B. Fragenkatalog - Bildverarbeitung (Neu) PDF

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Beantwortete Fragen aus dem Katalog...

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Fragenkatalog „Bildverarbeitung“ Thema „Bildaufnahme“ Was ist Quantisierung? - die gemessenen Lichtverteilungen je Pixel werden auf eine endliche Menge von Zahlenwerten abgebildet - Das bewerten der Intensitat eines Pixels anhand einer Grau-Farbwert Menge. - Digitalisierung von analogen Bildern - Analoge Signale werden regelmäßig abgetastet und der Spannungswert wird in ein Digitalwert umgewandelt •

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Wie viele Grauwerte gibt es in einem Standardgrauwertbild? Welchen Datentyp kann man dafür benutzen? - 255 Grauwerte, wobei 0 für Schwarz und 255 für Weiß. -mindestens CV_8U ist der Datentyp [8 Bit]

Was besagt das Abtasttheorem? - Eine bandbegrenzte Funktion, mit einer Grenzfrequenz fmax kann man perfekt aus den abgetasteten Werten rekonstruieren, wenn für die Abtastfrequenz fa gilt: fa ≥ 2 · fmax. •

- fa ist die Abtastfrequenz - im abgetasteten Signal dürfen nur Frequenzanteile vorkommen, die weniger als halb so groß wie die Abtastfrequenz sind - Ein Analoges Signal kann nur dann optimal digitalisiert werden, wenn man es mit mind. der Doppelten max. Frequenz abtastet. F‘ >= 2* f(max) •

Nennen Sie die zwei Schritte der Digitalisierung von Bildern! - Räumliche und zeitliche Abtastung -> Rasterung - Abbildung eines einzelnen Wertes auf eine endliche Anzahl von möglichen Zahlenwerten -> Quantisierung

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Was beeinfusst die Rastergröße bei einem Digitalbild? - CCD-Chip (ist ein Fotochip)

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Wie viele Farbkombinationen gibt es bei einem Farbbild im RGBFarbraum? - 8 Bit pro Komponente, ROT-GRÜN-Blau = 256^3 = 16,7 Millionen

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Was versteht man unter der Rasterung des Bildes und warum wird diese durchgeführt?

- Bild wird in diskrete gleich große Pixel aufgeteilt, CCD Chip gibt Werte fur Pixel Positionen zuruck. •

Was versteht man unter der PSF (Punktverwaschungsfunktion)? - Point Spread Funktion - beschreibt bandbegranzende Einflussfaktoren - beschreibt die Wirkung bandbegrenzender Einflussfaktoren

- Diese Einflussfaktoren sind Bewegungsunschärfe und Fokussierungsunschärfe ein •

"Die Abtastung erfolgt mit der Gauß-Funktion, diese Funktion beschreibt, wie einzelner Punkt im Bild dargestellt wird, deshalb auch PSF" Was versteht man unter dem Begriff „Pfad“ in der Bildverarbeitung? - Unter einem Pfad versteht man eine Folge von benachbarten Pixeln, die eine Homogenitätsbedingung erfüllen

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Wann spricht man in der Bildverarbeitung von einem zusammenhängenden Gebiet? - Die Menge aller Pixel, zwischen denen Pfade existieren, bezeichnet man als zusammenhängendes Gebiet

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Welche Abstandsmaße werden in der Bildverarbeitung genutzt? - Die euklidische Distanz, Cityblock-Distanz und Sachbrett-Distanz

Thema „Histogramm“ Was ist ein Histogramm? - Histogramme sind Bildstatistiken. Sie werden häufig genutzt, um wichtige Eigenschaften von Bildern schnell zu beurteilen. - Graph der Haufigkeitsverteilung der einzelnen Intensitatswerte. •

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Welche Information liefert das Histogramm eines Bildes? - Belichtungs-,Aufnahmefehler - Rückschlüsse auf Verarbeitungsschritte - Häufigkeit eines Grauwertes im Bild

Wie erhält man das normierte Histogramm? - Man teilt durch die Anzahl der Pixel , dann ergibt sich die Dichtefunktion - Haufigkeit des Grauwertes / Anzahl der Pixel im Bild (?) •

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Auf zwei Abbildungen ist es zu einer Über- bzw. Unterbelichtung gekommen. Skizzieren Sie den ungefähren Verlauf der Histogramme für die beiden Bilder! -Ü -> Überbelichtet ; U ->Unterbelichtet ; N ->Normal

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Wie sieht das Histogramm eines optimal aufgenommenen Bildes aus? - gleichmäßig verteilt, also es hat keine Spitzen

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Wieso wird in einem RGB-Bild Rot, Grün und Blau und nicht Rot, Gelb und Blau abgespeichert? - Rot, Grün und Blau sind Grundfarben - Gelb ist eine Mischfarbe aus Rot und Grün

Einfaches Rechenbeispiel zur Erstellung eines Histogramms - Haufigkeitswerte aus der Wertetabelle ablesen dann die Relative Häufigkeit bilden, und als Säule im Graph eintragen. •

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Gibt es dreidimensionale Histogramme? -Ja, bei 3 kanaligen Bildern.

Welche Rückschlüsse kann man aus der Betrachtung des Histogramms ziehen? - Kontrast, Grauwertverteilung, Unterbelichtung, Oberbelichtung, Dynamik, Bildfehler •

• Worauf weisen Lücken bzw. Spitzen im Histogramm hin? - Lücken weisen auf eine Kontrasterhöhung - Spitzen weisen auf eine Kontrastverminderung • und •

Wozu können Histogramme genutzt werden? -Zur Korrektur von Kontrast, Unterbelichtung, Oberbelichtung, Dynamik Bildfehlern Wieso ist die Verwendung von 2D-Histogrammen zur Analyse von Farbbildern sinnvoll? - 2D sind einfacher als 3D Histogramme und übersichtlicher

Thema „Grauwerttransformation“ • Welche Information liefert die Entropie? - Sie beschreibt die "Überraschung" bzw. "Unordnung" . Die Entropie drückt aus, wie viele Bits pro Pixel zu Kodierung der Bildinformation theoretisch benötigt werden. - Kurz : Liefert Informationsgehalt des Bildes. • Welche Vor- und Nachteile hat eine Look-up-Tabelle?

Vorteile: - komplexe Berechnungen lassen sich ersetzen - geringere Fehlerwahrscheinlichkeit Nachteil : - Bei kleinen Bildern ist Sie eher überflussig

- bei simplen Berechnungen langsamer

• Welche Arten von Grauwerttransformationen gibt es? Und was ist deren Ziel? -Monotone: Lineare Skalierung, Gamma Korrektur, Histogrammausgleich. -Nicht Monotone: Falschbilddarstellung, Stufentransformation. • Wie unterscheiden sich monotone von nicht monotonen Grauwerttransformationen?

• Wozu dient der lineare Histogrammausgleich? -Das Bild mithilfe von homogenen Punktoperationen so abändern, dass sich ein gleich verteiltes Histogramm ergibt • Wie muss ich den γ-Wert wählen, um bei der Gammatransformation die hellen Werte zu strecken? Welchen Einfluss hat das auf das Bild? - Gamma < 1, Bild wird heller • Wie sieht das Histogramm nach einer linearen Skalierung aus? Es enstehen gleichmäßige Lücken, wenn es gezerrt wurde./Spitzen, wenn es gestaucht wurde. Der hellste Wert verschiebt sich auf Max (z.B 255) • Warum sollte eine Veränderung der Helligkeit bei Farbbildern nicht im RGB-Farbraum durch eine Grauwerttransformation der

einzelnen Kanäle erfolgen? - Da jeder RGB-Kanal speziell gewichtet wurde, würde es hierbei zu Verzerrungen der Farbwerte kommen, also die Farben werden verschwommen aussehen •

Was versteht man in der Bildverarbeitung unter Punktoperationen? - Grauwert- oder Farbmanipulation sind z.B Punktoperationen

- Homogene Bildoperationen der Pixelwerte, Neuer Pixel wert hangt vom alten ab. •

Welchen Wert kann die Entropie in einem Grauwertbild (uchar) maximal annehmen? -8

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Wie sieht das Histogramm aus, wenn wir eine maximale Entropie vorliegen haben? - Gleichmasiger Verlauf, gerader Verlauf zur x Achse.

Thema „Glättungsfilter“ • Wie kann man die Rauschreduktion bei nicht beweglichen Objekten in Zeitserien realisieren? - Integration über die Bilder machen und zeitlich benachbarte Pixel betrachten. • Was versteht man unter dem Begriff „linearer Filter“? - Pixelwerte werden durch gewichtete Summationen verknupft, die Maske enthalt die Gewichte. • Nennen Sie Beispiele für lineare Filter! - Mittelwertfilter, Binominalfilter, Gausfilter • Woran erkennt man die Maske eines Tiefpassfilters und wozu wird sie verwendet? - Es gibt bei Tiefpassfiltern nur positive Elemente innerhalb der Maske. • Wieso gibt es keine 6x6-Maske? - Masken nur mit ungerader Anzahl, mussen Punktsymetrisch sein. • Wieso kann es bei einer Maske nur eine ungerade Anzahl von Elementen geben? - Die Maske muss Punktsymetrisch sein

• Besteht die Möglichkeit, durch Filterung die Bildqualität zu verbessern? - Ja, durch Rauschunterdruckung, und Kantenglättung. • Wie lässt sich verhindern, dass ein Bild durch einen Rauschunterdrückungsflter sehr unscharf wird? - Unscharfe Maskieren. •

Welchen Nebeneffekt bringt die Rauschreduktion durch lineare Faltung mit sich? -Kanten werden verschwommen -Unschärfe.

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Was passiert, wenn man einen Tiefpassflter mehrfach anwendet?

-Sollte immer unschärfer werden •

Welchen Vorteil und welchen Nachteil hat eine große bzw. kleine Maske bei linearen Filtern? -Je groser die Maske desto mehr Unscharfe.

Wie funktioniert der Boxcar-Filter (Mittelwertflter)? -Neuer Pixelwert wird durch das Arithmetische Mittel der benachbarten Pixel berechnet -Ergebnis wird nicht aus einzigen Pixel berechnet , sondern aus •

einer Menge von Pixeln •

Was ist der Nachteil des Boxcar-Filters? -Unterdruckt Hochfrequente Bildinformationen nicht gleichmasig gut. - alle Gewichte gleich trotz unterschiedlichen Abständen -nicht richtungsabhängig

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Wo liegt der Vorteil eines Binomial-/Gauß-Filters im Vergleich zum Mittelwertflter? - Kanten bleiben erhalten - es entstehen keine neuen Grauwerte

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Wie wirkt sich der Gauß-Filter auf das Bild aus? Welche Rolle hat dabei die Standardabweichung? -je größer die Kantenlänge desto verwischter das Bild -kann man in x- und y-Richtung (wird auch unschärfer)

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Was passiert, wenn man einen Filter mehrfach anwendet? -Bild wird zunehmend unschärfer

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Warum sollte man bei der Implementation bei großen zweidimensionalen Filtermasken, wenn möglich, separable Filter benutzen?

- da weniger Operationen benötigt werden, macht es die Filterung effizienter - großer Filter kann in mehrere kleine zerlegt werden •

Warum ist bei der Filterung die Zerlegung einer zweidimensionalen Filtermaske in zwei eindimensionale Masken effektiver? -weil weniger Operationen notwendig sind

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Lässt sich jeder zweidimensionale Filter in zwei eindimensionale Filter aufteilen? -lineare Filter lassen sich aufteilen -nicht-lineare Filter nein

Thema „Kantenfilter“ Was versteht man unter dem Gradienten und welche Information liefert er? - Gradient = Vektor der partiellen Ableitung in x, y, z(3D), liefert starke und der Kante •

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Richtung

Wie wird der Gradient ermittelt? - durch Partielle Ableitung

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Wie ist der Gradient defniert? - Der Gradient als Operator der Mathematik verallgemeinert die bekannten Gradienten, die den Verlauf von physikalischen Größen beschreiben •

Wie ermittelt man die Stärke und die Orientierung einer Kante? -Gradientenbetrag = Starke der Kante, Gradientenrichtung = Orientierung

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Welche Information liefert die Gradientenrichtung? Wie wird

sie berechnet?

- Richtung der Stärksten Steigung bzw. Stärksten Gefälle

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Welche Information liefert der Gradientenbetrag? Wie wird er berechnet?

- Stärke der Stärksten Steigung bzw. Stärksten Gefälle

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Wie berechnet man die erste Ableitung bei digitalen Bildern? -mittels linearer Filter

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Welche Information über das Bild kann man anhand der 1. Ableitung gewinnen? - Kanten sind lokale Maxima der Ableitung - Maxima -> Ableitung in x zweigt horizontale Kanten, Maxima -> Ableitung in y Vertikale Kanten.

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Nennen Sie eine Anwendung, die auf der Erkennung von Kanten beruht! - OCR Optical Character Recognition.

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Welches ist die Bedingung (mathematisch) zur Bestimmung einer Kante? - 2. Ableitung = 0;

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Wie lauten die Filtermasken des Sobelflters und welchen Vorteil bieten sie? - X: -1 0 1 Y: 1 2 1 -2 0 2 000 -1 0 1 -1-2-1 Sie erkennen Kanten und entfernen entstandenes Rauschen gleichzeitig.

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Worin unterscheiden sich Filtermasken zur Rauschreduktion von denen zur Kantenerkennung? - Rauschreduktionsfilter: Benutzen nur Positive Werte Kantenerkennung: Positive und Negative Werte werden Benutzt, Ableitung wird benutzt

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Warum ist die einfache Differenzbildung empfndlich gegenüber Rauschen? - Weil Kanten und Rauschen ahnliche Charakteristische Attribute im

Frequenzraum haben. •

Wieso verstärken Kantendetektoren das Rauschen? - auch weil Kanten und Rauschen ahnliche Charakteristische Attribute im Frequenzraum haben

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Wozu kann man Filter in Bildern verwenden? -Um Rauschen zu mindern, Erkennung von Strukturen, Beseitigung von Details

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Wie kann verhindert werden, dass bei der Bildung der 2.Ableitung das Rauschen im Bild verstärkt wird? -das Bild sollte vorher geglättet werden

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Worin unterscheiden sich LoG-Filter (Laplacian-ofGaussian) und DoG-Filter (Difference-of- Gaussians)? - LOG: Kombination von Faltung mit Laplace und Glattung mit Gausfunktion - DOG: Filtermaske wird durch Subtraktion von 2. Gausfiltern mit unterschiedlicher Varianz erzeugt.

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Entstehen negative Grauwerte nur durch Kantenfilterung im Bild (Bildung der Ableitung) oder können diese auch so in Bildern vorkommen? - Sie konnen NICHT einfach so im Bild vorkommen, sondern nur bei der Kantenfilterung.

Thema „Nichtlineare Filter“ •

Warum arbeiten lineare Filter schlecht bei Impulsrauschen?

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Welche Rangordnungsflter gibt es?

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Welche Nachteile hat der Medianflter? - Hohe Rechenzeit, feine Strukturen gehen verloren, Bildverschiebung

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Kann man nichtlineare Filter miteinander kombinieren? - Rein rechnerisch ist das ganze möglich

- benachbarte Pixel sind verfälscht - Impulsrauschen kann nicht entfernt werden - Minimum-Filter - Maximum-Filter - Median-Filter

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Erläutern Sie die Vorgehensweise bei der Filterung mit Rangordnungsfltern? 1) -Werte werden nach Grose Sortiert, danach wird der wert zum Filter selektiert und der Mittlere Pixel wird ersetzt. 2) -Sortierung der Elemente in einer Filtermaske

- Auswahl des einsortierten Werts - Eintragung des Werts in die zentrale Position •

Wie kann die 2. Ableitung eines Bildes ermittelt werden. Nennen Sie verschiedene Möglichkeiten! - La-Place-Operator (Log Fog Filter?)

- mit 4er und 8er Nachbarschaft •

Wann sollten nichtlineare Filter verwendet werden? -bei Impulsrauschen

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Was versteht man unter adaptven Filtern? - Durch nichtlineare Operatoren können Kanten und Rauschen

getrennt •

behandelt werden

Welche Vorteile hat der Medianflter gegenüber dem Mittelwertfilter? 1)- erhält Kanten

- kleine Störungen werden vollständig entfernt - keine neuen Grauwerte

2)Es werden keine Neuen Grauwerte Erzeugt, Kanten bleiben erhalten, kleine Störungen werden vollständig entfernt. •

Wie funktioniert der Medianflter? 1)-Pixelwerte werden nach Grauwerte Größe sortiert, mittlerer Wert wird ausgewählt und Mittlerer Pixel wird durch diesen ersetzt. 2) - Grauwerte der Pixel werden der Größe nach sortiert

-Mittlerer Grauwert (Median) ersetzt den Grauwert des aktuellen Pixels •

Worin unterscheiden sich die Ergebnisse bei Filterung eines Bildes mit einem Mitelwertfilter bzw. mit einem Medianflter?

Mittelwert: - verwischte Karten - neue Grauwerte Medianfilter: - feine Strukturen - Farbecht

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Kann ein Bild nacheinander mit linearem und nichtlinearem Filter bearbeitet werden? Spielt die Reihenfolge dabei eine Rolle? - JA es kann bearbeitet werden und die Reihenfolge spielt auch eine Rolle

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Warum treten bei der Anwendung linearer Filter neue Grauwerte im Bild auf und bei der Medianflterung nicht? 1)-Weil bei der Mittelwertfilterung der Pixelwert neu berechnet wir, jedoch bei dem Median nur einer der vorhandenen Grauwerte ausgewahlt wird. 2)- Bei Median wird existierender Grauwert benutzt

- bei linearen Filtern wird Grauwert neu berechnet •

Warum ändert sich bei der Anwendung des Mittelwertflters der mittlere Grauwert im Bild im Gegensatz zur Medianflterung nicht?

- Bei Median wird existierender Grauwert benutzt - bei linearen Filtern wird Grauwert neu berechnet

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Wie entscheidet man, ob man Rangordnungsflter oder lineare Filter verwendet? -Bei Impulsrauschen Rangordnungsfilter

Thema „Segmentierung“ 1. Welcher Zweck wird mit Segmenterung verfolgt? -Bild in Semantische aufteilen, Datenreduktion 2. Wozu dient die Schwellwertoperaton?

- um Binärbilder zu erstellen(Binärisierung), Dynamik verringern 3. Worin unterscheiden sich regionenbasierte und kantenbasierte Segmenterung? -Kantenbasierte -> Grenzen definieren Segment, Regionbasierte -> inneres Segment

definiert

4. Was versteht man unter einem bimodalen Histogramm? - wenn das Bild, wie im nachfolgenden Beispiel, aus zwei Anteilen (Vordergrundobjekte und Hintergrund) besteht und diese sich durch ihren Grauwert unterscheiden. 5. Welche Probleme entstehen bei der Schwellwertermittlung, wenn vorher eine lineare Grauwertskalierung durchgeführt wurde? -Kanten sind verwaschen, dadurch ist der Schwellenwert schwer zu ermitteln. 6. Wie lässt sich der Laplace-Operator bei der Erstellung des Histogramms zum Ausblenden homogener Bildbereiche verwenden? Betrag von Laplace Bildern und nur die Werte in Histogramm einzeichnen die über

Schwellenwert liegen. 7. Was versteht man unter dem Begriff „Shading“? Ungleichmasig ausgeleuchtetes Bild. 8. Warum ist Shading bei der Schwellwertsegmenterung problematsch? Bild ist nicht gleichmasig ausgeleuchtet, kein Schwellenwert fur gesamtes Bild keine Bimodale Verteilung. 9. Wie kann ein Leerbild zur Shadingkorrektur erzeugt werden und welche Voraussetzungen müssen dafür gegeben sein? Objekte Rausfiltern oder Bild ohne Objekte Aufnehmen. 10. Wie kann man nach der Schwellwert-Segmenterung einfach die Anzahl der Segmente ermitteln? Durch Region Labeling, Maxima gibt Anzahl der Segmente an. 11. Was ist beim Region Labeling zu beachten, wenn in dem Bild mehr als 255 Objekte vorkommen? Region Growing Ausfuhren. 12. Wie funktioniert Region Growing? Auswahl der Pixel die ein zusammenhangendes Gebiet bilden ausgegangen von einem Seed-Point. 13. Was versteht man beim Region Growing unter „Auslaufen der Regionen“ und wie kann man es verhindern? Wenn der Ausgewahlte Bereich zu gros ist, wann man zu weite Homogenitatsbedingung auswahlt. Verhindern durch neuen Startpunkt wahlen. 14. Welche Probleme können beim Region Growing aufreten? Auslaufen, zu kleine Regionen, Rauschfilterung 15. Welche Formen lassen sich mit der Hough-Transformaton im Bild fnden? Gerade Linien, Kreise, Ellipsen 16. Wie fndet man im Hough-Raum die Linien, auf denen die meisten Punkte liegen? Maxima im Akkumulatorarry (Hough-Raum) 17. Wie fndet man bei der Hough-Transformaton Geraden, auf denen viele Bildpunkte liegen? Maxima im Akkumulatorarry (Hough-Raum) 18. Wieso wird bei der Hough-Transformation zur Liniendetekton mit der Hesse‘schen Normalform der Geradengleichung gearbeitet? Um Senkrechte gerade Linien zu zeichnen.

19. Welche Ziele werden mit der Hough-Transformation verfolgt und wie funktoniert sie? Auffinden von Geraden auf denen die meisten Punkte liegen.

Thema „Morphologie“ 1. Wozu konnen morphologische Operationen eingesetzt werden ? Durch Veranderung der Gestalt Storungen entfernen, nach der Segmentierung. 2. Was ist das Ziel von morphologischen Operationen? Nachverarbeitung von Binarbildern. 3. Was bewirkt Medianflterung bei einem Binarbild ? Abrundung von Ecken, Kleine Strukturen verschwinden lassen. 4. Welche Bilder werden im Allgemeinen fur die morphologische Operationen benutzt? Hauptsachlich Binärbilder. 5. Gibt es morphologische Operationen fur Grauwert-Farbbilder ? Yes. 6. Was versteht man unter Dilat...