Benutzer:RomanKalkreuth/Bildoperationskette

Eine Bildoperationskette ist eine sequentielle Anordnung von Bildoperationen, welche in der digitalen Bildverarbeitung eingesetzt werden.

Vorkommen

Bildoperationsketten entstehen häufig in Bildbearbeitungsprogrammen in welchen mehrere Bildoperationen hintereinander auf ein Bild angewendet werden.

Dimension einer Bildoperationskette

Bildoperationskette der Dimension 3

Eine Bildoperationskette wird durch eine Strukturdimension und Parameterdimension definiert. Die Strukturdimension beschreibt die Anzahl der Bildoperationen, welche in der Bildoperationskette enthalten sind. Die Parameterdimension steht für die Summe der Parameter der einzelnen Bildoperationen.

Verzweigungen und Zusammenführungen

Um komplexere Bildverarbeitungsverfahren abzubilden, können Bildoperationsketten auch in Teilketten verzweigt werden. Dies bietet sich vor allem für die Parallelisierung von rechenintensiven Bildverarbeitungsverfahren an. Die Berechnung der Teilketten kann beispielsweise auf mehrere Prozessorkerne verteilt werden. Ein Anwendungsfall stellt hierbei die Verarbeitung von Farbbildern dar. Die Anwendung der Operatoren auf die verschiedenen Farbkanäle kann in Teilketten aufgespaltet werden.

Bedeutung in der evolutionären Bildverarbeitung

In der evolutionären Bildverarbeitung dienen Bildoperationsketten als Vorlage zur Rekonstruktion und Optimierung von Bildverarbeitungsalgorithmen. Eine Bildoperationskette kann dabei im Sinne der genetischen Programmierung als Chromosom betrachtet werden. Die Anwendung der genetischen Programmierung kann zum Auffinden der Struktur einer Bildoperationskette dienen. Für die Rekonstruktion und Optimierung der Parameter können Evolutionsstrategien verwendet werden. Die Parameter einer Bildoperationsketten werden hierzu in einem Vektor zusammengefasst, um diese innerhalb der Evolutionsstrategie zu rekonstruieren. Die Parameter einzelner Bildoperationen können ebenfalls als Vektoren betrachtet werden.

${\vec {X}}_{1}={\begin{pmatrix}x_{11}\\x_{12}\end{pmatrix}}$ ${\vec {X}}_{2}={\begin{pmatrix}x_{21}\\x_{22}\\x_{23}\end{pmatrix}}$

${\vec {X}}={\begin{pmatrix}x_{11}\\x_{12}\\x_{21}\\x_{22}\\x_{23}\end{pmatrix}}$

Codierung einer Bildoperationskette

Für den Einsatz in einem evolutionären Algorithmus müssen die Bildoperationsketten kodiert werden. Hierbei können Zahlen und Buchstaben als Bezeichner dienen, um entsprechende Permutationen zu bilden. Jeder Bildoperation wird ein eindeutiger Bezeichner zugewiesen.

Sobel-Operator     =>  1  
Gaussfilter        =>  2
Laplace-Filter     =>  6
Mittelwertfilter   =>  A
Segmentierung      =>  E

Mithilfe verschiedener Permutationen an Bildoperationsketten können Populationen für den Einsatz im evolutionären Algorithmus gebildet werden. Mithilfe der Kodierung können genetische Operatoren (z.B. Rekombination und Mutation) im evolutionären Algorithmus auf die Bildoperationsketten angewendet werden.

Kette 1     (157A)
Kette 2     (268C) 
Kette 3     (982157)
Kette 4     (FE6314)

Literatur

• Roman Kalkreuth, Günther Rudolph, Jörg Krone: Automatische Generierung von Bildoperationsketten mittels genetischer Programmierung und CMA-Evolutionsstrategie, Technische Universität Dortmund, Lehrstuhl für Algorithm Engineering, 2014

• Roman Kalkreuth, Jörg Krone, Michael Schneider: Automatische Generierung von Bildoperationsketten mittels genetischer Programmierung, Fachhochschule Südwestfalen, Institut für Computer Vision & Computational Intelligence, in: Proceedings 22. Workshop Computational Intelligence, Seite 325–340, 2012, ISBN 978-3-86644917-6.

Weblinks

• Institut für Computer Vision & Computational Intelligence der Fachhochschule Südwestfalen

• Lehrstuhl für Algorithm Engineering der Technischen Universität Dortmund

Kategorie: Bildverarbeitung Kategorie:Evolutionäre Bildverarbeitung