DE3612268A1 - Verfahren zum auffinden von in einem vergleichsbild vorhandenen flaechen in einem bild - Google Patents
Verfahren zum auffinden von in einem vergleichsbild vorhandenen flaechen in einem bildInfo
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- G06T2207/30168—Image quality inspection
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von
Anspruch 1.
Vorzugsweise von einem optronischen Sensor oder einer Bildwiedergabeeinrichtung
gelieferte Bilder, beispielsweise Video-Bilder einer laufenden
Bildfolge, weisen im allgemeinen diese Bilder kennzeichnende Flächen oder
Flecken auf. Es ist nun gewünscht, die in einem Bild festgestellten
Flächen in einem Vergleichsbild wiederzuerkennen, und zwar möglichst im
annähernden Realzeitbereich. Ein derartiger Vergleich könnte z. B. bildpunktorientiert
durchgeführt werden, wobei jedoch nachteiligerweise auf
Informationen verzichtet werden müßte, die aus der Gestalt der Fläche oder
des Fleckes abzuleiten sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs
genannten Art zu schaffen, das das Auffinden von in einem Vergleichsbild
erkannten Flächen oder Flecken anhand ihrer Eigenschaften in einem
Bild ermöglicht.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Verfahrensschritte
des Anspruchs 1 gelöst.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen
2 bis 22 beschrieben.
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, daß eine Zuordnung allein aufgrund
der bekannten Parameter möglich ist. Es wird kein weiterer Bilddurchlauf
benötigt. Es ist sogar möglich, im Folgedurchlauf weitere abgelegte Parameter
zur Entscheidungsfindung hinzuzuziehen, ohne daß deshalb ein gesonderter
Bilddurchlauf erforderlich wird. Auch die Zuordnungskriterien
und deren Wichtung sind frei bestimmbar, wie z. B. der Erwartungsbereich,
in dem man eine Fläche oder einen Fleck wiederzufinden versucht. Von Vorteil
ist auch, daß das Verfahren sehr schnell und damit nahezu realzeitfähig
ist. Es ist besonders übersichtlich und damit wiederverwendbar. Es
ist möglich, das erfindungsgemäße Verfahren durch eine spezielle Hardware
zu realisieren.
In der Zeichnung ist eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens dargestellt,
und zwar zeigen die Fig. 1 und 2 jeweils einen Teil eines
Gesamtblockschaltbildes, wobei die beide Teile verbindenden Anschlüsse
mit a, b und c gekennzeichnet sind.
Gemäß Fig. 1 kann das Bild, vorzugsweise das Bild einer ununterbrochenen
Bildsequenz mittels eines opt. Sensors 1 erstellt werden (LLL-, IR-, Video-
Kamera o. ä.) oder von einem Medium 11 stammen, das zur Aufzeichnung derartiger
Signale geeignet ist. Dieses Bild n wird einem zweiten Bild n-1
überlagert, welches beispielsweise das vorhergehende Bild dieser Sequenz
ist. Die Überlagerung kann in einem Subtrahierer 12 durch Bildung der Differenz
erfolgen. Gleiche Bildteile werden dann zu Null, ungleiche Bildteile,
wie z. B. ein sich bewegendes Objekt werden ungleich Null. Dieser Schritt
ermöglicht ein leichtes Erkennen sich bewegender Bilder in Anschluß an die
Binärinirlogik 4. Er ist jedoch in gewisser Weise hinderlich, was die Folgerung
im Anschluß an die Betrachtung der dynamischen Eigenschaften (s. u.)
betrifft. Daher kann dieser Schritt übersprungen werden, erfordert aber
gewisse Änderungen in den folgenden Blöcken, ohne jedoch deren Grobfunktion
zu beeinflussen.
Der Zustand "0" im Differenzbild wird aus den verschiedensten Gründen nur
äußerst selten erreicht. Die Gründe liegen z. B. in Rauschen und/oder wechselnden
Lichtverhältnissen, und/oder in, wenn auch geringfügigen, Bewegungen
der Kamera 1 etc. Daher muß eine Schwelle in einer Schwellwertlogik 3
festgelegt werden, die alle diejenigen Differenz-Grauwerte umfaßt, die als
Bestandteil von Null definiert werden. Diese Schwelle kann in jedem Bild
unterschiedlich sein, da auch die Einflüsse auf das Bild wechseln. Auch bei
Verwendung des Originalbildes ist eine Anpassung der Schwelle zum späteren
Binärisieren nötig. Es muß nur ein anderen Schwellwert (Offset) angelegt
werden.
Weil man das im Bild n vorhandene Rauschen als additiv und normalverteilt
mit einem Erwartungswert von 0 annehmen kann, kann man auch davon ausgehen,
daß die Grauwertdifferenzen ebenfalls normalverteilt sind. Deshalb läßt sich
für ein einfaches Schwellwertverfahren ein Wert T angeben, so daß sich ein
Intervall ergibt, außerhalb dessen alle Werte liegen, die eine echte Differenz
repräsentieren. Wenn schon mehrere Bilder verarbeitet sind, sind schon
Informationen vorhanden, darüber, an welcher Stelle Differenzen existieren.
Mithin ergeben sich bei der Schwelle drei Grauwertbereiche:
- 1. Ein unterschwelliger Bereich;
- 2. Ein innerschwelliger Bereich;
- 3. Ein überschwelliger Bereich.
Für "Pixel = activ" gilt die Aussage:
G(T) e (T(u), T(o)),
wobei
T = Größe der Schwelle
G(T) = Grauwert innerhalb der Schwelle
T(u) = Unterer Grenzwert der Schwelle
T(o) = Oberer Grenzwert der Schwelle ist.
T = Größe der Schwelle
G(T) = Grauwert innerhalb der Schwelle
T(u) = Unterer Grenzwert der Schwelle
T(o) = Oberer Grenzwert der Schwelle ist.
Mittels der so ermittelten Schwelle wird in einer Binärisierungslogik 4 das
vorliegende Bild n auf die Zustände "innerschwellig" und "außerschwellig"
reduziert. Es entsteht ein vorläufiges Binärbild n, das in einer Reduktionslogik
13 von solchen Flächen gesäubert wird, die bestimmte Kriterien nicht
erfüllen. Ein solches Kriterium kann z. B. die Unterschreitung der Gesamtpixelmenge
der Fläche unter einen bestimmten Toleranzwert sein (Säuberung
von Schmutzeffekten). Das Originalbild wird nun mit dem entstandenen Binärbild
überschrieben um die Zahl der Speicherbausteine zu optimieren.
Das vorliegende, von Schmutz- und Rauscheffekten befreite Bild ist nun zu
segmentieren, d. h. es werden seine Flecken herausgearbeitet. Die Form der
Flecken ist beliebig. Dazu werden beim Lauf durch das Bild Nachbarschaftsbeziehungen
festgehalten, signifikante Pixel in Form ihrer Adressen gespeichert
und die bearbeiteten Pixel im Bild markiert. Eine Eigenschaftslogik
51 sorgt für das Heraussuchen bestimmter, den Fleck charakterisierender
Eigenschaften. Dies können sein:
- - Ausdehnung in x/y-Richtung
- - Schwerpunkt des Fleckes
- - Nummerieren des Fleckes
- - Punktezahl im Fleck
- - Formmerkmale des Fleckes
- - etc.
Diese Eigenschaften sind direkt aus dem Bild ablesbar und bedürfen nicht der
Betrachtung weiterer Bilder, um Erkennungsschlüsse zu ziehen. Wir sprechen
hier von "statischen Eigenschaften" im Gegensatz zu den im Folgenden erläuterten
"dynamischen Eigenschaften".
Um die Bearbeitung der dynamischen Eigenschaften zu beschleunigen und damit
Laufzeiten und Hardwareaufwand zu reduzieren, werden die Erkenntnisse aus den
statischen Eigenschaften nach bestimmten Kriterien sortiert. Das ermöglicht
die Bearbeitung der dynamischen Eigenschaften beginnend mit dem wichtigsten
Fleck und endend mit dem Unwichtigsten. Statussignale erlauben den Bearbeitungsabbruch
innerhalb der Tabelle. Durch eine Eigenschaftslogik 52 können
nun dynamische Eigenschaften eines Flecks herausgesucht werden. Als dynamische
Eigenschaften können beispielsweise folgende angesehen werden:
- - Geschwindigkeit der Bewegung (Pixel/Zeit zwischen zwei Bildern)
- - Richtung der Bewegung
- - Abstand der Flecken
- - Veränderung von Formmerkmalen (s. o.)
Die Eigenschaftslogik 51 kann z. B. jeden Fleck im Bild in drei Stufen bearbeiten
und auf diese Weise Korrespondenzen zu ihm suchen. Dazu wird eine
Hierarchie von Eigenschaften installiert, die in drei Stufen eingeteilt
ist:
Die alte Flecktabelle wird nach solchen Flecken durchsucht, die sich bezüglich
einer Eigenschaft (z. B. ein Formmerkmal) aus der Stufe 1 wenig unterscheiden
d. h. es wird z. B. nur ein Vergleich über die ersten Stellen eines
numerischen Wertes, der eine Eigenschaft repräsentiert, durchgeführt. Wird
ein Fleck gefunden, so wird dessen Nummer in eine Kandidatenliste eingetragen.
Die zweite Stufe ist in sich hierarchisch strukturiert. Diese Hierarchie
wird im folgenden Verlauf von oben nach unten durchlaufen. Das bedeutet,
daß die Eigenschaften Prioritäten erhalten. Der Vergleicher bearbeitet den
Fleck aus der aktuellen Fleck-Tabelle so, daß er prüft, ob die Kandidaten
sich bezüglich der gerade aktuellen Eigenschaft in der Hierarchie sich
wesentlich von ihm unterscheiden. Falls ja wird der Kandidat gelöscht.
Falls mehr als ein Kandidat übrig bleibt, wird geprüft, ob eine oder mehrere
Eigenschaften (s. auch Block 5.4.) vorgegebene Restriktionen verletzen. Ist
dies der Fall, so wird der Kandidat ebenfalls gelöscht.
Läßt sich mit dieser dreistufigen Vorgehensweise keine Zuordnung treffen,
so wird der Fleck als neu markiert. Ist dieser erste Durchlauf der Eigenschaftslogik
52 abgeschlossen, so wird die Flecktabelle des Vorgänger-Bildes
danach durchsucht, ob alle Flecken eine Korrespondenz im aktuellen Bild gefunden
haben. Flecken, für die dies nicht gilt, werden als verschwunden
markiert. Aus dem Abstand und der Geschwindigkeit kann eine Ablage berechnet
werden, die als Vorhersage für ihr Wiedererscheinen als Eingabe
für den Vergleicher und als a Priori-Information für die Schwellwertlogik
3 benutzt werden kann.
Eine Auswerteeinheit, dargestellt durch die Eigenschaftsspeicher 53 und
die Bezugslogik 54, schafft die Möglichkeit aus den Sensoreigenschaftsdaten
(z. B. Brennweite der Optik) und den geometrischen Daten innerhalb
der Bilder auf die Verhältnisse in der Realszene zu schließen. Hierzu bietet
sich die Anwendung von Informationen über perspektivische Verzerrungen
und/oder der darstellenden Geometrie an. Es ist an dieser Stelle ebenfalls
möglich, dem Rechenwerk Daten von extern zuzuführen. Dies gilt z. B. für
das mechanische Verhalten der Sensorträger (Plattformen etc.) Die Bildeigenschaften
liefern Daten wie Geschwindigkeit, Randbezug, Größenveränderung
etc. und lassen dadurch einen Schluß auf im Originalbild vorhandene
Objekte zu.
Eine besondere, der Bezugslogik 54 nachgeordnete Folgerungslogik 6 dieses
Gerätes gestattet es, mit der Hilfe von Schlußregeln (z. B. Beweisverfahren
auf Basis von der Prädikaten-Logik) die Grundlage für Aktionen zu schaffen,
die durch einen angeschlossenen Mechanismus ausführbar sind (z. B. Handling-
Robot).
Um den Kontakt zur um das Gerät befindlichen Umwelt wieder herstellen zu
können, werden die Ergebnisse in einer Ausgabeeinheit 7 zusammengefaßt, die
diese Ergebnisse in geeigneter Weise im Bild darstellt (z. B. Umrandung der
Objekte). Außerdem werden die o. g. Mechanismen mit den Daten versorgt, die
spezifischerweise für sie erforderlich sind (Schnittstellen-Hardware).
Claims (22)
1. Verfahren zum Auffinden von in einem Vergleichsbild vorhandenen Flächen
(Flecken) in einem Bild, insbesondere einem einer Bildfolge entnommenen
Bild, das von einer Einrichtung, vorzugsweise von einem optronischen Sensor
oder einer Bildwiedergabeeinrichtung, geliefert wird, wobei die
Flächen anhand von signifikanten Eigenschaften erkannt werden, gekennzeichnet
durch folgende Verfahrensschritte:
- a. das vorgelegte Bild (n) wird in einen überschwelligen und einen unterschwelligen Grauwert-Bereich eingeteilt, wobei durch den überschwelligen Grauwert-Bereich diejenigen Bildteile umfaßt werden, die im Bild (n) und Vergleichsbild (n-1) gleich sind;
- b. das vorgelegte Bild (n) wird in einer Binärisierungseinrichtung (4) in ein den überschwelligen Grauwert-Bereich darstellendes vorläufiges Binärbild (n) reduziert;
- c. das vorläufige Binärbild (n) wird in eine, den Vergleich der Flächen ermöglichende Segmentationseinrichtung (5) überschrieben;
- d. beim Durchlauf des vorläufigen Binärbildes (n) durch die Segmentationseinrichtung (5) werden Nachbarschaftsbeziehungen von Pixeln festgehalten, signifikante Pixel in Form ihrer Adressen gespeichert und die bearbeiteten Pixel im Binärbild mit einer Flächennummer markiert;
- e. jede Fläche wird anhand ihrer Markierungen im vorläufigen Binärbild (n) zusammengestellt;
- f. mit Hilfe einer Eigenschaftslogik (51, 52) werden bestimmte, eine Fläche charakterisierende Eigenschaften herausgesucht; und
- g. in einer Auswerteeinheit (53, 54) werden anhand der charakterisierenden Eigenschaften der Flächen Erkennungsschlüsse zum Auffinden der Flächen durchgeführt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorgelegte
Bild (n) einem zweiten Bild (n-1) überlagert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zweites Bild
das dem vorgelegten Bild (n) vorhergehende Bild (n-1) einer Bildfolge
verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überlagerung
mittels Differenzbildung der beiden Bilder (n, n-1) durchgeführt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch den überschwelligen
Grauwert-Bereich ein innerschwelliger Grauwert-Bereich umfaßt
wird, der durch einen unteren Grenzwert der Schwelle und einen oberen
Grenzwert der Schwelle begrenzt wird und somit einen Toleranzbereich der
Schwelle darstellt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorläufige
Binärbild (n) in einer Reduktionslogik (13) von solchen Flächen (Flecken)
gesäubert wird, die vorgegebene Kriterien nicht erfüllen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterien
die Größen der Flächen herangezogen werden.
8. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch die Verwendung der
Flächenschwerpunkte als vorgegebene Kriterien.
9. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Kriterium
die Unterschreitung der Gesamtpixelmenge einer Fläche unter einem vorgegebenen
Toleranzwert benutzt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das vorläufige
Binärbild (n) zusammen mit dem (Original-)Bild (n) zwecks Optimierung der
Speicherbausteine überschrieben wird.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Durchlauf
des Binärbildes (n) durch die Segmentationseinrichtung (5) diesem besondere
Eigenschaften hinzugefügt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Eigenschaftslogik
(51) statische Eigenschaften (wie Ausdehnung in x/y-Richtung;
Schwerpunkt einer Fläche, Numerierung einer Fläche, Punktezahl in der
Fläche, Formmerkmale der Fläche usw.) direkt auf dem vorläufigen Binärbild
(n) herausgesucht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß durch
die Eigenschaftslogik (52) dynamische Eigenschaften (wie Geschwindigkeit
der Bewegung, d. h. Pixel/Zeit zwischen zwei Bildern, Richtung der Bewegung,
Abstand der Flächen, Veränderung von Formmerkmalen usw.) herausgesucht
werden.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beschleunigung
der Bearbeitung der dynamischen Eigenschaften und damit zur Reduzierung
von Laufzeiten und Hardwareaufwand die Erkenntnisse aus den statischen
Eigenschaften nach vorgegebenen Kriterien sortiert werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
dynamischen Eigenschaften einer Fläche durch einen Vergleicher herausgesucht
werden.
16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch einen Vergleicher,
der einen Suchvorgang in drei Stufen durchführt.
17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der
Vergleicher Korrespondenzen zu den Flächen sucht.
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hierarchie
von Eigenschaften mit folgenden drei Stufen installiert wird: Kandidatenauswahl,
Kandidaten löschen und Restriktion.
19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels der
Auswerteeinheit (53, 54) aus den Sensoreigenschaftsdaten und den geometrischen
Daten innerhalb der Bilder auf die Verhältnisse in der Realszene
geschlossen wird.
20. Verfahren nach Anspruch 1 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch
eine der Auswerteeinheit (53, 54) nachgeschaltete Folgerungslogik (6) mit
Hilfe von Schlußregeln die Grundlage für Aktionen ermöglicht wird, durch
die ein nachgeordneter Mechanismus betätigt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 1, 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ergebnisse in einer der Auswerteeinheit (52, 53) bzw. der Folgerungslogik
(6) nachgeschalteten Ausgabeeinheit (7) zusammengefaßt werden.
22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammengefaßten
Ergebnisse in geeigneter Weise im Bild dargestellt werden.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863612268 DE3612268A1 (de) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | Verfahren zum auffinden von in einem vergleichsbild vorhandenen flaechen in einem bild |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19863612268 DE3612268A1 (de) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | Verfahren zum auffinden von in einem vergleichsbild vorhandenen flaechen in einem bild |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3612268A1 true DE3612268A1 (de) | 1987-10-15 |
Family
ID=6298498
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19863612268 Withdrawn DE3612268A1 (de) | 1986-04-11 | 1986-04-11 | Verfahren zum auffinden von in einem vergleichsbild vorhandenen flaechen in einem bild |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3612268A1 (de) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4410603C1 (de) * | 1994-03-26 | 1995-06-14 | Jenoptik Technologie Gmbh | Verfahren zur Erkennung von Fehlern bei der Inspektion von strukturierten Oberflächen |
DE4418143A1 (de) * | 1994-05-25 | 1995-11-30 | Siemens Ag | Verfahren und System zum Auswechseln oder Einblenden von Bildinhalten in Fernsehbilder |
EP1139285A1 (de) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf Ges.m.b.H. | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung bzw. Untersuchung von Gegenständen |
DE102012107287B4 (de) | 2011-08-19 | 2019-09-05 | Cognex Corp. | Computergestütztes Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren von Fehlern in einem Material |
-
1986
- 1986-04-11 DE DE19863612268 patent/DE3612268A1/de not_active Withdrawn
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE4410603C1 (de) * | 1994-03-26 | 1995-06-14 | Jenoptik Technologie Gmbh | Verfahren zur Erkennung von Fehlern bei der Inspektion von strukturierten Oberflächen |
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EP1139285A1 (de) * | 2000-03-31 | 2001-10-04 | Österreichisches Forschungszentrum Seibersdorf Ges.m.b.H. | Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung bzw. Untersuchung von Gegenständen |
DE102012107287B4 (de) | 2011-08-19 | 2019-09-05 | Cognex Corp. | Computergestütztes Verfahren und Vorrichtung zum Identifizieren von Fehlern in einem Material |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: TELEFUNKEN SYSTEMTECHNIK GMBH, 7900 ULM, DE |
|
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |