11. Workshop Farbbildverarbeitung Carsten Büttner, HAWK Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc....
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Dipl.-Ing. (FH) Carsten Büttner, MSc.
Parametrierung digitaler Kamerasauf Basis einer
spektralen Charakterisierung
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Gliederung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Farbbildsensorik
Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz
Methode zur Spektralschätzung
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Farbbildsensorik
IT-Progressive-Scan-CCD
1004 x 1004 Bildpunkte
30 Vollbilder / Sekunde
36 MHz Datenfrequenz
mit RGB-Bayer-Mosaikfilter
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Kameraparametrierung:modellbasierter Ansatz
Lichtquelle Objekte Detektor Wiedergabe
Dermatoskopiesystem
weißeLED
Testkarten,Farbproben,
Haut,...Optik Sensor
Kamera-elektronik
DarstellungsRGB
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Kameraparametrierung:modellbasierter Ansatz
Physikalische Betrachtung: Für die Farbwahrnehmung werden drei spektrale Strahlungsverteilungen benötigt!
Lichtquelle S(λ) Objekte β(λ) Empfänger s(λ)
zusätzlich: chromatische Adaption, Wiedergabetransformation,...
Abbildungs-vorschrift?
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Kameraparametrierung:modellbasierter Ansatz
Physikalische Betrachtung: Für die Farbwahrnehmung werden drei spektrale Strahlungsverteilungen benötigt!
Lichtquelle S(λ) Objekte β(λ) Empfänger s(λ)Abbildungs-vorschrift?
zusätzlich: chromatische Adaption, Wiedergabetransformation,...
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Spektrale Messverfahren
Monochromatische Messung (direkt):
Kamerareaktion= spektrale Stützstelle
Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ)
Methode zur Spektralschätzung
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Spektrale Messverfahren
Lichtquelle S(λ) Objekte β(λ) Empfänger s(λ)
Kamerareaktion
mit Farbprobenmatrix
Monochromatische Messung (direkt):
Breitbandige Messung (indirekt, Spektralschätzung):
Kamerareaktion= spektrale Stützstelle
Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ)
Methode zur Spektralschätzung
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Überblick: Methoden zur Spektralschätzung
Methode zur Spektralschätzung
Methoden: Pseudo-Inverse der Farbprobenmatrix C
Singulärwertzerlegung
Lineare Programmierung
Quadratische Programmierung
Kriterien: mittlere/maximale absolute Abweichung
relative Abweichung
mittlere/maximale Glattheit
Uni-Modalität
Positivität
Basis-Funktionen (z.B. Fourier)
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Schätzung mittels Quadratischer Programmierung:
1. Kriterium: mittlere quadratische Abweichung
2. Kriterium: Glattheit
In Normalform für large-scale Algorithmus in MATLAB
Kriterien der verwendeten Methode
Methode zur Spektralschätzung
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Ideale RGB-Sensordaten
C - Farbprobenmatrix
Addition von Rauschen
Dunkelsignalrauschen mit
Photonenrauschen mit
PRNU mit
Mittelwertbildung über einen Bereich von 25x25 Bildpunkten
Umrechnung in Ladungsträger: Signalwert
Verrauschte RGB-Sensordaten
Simulationsmodell
Methode zur Spektralschätzung
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Ansatz:
Kriterium für Farbprobenauswahl:
Optimierungsalgorithmus (QP) liefert einenLagrange-Multiplikator für jede Nebenbedingung
Maß für den Einfluss der Nebenbedingung aufdas gefundene Optimum
Methode zur Farbprobenauswahl
Methode zur Spektralschätzung
(vgl. Extremwertbestimmung mehrdimensionaler Funktionen unter Nebenbedingungen)
Feststellung: Auswahl ist abhängig vom Rauschen statistische Auswertung
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Bewertungskriterien:
euklidischer Abstand im RGB-Farbraum des Sensors
geometrischer Abstand im rg-Diagramm (sensorbezogen)
Fehlerbewertung
Methode zur Spektralschätzung
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
LichtquelleSpektrale
Anpassungs-filter
FarbprobenAuswahl
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
LichtquelleSpektrale
Anpassungs-filter
FarbprobenAuswahl Strahlteiler
Spektrometer
Kamera
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Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Spektralschätzung im Vergleich zum Datenblatt:
Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100) Sony ICX285AQ (Kappa DX40)
Optimierung der Messbedingungen:
Integrationszeitanpassung
zusätzliches IR-Sperrfilter
Korrektur der Nichtlinearität
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Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Euklidischer Abstandim RGB-Farbraum
Geometrischer Abstandim rg-Diagramm
Kodak KAI-1020CM (Kappa DXc100) Sony ICX285AQ (Kappa DX40)
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Diskussion und Ausblick
Bewertung der Güte der Spektralschätzung
Vergleich zu monochromatischer Messung
Vergleich mit den Kamerareaktionen auf einen Referenzprobensatz
Kamera
Spektral-schätzung
MonochromatischeMessung
Fehlerbewertung der Reaktionen