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_nmean_nMeanNMeanNMeanNmean_n und rank_nrank_nRankNRankNRankNrank_n oder kantenerhaltende Filter wie guided_filterguided_filterGuidedFilterGuidedFilterGuidedFilterguided_filter und bilateral_filterbilateral_filterBilateralFilterBilateralFilterBilateralFilterbilateral_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. 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.

2. Dieser Operator kann iterativ verwendet werden.

3. Dieser Operator verwendet ein Führungsbild (welches auch das Bild ImageImageImageImageimageimage 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_interlacefill_interlaceFillInterlaceFillInterlaceFillInterlacefill_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:

• mean_nmean_nMeanNMeanNMeanNmean_n

• rank_nrank_nRankNRankNRankNrank_n

Weitere Operatoren

Mit den Glättungsfiltern verbunden ist der folgende Operator: info_smoothinfo_smoothInfoSmoothInfoSmoothInfoSmoothinfo_smooth, welcher Informationen zum Operator smooth_imagesmooth_imageSmoothImageSmoothImageSmoothImagesmooth_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_imagesmooth_imageSmoothImageSmoothImageSmoothImagesmooth_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.