find_component_model
— Suche der besten Matches eines Komponentenmodells in einem Bild.
find_component_model(Image : : ComponentModelID, RootComponent, AngleStartRoot, AngleExtentRoot, MinScore, NumMatches, MaxOverlap, IfRootNotFound, IfComponentNotFound, PosePrediction, MinScoreComp, SubPixelComp, NumLevelsComp, GreedinessComp : ModelStart, ModelEnd, Score, RowComp, ColumnComp, AngleComp, ScoreComp, ModelComp)
find_component_model
findet die besten NumMatches
Instanzen des Komponentenmodells ComponentModelID
im
Eingabebild Image
. Das Modell muss zuvor mit
create_trained_component_model
oder
create_component_model
erzeugt oder mit
read_component_model
eingelesen worden sein.
Die Komponenten des Komponentenmodells ComponentModelID
sind durch eine Baumstruktur repräsentiert. Die Komponente, die an
der Wurzel des Baumes (Wurzelkomponente) steht, wird während der
Suche im gesamten Suchraum gesucht, d.h. innerhalb aller erlaubten
Position und Orientierungen. Die übrigen Komponenten werden dagegen
jeweils relativ zur Lage ihres Vorgängers im Baum in einem
eingeschränkten Suchraum gesucht (rekursive Suche). Die
eingeschränkten Suchräume werden dabei aus den entsprechenden
Relationen berechnet. Der Index der Wurzelkomponente kann in
RootComponent
übergeben werden. Inwiefern sich eine
Modellkomponente als Wurzelkomponente eignet, hängt von
verschiedenen Faktoren ab. Prinzipiell sollte eine Modellkomponente
gewählt werden, die mit hoher Wahrscheinlichkeit im Bild
wiedergefunden werden kann. Eine im Bild stark verdeckte oder
fehlende Komponente eignet sind daher nur bedingt als
Wurzelkomponente. Das Verhalten des Operators bei fehlendem oder
stark verdecktem Wurzelobjekt kann mit IfRootNotFound
eingestellt werden (siehe unten). Auch die mit der Wurzelkomponente
verbundene Rechenzeit während der Suche kann als Auswahlkriterium
herangezogen werden. Eine nach diesem Kriterium sortierte Rangfolge
der Modellkomponenten wird im Parameter RootRanking
des
Operators create_trained_component_model
bzw.
create_component_model
zurückgeliefert. Wird die komplette
Rangfolge RootRanking
in RootComponent
übergeben,
dann wird automatisch der erste Wert RootComponent
[0] als
Wurzelkomponente ausgewählt. Der Definitionsbereich des Bildes
Image
gibt den Suchbereich für den Referenzpunkt, d.h. die
erlaubten Position, der Wurzelkomponente an. Die Parameter
AngleStartRoot
und AngleExtentRoot
legen den
erlaubten Winkelbereich fest, in dem nach der Wurzelkomponente
gesucht wird. Der Winkelbereich wird gegebenenfalls auf den Bereich
beschnitten, der bei der Erzeugung des Komponentenmodells mit
create_trained_component_model
bzw.
create_component_model
festgelegt worden ist. Dieser
Bereich kann mit get_shape_model_params
nach Ermitteln der
Handles der einzelnen Formmodelle mit
get_component_model_params
abgefragt werden.
Die Position und Rotation der Modellkomponenten aller gefundenen
Instanzen des Komponentenmodells werden in RowComp
,
ColumnComp
und AngleComp
zurückgeliefert. Die
Koordinaten RowComp
und ColumnComp
sind die
Koordinaten des Ursprungs (Referenzpunkt) der Komponente im
Suchbild. Wurde das Komponentenmodell mit
create_trained_component_model
durch Trainieren erzeugt,
dann ist der Ursprung einer Komponente der Schwerpunkt der
entsprechenden vom Operator train_model_components
in
ModelComponents
zurückgelieferten Konturregion. Wurde das
Komponentenmodell dagegen mit create_component_model
manuell
erzeugt, dann ist der Ursprung einer Komponente der Schwerpunkt der
entprechenden an den Operator create_component_model
in
ComponentRegion
übergebenen Komponentenregion. Da sich die
Relationen zwischen den Komponenten in ComponentModelID
auf
diesen Schwerpunkt beziehen, darf der Ursprung einer Komponente
nicht mit set_shape_model_origin
verändert werden.
Zusätzlich wird in ScoreComp
die Bewertung der gefundenen
Komponenteninstanzen zurückgegeben. Die Bewertung ist eine Zahl
zwischen 0 und 1 und ist ein ungefähres Maß dafür, welcher Anteil
der Komponente im Bild zu sehen ist. Falls z.B. die Hälfte der
Komponente im Bild verdeckt ist, kann die Bewertung nicht größer als
0.5 sein. Während ScoreComp
die Bewertung der Instanzen
der einzelnen Komponenten widerspiegelt, enthält Score
die
Bewertung der Instanzen des gesamten Komponentenmodells. Dabei
enthält Score
das gewichtete Mittel aus den Werten von
ScoreComp
der einzelnen zugehörigen Komponenten. Die
Gewichtung erfolgt proportional zur Anzahl an Modellpunkten in der
jeweiligen Komponente.
Um die Werte in RowComp
, ColumnComp
,
AngleComp
und ScoreComp
den verschieden
Modellkomponenten zuordnen zu können, wird der Index der jeweiligen
Modellkomponente (siehe create_component_model
bzw.
train_model_components
) in ModelComp
zurückgegeben.
Darüber hinaus werden die zu einer gefunden Instanz des
Komponentenmodells zugehörigen Komponentenmatches in
ModelStart
und ModelEnd
zurückgegeben. Die
Komponentenmatches, die zur ersten gefundenen Instanz des
Komponentenmodells gehören, werden somit durch das Intervall an
Indizes [ModelStart
[0],ModelEnd
[0]] beschrieben.
Dabei beziehen sich die Indizes auf die Parameter RowComp
,
ColumnComp
, AngleComp
, ScoreComp
und
ModelComp
. Angenommen es werden zwei Instanzen eines
Komponentenmodells, das aus drei Komponenten besteht, im Bild
gefunden, wobei bei einer Instanz lediglich zwei Komponenten
(Komponente 0 und Komponente 2) gefunden werden konnten. Dann
könnten die zurückgegebenen Parameter wie folgt aussehen:
RowComp
= [100,200,300,150,250],
ColumnComp
= [200,210,220,400,425],
AngleComp
= [0,0.1,-0.2,0.1,0.2,0],
ScoreComp
= [1,1,1,1,1], ModelComp
=
[0,1,2,0,2], ModelStart
= [0,3],
ModelEnd
= [2,4], Score
=
[1,1]. get_found_component_model
kann dazu
verwendet werden, das Ergebnis der Suche zu visualisieren und die
Matches der Komponenten einer bestimmten Instanz des
Komponentenmodells zu extrahieren.
Im Normalfall wird das Komponentenmodell innerhalb des
Definitionsbereiches des Eingabebildes nur an den Stellen gesucht,
an denen das Modell vollständig in das Bild passt. Das bedeutet,
dass die Komponenten nicht gefunden werden können, wenn sie aus dem
Bild herausragen, selbst wenn sie eine Bewertung größer als
MinScoreComp
erreichen würden (siehe unten).
Außerdem kann es sein, dass das Komponentenmodell, wenn es in einer der
Pyramidenebenen den Bildrand berührt, ebenfalls nicht gefunden wird, auch
wenn es im ursprünglichen Bild vollständig enthalten ist. Als Daumenregel
gilt hier, dass das Modell dann nicht gefunden werden könnte, wenn
seine Distanz zum Bildrand unter
fällt. Dieses Verhalten kann mit
set_system('border_shape_models','true')
umgestellt werden, so dass auch Komponenten gefunden werden, die aus
dem Bild herausragen, falls sie eine Bewertung größer als
MinScoreComp
erreichen. Dabei werden Punkte außerhalb des
Bildes als verdeckt angesehen, d.h. sie verringern die Bewertung.
Es ist zu beachten, dass dieser Modus die Laufzeit der Suche
erhöht.
Es ist weiter zu beachten, dass in seltenen Fällen, die typischerweise nur
in künstlichen Bildern auftreten, auch dann kein Modell gefunden wird, wenn
das Modell in einer Pyramidenebene die reduzierte Bilddomäne berührt. In
diesem Fall kann es helfen, die Region der Domäne um
, z.B., mit dilation_circle
zu vergrößern.
Der Parameter MinScore
legt fest, welche Bewertung ein
potentieller Match des Komponentenmodells mindestens besitzen muss,
damit er als eine Instanz des Komponentenmodells im Bild angesehen
wird. Falls erwartet werden kann, dass das Komponentenmodell
niemals verdeckt wird, kann MinScore
auf so hohe Werte wie
0.8 oder sogar 0.9 gesetzt werden. Falls damit
gerechnet werden muss, dass die Wurzelkomponente nicht gefunden wird
und demnach IfRootNotFound
auf 'select_new_root'
gesetzt wird (siehe unten), dann verläuft die Suche umso schneller,
je größer der Wert von MinScore
gewählt wird. Andernfalls
hat der Wert dieses Parameters nur geringen Einfluss auf die
Rechenzeit.
Mit NumMatches
kann angegeben werden, wie viele Instanzen
des Modells im Bild höchstens gefunden werden sollen. Falls mehr
als NumMatches
Instanzen eine Bewertung größer als
MinScore
erreichen, werden nur die besten
NumMatches
Instanzen zurückgeliefert. Falls weniger als
NumMatches
Instanzen gefunden werden, werden nur diese
Instanzen zurückgeliefert, d.h. der Parameter MinScore
hat
Vorrang vor NumMatches
. Sollen alle Modellinstanzen, deren
Bewertung MinScore
übersteigt, im Bild gefunden werden,
muss NumMatches
auf 0 gesetzt werden.
Beim Tracken der Matches durch die Bildpyramide werden auf jeder
Ebene Matches verworfen, die wenig vielversprechend sind. Dadurch ist
es möglich, dass Matches verworfen werden, die auf der niedrigsten
Pyramidenebene einen höheren Score gehabt hätten. Beispielsweise kann das
dazu führen, dass der gefundene Match für NumMatches
gleich
1 nicht mit dem Match mit dem höchsten Score übereinstimmt, der von
NumMatches
gleich 0 oder > 1 zurückgegeben wird.
Falls erwartet wird, dass mehrere Objekte mit einem ähnlichen Score gefunden
werden können, aber nur das Modell mit dem höchsten Score
zurückgegeben werden soll, kann es vorteilhaft sein, NumMatches
zu
erhöhen, und dann den Match mit dem höchsten Score auszuwählen.
In manchen Fällen kann es vorkommen, dass sich verschiedene
Instanzen nur durch die Lage einer oder weniger Komponenten
unterscheiden. Mit dem Parameter MaxOverlap
kann bestimmt
werden, um welchen Anteil, ausgedrückt als Zahl zwischen 0 und 1,
sich zwei Instanzen höchstens überlappen dürfen, damit sie als
verschieden angesehen werden, und somit zurückgeliefert werden.
Falls sich zwei Instanzen um mehr als MaxOverlap
überlappen, wird nur die beste gefundene Instanz zurückgeliefert.
Die Berechnung der Überlappung erfolgt anhand der kleinsten
umschließenden Rechtecke beliebiger Orientierung der Konturen der
einzelnen Komponenten (siehe smallest_rectangle2
). Bei
MaxOverlap
= 0 dürfen sich die gefundenen
Instanzen nicht überlappen, bei MaxOverlap
= 1
findet keine Überprüfung der Überlappung statt und es werden alle
gefundenen Instanzen zurückgeliefert.
Mit dem Parameter IfRootNotFound
lässt sich das Verhalten
des Operators bei einem fehlenden oder stark verdeckten Wurzelobjekt
beeinflussen. Die Wahl dieses Parameters wirkt sich entscheident auf
die Rechenzeit aus. Falls IfRootNotFound
auf
'stop_search' gesetzt wird, wird davon ausgegangen, dass
die Wurzelkomponente im Bild immer gefunden wird, so dass bei
Instanzen, bei denen die Wurzelkomponente nicht gefunden wurde, die
Suche nach den restlichen Komponenten dieser Instanz nicht
fortgesetzt werden kann. Falls IfRootNotFound
auf
'select_new_root' gesetzt wird, werden sukzessive
unterschiedliche Komponenten als Wurzelkomponente gewählt und im
gesamten Suchraum gesucht. Die Auswahl der Wurzelkomponenten erfolgt
in der Reihenfolge, die in RootRanking
übergeben
wurde. Die Lagen der gefundenen Instanzen aller Wurzelkomponenten
werden dann dazu genutzt die rekursiven Suchen nach den übrigen
Komponenten zu starten. Dadurch ist es zwar möglich, Instanzen auch
dann zu finden, wenn die ursprüngliche Wurzelkomponente nicht
gefunden wird, die Rechenzeit der Suche steigt allerdings im
Vergleich zur Suche mit 'stop_search' deutlich an. Die
Anzahl der zu suchenden Wurzelkomponenten richtet sich nach dem in
MinScore
übergebenen Wert. Je größer MinScore
gewählt wird, desto weniger Wurzelkomponenten müssen gesucht werden
und desto schneller verläuft die Suche. Werden in
RootComponent
weniger Elemente übergeben als
Wurzelkomponenten während der Suche benötigt werden, so werden die
Wurzelkomponenten in der automatisch berechneten Reihenfolge ergänzt
(siehe create_trained_component_model
bzw.
create_component_model
).
Mit dem Parameter IfComponentNotFound
lässt sich das
Verhalten des Operators bei fehlenden oder stark verdeckten
Komponenten, die nicht Wurzelkomponente sind, beeinflussen. Dabei
geht es darum, zu entscheiden, in welcher Weise Komponenten, die
relativ zur Lage einer anderen (Vorgänger-)Komponente gesucht werden
müssten, behandelt werden, wenn die Vorgänger-Komponente selbst
nicht gefunden wurde. Falls IfComponentNotFound
auf
'prune_branch' gesetzt wird, werden solche Komponenten
nicht gesucht und ebenfalls als 'nicht gefunden' eingestuft. Falls
IfComponentNotFound
auf 'search_from_upper'
gesetzt wird, werden solche Komponenten relativ zur Lage der
Vorgänger-Komponente der Vorgänger-Komponente gesucht. Falls
IfComponentNotFound
auf 'search_from_best' gesetzt
wird, werden solche Komponenten relativ zur Lage der bereits
gefundenen Komponente gesucht, von der aus die relative Suche mit
dem geringsten Rechenaufwand durchgeführt werden kann.
Der Parameter PosePrediction
gibt an, ob die Lage von nicht
gefundenen Komponenten nach der Suche geschätzt werden soll. Falls
PosePrediction
auf 'none' gesetzt wird, werden nur
die Lagen der gefundenen Komponenten zurückgeliefert. Wird
PosePrediction
dagegen auf 'from_neighbors' oder
auf 'from_all' gesetzt, werden die Lagen der nicht
gefundenen Komponenten geschätzt und mit einer Bewertung von
ScoreComp
= 0.0 zurückgeliefert. Die Schätzung
der Lage erfolgt auf Grundlage der Lagen gefundener
Nachbarkomponenten im Suchbaum ('from_neighbors' ) oder auf
Grundlage der Lagen aller gefundenen Komponenten
('from_all' ).
Im Wesentlichen wird intern für die Suche der einzelnen Komponenten
das formbasierte Matching verwendet (siehe
find_shape_model
). Daher ist die Bedeutung der Parameter
MinScoreComp
, SubPixelComp
, NumLevelsComp
und GreedinessComp
analog zur Bedeutung der entsprechenden
Parameter in find_shape_model
. Diese Parameter müssen
entweder genau ein Element enthalten oder dieselbe Anzahl wie
Modellkomponenten in ComponentModelID
. Im ersten Fall wird
der Wert des Eingabeparameters für alle Modellkomponenten gleich
verwendet. Im zweiten Fall wird das jeweilige Element des
Eingabeparameters für die entsprechende Komponente in
ComponentModelID
verwendet. NumLevelsComp
kann
auch zwei oder zweimal die Anzahl von Modellkomponenten
enthalten. Der erste Wert spezifiziert die Anzahl an
Pyramidenebenen, die während der Suche benutzt werden sollen. Der
zweite Wert spezifiziert die unterste Pyramidenebene, bis auf welche
die Matches verfolgt werden. Sollen für unterschiedliche Komponenten
unterschiedliche Werte übergeben werden, so sind die beiden Werte
verschränkt anzugeben. Falls z.B. zwei Komponenten in
ComponentModelID
enthalten sind, die oberste Pyramidenebene
für die erste Komponente 5 und für die zweite Komponente 4 sein soll
und die unterste Pyramidenebene für die erste Komponente 2 und für
die zweite 1 sein soll, so ist NumLevelsComp
=
[5,2,4,1] zu wählen. SubPixelComp
kann neben der
Subpixel-Extraktion auch einen zweiten Wert für die maximale
Objektdeformation beeinhalten. Dies kann mit Hilfe des optionalen
Parameterwertes 'max_deformation ' und einer nachfolgenden
Ganzzahl zwischen 0 und 32 (im selben String), die
die maximale Deformation beschreibt, erfolgen.
Für einen aussagekräftigen Score und zum Vermeiden falscher Matches
wird empfohlen, das Erlauben einer Deformation mit einer Subpixel-Extraktion
mit einer der Least-Squares-Adjustment-Methoden zu kombinieren. Falls die
Subpixel-Extraktion und/oder die maximale Objektdeformation für jede
Komponente einzeln spezifiziert werden sollen, muss in
SubPixelComp
die Subpixel-Extraktion genauso oft angegeben
werden, wie die Anzahl an Modellkomponenten in
ComponentModelID
. Nach jedem übergebenen Wert für die
Subpixel-Extraktion kann optional ein zweiter Wert übergeben werden,
der die maximale Objektdeformation für die jeweilige Komponente
beschreibt. Wird nach dem Wert für die Subpixel-Extraktion kein Wert
für die Objektdeformation übergeben, wird die entsprechende
Komponente ohne Deformation gesucht. Weitere Details sind in der
Dokumentation von find_shape_models
zu finden.
Image
(input_object) (multichannel-)image →
object (byte / uint2)
Eingabebild, in dem das Komponentenmodell gefunden werden soll.
ComponentModelID
(input_control) component_model →
(handle)
Handle des Komponentenmodells.
RootComponent
(input_control) integer(-array) →
(integer)
Index der Wurzelkomponente.
Wertevorschläge: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
AngleStartRoot
(input_control) angle.rad(-array) →
(real)
Kleinste auftretende Rotation der Wurzelkomponente
Defaultwert: -0.39
Wertevorschläge: -3.14, -1.57, -0.79, -0.39, -0.20, 0.0
AngleExtentRoot
(input_control) angle.rad(-array) →
(real)
Ausdehnung des Winkelbereichs.
Defaultwert: 0.79
Wertevorschläge: 6.28, 3.14, 1.57, 0.79, 0.39, 0.0
Restriktion: AngleExtentRoot >= 0
MinScore
(input_control) real →
(real)
Minimale Bewertung der zu findenden Instanzen des Komponentenmodells.
Defaultwert: 0.5
Wertevorschläge: 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0
Minimale Schrittweite: 0.01
Empfohlene Schrittweite: 0.05
Restriktion: 0 <= MinScore && MinScore <= 1
NumMatches
(input_control) integer →
(integer)
Anzahl der zu findenden Instanzen des Komponentenmodells (oder 0 für alle Treffer).
Defaultwert: 1
Wertevorschläge: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 20
MaxOverlap
(input_control) real →
(real)
Maximale Überlappung der zu findenden Instanzen des Komponentenmodells.
Defaultwert: 0.5
Wertevorschläge: 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0
Minimale Schrittweite: 0.01
Empfohlene Schrittweite: 0.05
Restriktion: 0 <= MaxOverlap && MaxOverlap <= 1
IfRootNotFound
(input_control) string →
(string)
Verhalten bei fehlender Wurzelkomponente.
Defaultwert: 'stop_search'
Werteliste: 'select_new_root' , 'stop_search'
IfComponentNotFound
(input_control) string →
(string)
Verhalten bei fehlenden Komponenten.
Defaultwert: 'prune_branch'
Werteliste: 'prune_branch' , 'search_from_best' , 'search_from_upper'
PosePrediction
(input_control) string →
(string)
Schätzung der Lagen nicht gefundener Komponenten.
Defaultwert: 'none'
Werteliste: 'from_all' , 'from_neighbors' , 'none'
MinScoreComp
(input_control) real(-array) →
(real)
Minimale Bewertung der zu findenden Instanzen der Komponenten.
Defaultwert: 0.5
Wertevorschläge: 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0
Minimale Schrittweite: 0.01
Empfohlene Schrittweite: 0.05
Restriktion: 0 <= MinScoreComp && MinScoreComp <= 1
SubPixelComp
(input_control) string(-array) →
(string)
Subpixelgenauigkeit der Komponentenlagen falls ungleich 'none' .
Defaultwert: 'least_squares'
Wertevorschläge: 'none' , 'interpolation' , 'least_squares' , 'least_squares_high' , 'least_squares_very_high' , 'max_deformation 1' , 'max_deformation 2' , 'max_deformation 3' , 'max_deformation 4' , 'max_deformation 5' , 'max_deformation 6'
NumLevelsComp
(input_control) integer(-array) →
(integer)
Anzahl der verwendeten Pyramidenebenen für die
Komponenten (und
unterste zu verwendende Pyramidenebene falls
|NumLevelsComp
| = 2n).
Defaultwert: 0
Werteliste: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10
GreedinessComp
(input_control) real(-array) →
(real)
„Gierigkeit“ der Suchheuristik für die Komponenten (0: sicher aber langsam; 1: schnell aber Matches können „übersehen“ werden).
Defaultwert: 0.9
Wertevorschläge: 0.0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4, 0.5, 0.6, 0.7, 0.8, 0.9, 1.0
Minimale Schrittweite: 0.01
Empfohlene Schrittweite: 0.05
Restriktion: 0 <= GreedinessComp && GreedinessComp <= 1
ModelStart
(output_control) integer(-array) →
(integer)
Startindex jeder gefundenen Instanz des Komponentenmodells auf die Tupel, die die Komponentenmatches beschreiben.
ModelEnd
(output_control) integer(-array) →
(integer)
Endindex jeder gefundenen Instanz des Komponentenmodells auf die Tupel, die die Komponentenmatches beschreiben.
Score
(output_control) real(-array) →
(real)
Bewertung der gefunden Instanzen des Komponentenmodells.
RowComp
(output_control) point.y(-array) →
(real)
Zeilenkoordinate der gefundenen Komponentenmatches.
ColumnComp
(output_control) point.x(-array) →
(real)
Spaltenkoordinate der gefundenen Komponentenmatches.
AngleComp
(output_control) angle.rad(-array) →
(real)
Rotationswinkel der gefundenen Komponentenmatches.
ScoreComp
(output_control) real(-array) →
(real)
Bewertung der gefundenen Komponentenmatches.
ModelComp
(output_control) integer(-array) →
(integer)
Index der gefundenen Komponenten.
Sind die Parameterwerte korrekt, dann liefert
find_component_model
den Wert 2 (H_MSG_TRUE). Das Verhalten bei
leerer Eingabe (keine Eingabebild vorhanden) lässt sich mittels
set_system('no_object_result',<Result>)
festlegen.
Gegebenenfalls wird eine Fehlerbehandlung durchgeführt.
create_trained_component_model
,
create_component_model
,
read_component_model
find_shape_model
,
find_shape_models
,
get_shape_model_params
,
get_component_model_params
,
train_model_components
,
set_shape_model_origin
,
smallest_rectangle2
Matching