Bildanalyse - Image analysis
Die Bildanalyse ist die Extraktion aussagekräftiger Informationen aus Bildern . hauptsächlich aus digitalen Bildern mittels digitaler Bildverarbeitungstechniken . Bildanalyse-Aufgaben können so einfach wie das Lesen von Barcode- Tags oder so komplex wie das Identifizieren einer Person anhand ihres Gesichts sein .
Computer sind unverzichtbar für die Analyse großer Datenmengen, für Aufgaben, die eine komplexe Berechnung erfordern, oder für die Extraktion quantitativer Informationen. Andererseits ist der visuelle Kortex des Menschen ein ausgezeichnetes Bildanalysegerät, insbesondere zum Extrahieren von Informationen auf höherer Ebene, und für viele Anwendungen - einschließlich Medizin, Sicherheit und Fernerkundung - können menschliche Analytiker immer noch nicht durch Computer ersetzt werden. Aus diesem Grund sind viele wichtige Bildanalysewerkzeuge wie Kantendetektoren und neuronale Netze von menschlichen visuellen Wahrnehmungsmodellen inspiriert .
Digital
Digitale Bildanalyse oder Computerbildanalyse ist, wenn ein Computer oder ein elektrisches Gerät ein Bild automatisch untersucht, um nützliche Informationen daraus zu erhalten. Beachten Sie, dass das Gerät häufig ein Computer ist, aber auch ein Stromkreis, eine Digitalkamera oder ein Mobiltelefon sein kann. Es geht um die Bereiche Computer oder Machine Vision , und die medizinische Bildgebung und macht intensiven Gebrauch von Mustererkennung , digitale Geometrie und Signalverarbeitung . Dieses Gebiet der Informatik entwickelte sich in den 1950er Jahren an akademischen Institutionen wie dem MIT AI Lab, ursprünglich als Zweig der künstlichen Intelligenz und Robotik .
Es ist die quantitative oder qualitative Charakterisierung von zweidimensionalen (2D) oder dreidimensionalen (3D) digitalen Bildern . 2D - Bilder werden zum Beispiel in zu analysierenden Computer Vision und 3D - Bilder in der medizinischen Bildgebung . Das Feld wurde in den 1950er bis 1970er Jahren gegründet, beispielsweise mit wegweisenden Beiträgen von Azriel Rosenfeld , Herbert Freeman , Jack E. Bresenham oder King-Sun Fu .
Techniken
Es gibt viele verschiedene Techniken zur automatischen Analyse von Bildern. Jede Technik kann für einen kleinen Bereich von Aufgaben nützlich sein, es sind jedoch noch keine Methoden zur Bildanalyse bekannt, die für einen weiten Bereich von Aufgaben allgemein genug sind, verglichen mit den Fähigkeiten der Bildanalysefähigkeiten eines Menschen. Beispiele für Bildanalysetechniken in verschiedenen Bereichen sind:
- 2D- und 3D- Objekterkennung ,
- Bildsegmentierung ,
- Bewegungserkennung zB Einzelpartikelverfolgung ,
- Video-Tracking ,
- optischer Fluss ,
- medizinische Scan-Analyse ,
- 3D-Posenschätzung .
Anwendungen
Die Anwendungen der digitalen Bildanalyse werden in allen Bereichen der Wissenschaft und Industrie kontinuierlich erweitert, einschließlich:
- Assay-Mikrotiterplattenablesung , z. B. Nachweis, wo eine Chemikalie hergestellt wurde.
- Astronomie , wie die Berechnung der Größe eines Planeten.
- automatisierte Artenidentifikation (zB Pflanzen- und Tierarten)
- Verteidigung
- Fehlerlevelanalyse
- Filtern
- Bildverarbeitung , um beispielsweise automatisch Gegenstände in einem Werksförderband zu zählen.
- Materialwissenschaft , wie zum Beispiel festzustellen, ob eine Metallschweißnaht Risse aufweist.
- Medizin , wie die Erkennung von Krebs in einem Mammographie-Scan.
- Metallographie , wie die Bestimmung des Mineralgehalts einer Gesteinsprobe.
- Mikroskopie , wie das Zählen der Keime in einem Tupfer.
- automatische Kennzeichenerkennung ;
- optische Zeichenerkennung , z. B. automatische Kennzeichenerkennung.
- Fernerkundung , z. B. Erkennung von Eindringlingen in einem Haus und Erstellung von Landbedeckungs- / Landnutzungskarten.
- Robotik , um nicht in ein Hindernis zu lenken.
- Sicherheit , z. B. Erkennen der Augen- oder Haarfarbe einer Person.
Objektbasiert
Die objektbasierte Bildanalyse (OBIA) verwendet zwei Hauptprozesse: Segmentierung und Klassifizierung. Die herkömmliche Bildsegmentierung erfolgt pro Pixel. OBIA gruppiert Pixel jedoch zu homogenen Objekten. Diese Objekte können unterschiedliche Formen und Maßstäbe haben. Mit Objekten sind auch Statistiken verknüpft, mit denen Objekte klassifiziert werden können. Statistiken können Geometrie, Kontext und Textur von Bildobjekten enthalten. Der Analyst definiert Statistiken im Klassifikationsprozess beispielsweise zur Erzeugung der Bodenbedeckung .
Bei Anwendung auf Erdbilder ist OBIA als geografische objektbasierte Bildanalyse (GEOBIA) bekannt, definiert als "eine Unterdisziplin der Geoinformationswissenschaft , die sich der (...) Aufteilung von Fernerkundungsbildern (RS) in aussagekräftige Bildobjekte widmet. und Bewertung ihrer Eigenschaften durch räumliche, spektrale und zeitliche Skala ". Die internationale GEOBIA-Konferenz findet seit 2006 alle zwei Jahre statt.
Die objektbasierte Bildanalyse wird auch in anderen Bereichen wie der Zellbiologie oder der Medizin angewendet. Es kann beispielsweise Änderungen der Zellformen im Prozess der Zelldifferenzierung erfassen.
Die Technik ist in Software wie eCognition oder der Orfeo-Toolbox implementiert .
Siehe auch
- Archäologische Bilder
- Bildgebende Verfahren
- Bildverarbeitung
- Landbedeckungskartierung
- Militärische Intelligenz
- Fernerkundung
Verweise
Weiterführende Literatur
- Das Bildverarbeitungshandbuch von John C. Russ, ISBN 0-8493-7254-2 (2006)
- Bildverarbeitung und -analyse - Variations-, PDE-, Wavelet- und stochastische Methoden von Tony F. Chan und Jianhong (Jackie) Shen , ISBN 0-89871-589-X (2005)
- Front-End-Vision und Multi-Scale-Bildanalyse von Bart M. ter Haar Romeny, Taschenbuch, ISBN 1-4020-1507-0 (2003)
- Praktischer Leitfaden zur Bildanalyse von JJ Friel et al., ASM International , ISBN 0-87170-688-1 (2000).
- Grundlagen der Bildverarbeitung von Ian T. Young, Jan J. Gerbrands, Lucas J. Van Vliet, Taschenbuch, ISBN 90-75691-01-7 (1995)
- Bildanalyse und Metallographie, herausgegeben von PJ Kenny et al., International Metallographic Society und ASM International (1989).
- Quantitative Bildanalyse von Mikrostrukturen von HE Exner & HP Hougardy, DGM Informationsgesellschaft mbH, ISBN 3-88355-132-5 (1988).
- "Metallographische und materialographische Probenvorbereitung, Lichtmikroskopie, Bildanalyse und Härteprüfung", Kay Geels in Zusammenarbeit mit Struers A / S, ASTM International 2006.