungen zu den Zahlen in den eckigen Klammern in der obigen Tabelle:
-
Die Zahlen in der Spalte 'Zeitdauer' geben Hinweise zur
Laufzeit, welche der Operator für die Bildverarbeitung benötigt.
Die Zeitangaben sind in willkürlichen Einheiten. Erhalten wurden sie
durch Mittlung über mehrere Glättungen der unterschiedlich
verrauschten Bilder.
Die Laufzeit des Operators hängt von vielen Faktoren ab, nicht zuletzt
von den Parametern oder der Bildgröße.
Für jeden Filter steht die erste Zahl für ein Bild der Größe 800x600,
die Zweite für ein Bild der Größe 1497x1160.
Die gezeigten Bilder sind Ausschnitte des geglätteten kleineren Bildes
mit uns vernünftig erscheinenden Parameterwerten
(dabei führen die verwendeten Parameter weder notwendigerweise zu
den besten Resultaten noch zur schnellsten Laufzeit).
Selbst wenn zwei Filter den selben Parameternamen als Eingabegröße
verwenden, haben wir nicht notwendigerweise die selben Werte verwendet.
Die Zeitangaben dienen also eher zur groben Orientierung.
-
Dieser Operator kann iterativ verwendet werden.
-
Dieser Operator verwendet ein Führungsbild
(welches auch das Bild Image
Image
Image
Image
image
image
selbst sein kann).
Glättungsfilter für ein Einzelbild mit systematischem Rauschen
Videobilder, die aus zwei Halbbildern zusammengesetzt sind, können
systematische Fehler enthalten. In solchen Fällen kann der Operator
fill_interlace
fill_interlace
FillInterlace
FillInterlace
FillInterlace
fill_interlace
helfen.
Operatoren zur Glättung über mehrere Kanäle
Diese Glättungsfilter nehmen als Eingabe ein Bild mehrerer Kanäle und
geben ein Bild mit nur einem Kanal (Graubild) zurück.
In HALCON sind folgende Filter dieser Gruppe implementiert:
Weitere Operatoren
Mit den Glättungsfiltern verbunden ist der folgende Operator:
info_smooth
info_smooth
InfoSmooth
InfoSmooth
InfoSmooth
info_smooth
, welcher Informationen zum Operator
smooth_image
smooth_image
SmoothImage
SmoothImage
SmoothImage
smooth_image
zurück gibt.
Glossar
Im Folgenden werden die wichtigsten Begriffe, die im Umfeld von
Glättungsfiltern verwendet werden, beschrieben:
- Glättung
Glättung bezeichnet das Anwenden einer Filterfunktion
auf ein gegebenes Bild, um die wichtigsten Datenmuster zu erfassen
und gleichzeitig das Rauschen zu unterdrücken.
- Zufälliges Rauschen
Als zufälliges Rauschen verstehen wir stationäre Änderungen der
Helligkeits- oder Farbinformation der Pixel um einen zufälligen
Wert, wobei ein Mittelwert von 0 über das ganze Bild
angenommen wird.
- Systematisches Rauschen
Systematisches Rauschen ist berechenbares Rauschen, verursacht z.B.
durch den spezifischen Aufbau zur Bildgewinnung.
Liste der Operatoren
anisotropic_diffusionAnisotropicDiffusionanisotropic_diffusionAnisotropicDiffusionanisotropic_diffusion
- Anisotrope Glättung eines Bildes.
bilateral_filterBilateralFilterbilateral_filterBilateralFilterbilateral_filter
- Bilaterale Filterung eines Bildes.
binomial_filterBinomialFilterbinomial_filterBinomialFilterbinomial_filter
- Glättung eines Bildes mit dem Binomialfilter.
eliminate_min_maxEliminateMinMaxeliminate_min_maxEliminateMinMaxeliminate_min_max
- Ortsraumglättung zur Entfernung von Rauschspitzen.
eliminate_spEliminateSpeliminate_spEliminateSpeliminate_sp
- Ersetzen der Werte außerhalb der Schwellen durch den Mittelwert.
fill_interlaceFillInterlacefill_interlaceFillInterlacefill_interlace
- Interpolation von 2 Video-Halbbildern.
gauss_filterGaussFiltergauss_filterGaussFiltergauss_filter
- Glättung mit diskreten Gaußfunktionen.
guided_filterGuidedFilterguided_filterGuidedFilterguided_filter
- Geführte Filterung eines Bildes.
info_smoothInfoSmoothinfo_smoothInfoSmoothinfo_smooth
- Informationen zum Glättungsfilter
smooth_image
smooth_image
SmoothImage
SmoothImage
SmoothImage
smooth_image
.
isotropic_diffusionIsotropicDiffusionisotropic_diffusionIsotropicDiffusionisotropic_diffusion
- Isotrope Glättung eines Bildes.
mean_imageMeanImagemean_imageMeanImagemean_image
- Glättung durch Mittelwertbildung.
mean_nMeanNmean_nMeanNmean_n
- Mittlung der Grauwerte zwischen mehreren Kanälen.
mean_spMeanSpmean_spMeanSpmean_sp
- Unterdrückung von Salz- und Pfeffer-Rauschen.
median_imageMedianImagemedian_imageMedianImagemedian_image
- Medianfilterung mit verschiedenen Masken.
median_rectMedianRectmedian_rectMedianRectmedian_rect
- Medianfilterung mit rechteckigen Masken.
median_separateMedianSeparatemedian_separateMedianSeparatemedian_separate
- Separierte Medianfilterung mit Rechteckmasken.
median_weightedMedianWeightedmedian_weightedMedianWeightedmedian_weighted
- Gewichtete Medianfilterung mit verschiedenen Rangmasken.
midrange_imageMidrangeImagemidrange_imageMidrangeImagemidrange_image
- Mittelwert aus Maximum und Minimum innerhalb einer beliebigen Maske.
rank_imageRankImagerank_imageRankImagerank_image
- Rangfilterung mit beliebigen Masken.
rank_nRankNrank_nRankNrank_n
- Rückgabe der Grauwerte mit angegebenem Rang aus mehreren Kanälen.
rank_rectRankRectrank_rectRankRectrank_rect
- Rangfilterung mit rechteckigen Rangmasken.
sigma_imageSigmaImagesigma_imageSigmaImagesigma_image
- Nichtlineare Glättung mit dem Sigmafilter.
smooth_imageSmoothImagesmooth_imageSmoothImagesmooth_image
- Glättung mit verschiedenen Filtern.
trimmed_meanTrimmedMeantrimmed_meanTrimmedMeantrimmed_mean
- Glättung mit einer beliebigen Rangmaske.