Region Growing, Labeling und Konturen

Segmentierung:

• Identifikation von (Pixel-)Bereichen im Bild, die zu einem Objekt gehören -> Darstellung als “Maske”

Region:

• Zusammenhängender Bereich im Binärbild

• Es kann mehrere Regionen in einem Bild geben, diese werden dann unterschiedlich gelabelt

• Regionen können auf verschiedene Eigenschaften untersucht werden:

  • Fläche, Umfang, Schwerpunkt, Flächenträgheitsmoment, Richtung der Hauptachse, Mittlere Helligkeit, Konturmerkmal

Label:

• Jede Region wird eindeutig makiert -> Separation in mehrere Einzelobjekte

• Sinn des Labelings: Vereinzelnte Verarbeitung jedes Objekts anhand dessen Eigenschaften z.B.: Löschen, wenn Fläche zu klein (Rauschen entfernen) oder Klassifikation

1. Suche (beliebigen) Startpunkt S innerhalb einer Region, der noch nicht bearbeitet wurde (also noch nicht zu einer Region gehört) als aktuellen Punkt P -> Neue Region mit Label L entsteht, Punkt P hinzufügen

2. Für alle Nachbarpunkte Ni im Bildbereich (4er oder 8er Nachbarschaft):

   a) Falls Ni auch zur Region, aber noch nicht bearbeitet wurde:

   • Füge Ni zur Region hinzu (Label L)

   • wähle diesen Punkt als aktuellen Punkt P und fahre bei 2. fort

   b) sonst: continue

3. Kein Nachbar übrig: Erhöhe Labelzahl L<-L+1 und weiter bei 1.

-> Praxis: Rekursiontiefe nicht realisierbar

1. Suche (beliebigen) Startpunkt S innerhalb einer Region, der noch nicht bearbeitet wurde (also noch nicht zu einer anderen Region gehört) -> Neue Region mit Label L entsteht, Punkt S zum Stack hinzufügen

2. Solange Stack nicht leer ist:

   • Hole ein Pixel Element P vom Stack

   • Füge P der Region/dem Label L hinzu

   • Für alle Nachbarpunkte Ni von P (in 4er oder 8er Nachbarschaft):

     • Falls Ni auch zur Region gehört (Vordergrund/Objekt)

       • dann Füge Ni zum Stack hinzu

       • sonst continue

3. Fertig mit aktuellem Objekt (letzter Punkt bearbeitet)?

   • Ja: fertig

   • Nein: Erhöhe Labelzahl L<- L+1 und weiter bei 1.

• Fläche A

  • Flächenmoment 0.Grades

  • Flächeninhalt

  • Mögliche Anwendung: Entfernen von kleinen Bildbereichen (z.B. Rauschen) -> Threshold für Fläche setzen, alles unter dem Threshold wird entfernt

• Schwerpunkt S

  • Flächenmoment 1.Grades

• Flächenträgheitsmoment

  • Flächenmoment 2.Grades

  • Informationen über die Form, Größe und Orientierung von Strukturen in Bildern

• beschreiben ein einfaches Pferchelement für erkannte Objekte/Regionen:

  • Parameter der Pferchelemente können zur Klassifizierung genutzt werden (z.B. Fläche, Winkel, Anzahl Abschnitte bei Convex hull)

  • Relationen von Pferchelement und Objekt (z.B. Flächenverhältnis Objektpixel/Umkreisfläche)

  • Achsparallele Bounding Box kann genutzt werden, um einen Bildausschnitt zu erzeugen, der das Objekt vollständig enthält -> kleiner Bildausschnitt zur Weiterverarbeitung

• Rundheit eines Objekts berechnet sich aus dem Verhältnis von Konturlänge zu Objektfläche

• Maximalwert 1.0 (für perfekte Kreise) wird in der Praxis meist nicht erreicht (wg. Diskretisierung)

• Merkmal zur Klassifizierung (z.B. Runde Marker im Kalibriermuster vs. Schmutz)

FORMEL FEHLT

• als Konturen wird i.A. der geschlossene binarisierte Rand um eine Region mit 1 Pixel Breite bezeichnet

  • Außenkontur -> innen Objekt, außen Hintergrund

  • Innenkontur -> außen Objekt, innen Hintergrund

• Konturen können ein Hierarchie (Level) aufweisen

• Konturen können sich niemals durchdringen, aber berühren

• Beschreibung z.B. als Kettencode möglich

1. Binärer Rand mit 1 Pixel Breite erzeugen:

• Grauwertbild + Linearer Kantenfilter + Binarisierung

  • Morphologische Nachoperationen notwendig (Shrinking, Skelettierung)

• Aus Binärbild:

  • Morphologischer Gradient

  • Erosion mit Cross Shaped Kernel

  • Mit Maximum-Filter (mit 4er oder 8er)

    • Kantenbild = Binärbild - MaximumFilter(Binärbild)

1. Kontur muss eindeutig, auf kürzestem Weg und geschlossen aus dem binarisierten Rand angeleitet werden -> z.B. Freeman Code

• Wähle beliebigen Startounkt auf der Kontur

• Laufe auf der Kontur entlang bis Startpunkt wieder erreicht

• Jeder Schritt ist (nur) durch seine Richtung beschrieben

• in 4er oder 8er Nachbarschaft möglich

  • in 8er uneindeutig und ggf. nicht kürzester Weg

• Abbruchkriterien (offene Kontur):

  • Keine unbearbeiteten Konturpunkte mehr aber Startpunkt noch nicht wieder erreicht

  • vom aktuellen Konturpunkt aus keine unbearbeiteten Nachbarpunkte mehr vorhanden

• Konturlänge l=e+Wurzel(2)*o

  • e: Anzahl der geraden Elemente

  • o: Anzahl der ungerade Elemente