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
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Gliederung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
Farbbildsensorik
Kameraparametrierung: modellbasierter Ansatz
Methode zur Spektralschätzung
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Farbbildsensorik
IT-Progressive-Scan-CCD
1004 x 1004 Bildpunkte
30 Vollbilder / Sekunde
36 MHz Datenfrequenz
mit RGB-Bayer-Mosaikfilter
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Kameraparametrierung:modellbasierter Ansatz
Lichtquelle Objekte Detektor Wiedergabe
Dermatoskopiesystem
weißeLED
Testkarten,Farbproben,
Haut,...Optik Sensor
Kamera-elektronik
DarstellungsRGB
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?
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,...
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Spektrale Messverfahren
Monochromatische Messung (direkt):
Kamerareaktion= spektrale Stützstelle
Lichtquelle S(λ) Empfänger s(λ)
Methode zur Spektralschätzung
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
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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)
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Bewertungskriterien:
euklidischer Abstand im RGB-Farbraum des Sensors
geometrischer Abstand im rg-Diagramm (sensorbezogen)
Fehlerbewertung
Methode zur Spektralschätzung
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
LichtquelleSpektrale
Anpassungs-filter
FarbprobenAuswahl
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
Ergebnisse am Farbkameramessplatz
LichtquelleSpektrale
Anpassungs-filter
FarbprobenAuswahl Strahlteiler
Spektrometer
Kamera
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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
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)
Carsten Büttner, HAWK11. Workshop Farbbildverarbeitung
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