Bildmatching

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Susanne Geck (Diskussion) 13:07, 13. Apr. 2016 (CEST)

Über Bildmatching-Algorithmen werden in der digitalen Bildverarbeitung einander annähernd gleiche Muster in zwei beliebigen Bildern gefunden. Auf Grundlage dieser Korrelation wird eine projektive Transformation berechnet, die es ermöglicht Bilder bestmöglich aufeinander abzubilden.

Bildmatching mit metigo® MAP

metigo® MAP benutzt Punkte, die während dieses Bildmatchings gefunden wurden, als Koordinaten und führt dann eine projektive Transformation eines der Bilder durch. Als Referenz dient dabei ein bereits entzerrtes Bild. In der Regel handelt es sich bei dem Referenzbild um ein Übersichtsbild und bei den darauf abgebildeten Bildern um detailliertere. Es lassen sich mit dieser Methode aber auch zusätzliche historische Aufnahmen passgenau transformieren und damit Zeitreihen erstellen.

Merke Merke: Bei der Abbildung historischer Aufnahmen, sowie von IR- oder UV-Aufnahmen muss darauf geachtet werden, dass genügend übereinstimmende Muster in den Bildern vorhanden sind, ansonsten greift der Algorithmus nicht. In diesen Fällen müssen identische Punkte gesucht und manuell gemessen werden.

Merke Merke: Wir empfehlen Ihnen unser Beispielprojekt am Ende dieses Kapitels durchzuführen und die Arbeitsschritte zu verinnerlichen, bevor Sie Ihr erstes eigenes Matching-Projekt beginnen.

Vorraussetzungen für das Bildmatching

Um Bildmatching durchzuführen, müssen Sie zunächst über den Knoten Bildebenen im Projektbaum ein entzerrtes Bild laden oder ein Bild über den Entzerrungsbaum entzerren und in Ihre Kartierung übernehmen.

Referenz- und Detailbild in der Zweibildanzeige.

Sobald Sie die Bildebene angelegt haben, können Sie fortfahren:

  1. Definieren Sie das entzerrte Bild als Referenz, indem Sie das Kontextmenü der Bildebene im Projektbaum öffnen und den Eintrag Als Referenzbild für Matching verwenden auswählen.
  2. Laden Sie mehrere Aufnahmen über das Kontextmenü des Knoten Koordinatenentzerrung im Entzerrungsbaum hoch.
  3. Wählen Sie das zu entzerrende Bild aus und klicken Sie in der Symbolleiste des Entzerrungsbaums den Icon Zweifensteranzeige IconDisplay DoubWind-hor.png an. Falls Sie eine vertikale Trennung der Bildanzeige bevorzugen, drücken Sie in der Leiste Entzerrungswerkzeuge den Button Stereofenster nebeneinander/übereinander anordnen IconRect twoWindows.png.
  4. Indem Sie mit dem Werkzeug IconRect MatchRectangle.png ein Fenster aufziehen, bestimmen Sie im Referenzbild den Bereich, in dem sich das zu entzerrende Bild befindet. Das aufgzogene Fenster wird als Auswertebereich für das Bildmatching herangezogen.
  5. Um die automatische Punktsuche zu starten, öffnen Sie den Dialog automatische Punktsuche, indem Sie das Pyramidenwerkzeug IconRect Pyr.png in der Werkzeugleiste anklicken.

Der Dialog automatische Punktsuche

Sobald Sie das Werkzeug betätigen, wird die Berechnung durchgeführt und das Fenster automatische Punktsuche öffnet sich, wenn die Suche in den Bildpyramiden beendet ist. Hier können Sie weitere Einstellungen vornehmen.

Automatische Punktsuche in der Zweibildanzeige und der Dialog Automatische Punktsuche.
  1. Die Punkte, die zur Entzerrung herangezogen werden blau angezeigt, weitere Punkte sind rot gefärbt. Indem Sie den Radio-button Raster aktivieren, lässt sich die Anzahl der Rasterfelder, aus denen jeweils ein Punkt zur späteren Entzerrung herangezogen wird, bestimmen. Dabei werden in der jeweiligen Zelle die Punkte mit hohem Fehler herausgefiltert. Voreingestellt ist ein Raster mit 16 Zellen, vier Zellen in der Breite und vier in der Höhe. Die Wahl eines gröberen Rasters kann zu einer ungünstigen Verteilung der Verknüpfungspunkte im zu entzerrenden Bild führen.
  2. Die Wahl des Radio-Buttons Punktliste gibt sämtliche gefundene Verknüpfungspunkte an die Koordinatendatei weiter. Alle Punkte werden blau im Auswertefenster angezeigt.
  3. Die darunter gelegene Liste zeigt die Punktfehler aller blauen Verknüpfungspunkte im Auswertefenster an. Die Spalten dieser Tabelle sind unter Koordinatenentzerrung detailliert beschrieben.
  4. Durch Drücken des Schalters Anzeigen wird der Dialog rechts um einen weiteren Bereich (Absatz 10-13) erweitert, in dem Sie spezialisierte Einstellungen vornehmen können. Die voreingestellten Parameter sind für die meisten Bilder ausreichend.
  5. Die Anzahl der gefundenen Punkte und derjenigen, die nach dem Filtern noch übrig geblieben sind, werden in den Textfeldern angezeigt. Wenn ihre Anzahl und ihre Verteilung ungenügend erscheint, ändern Sie die Einstellung und drücken Sie den Schalter neu finden.
  6. Geben Sie eine Startnummer für die neu erzeugten Punkte an.
  7. Wie im Werkzeugfenster zur Koordinatenentzerrung haben Sie die Möglichkeit die Entzerrungsparameter vorab zu berechnen und sich ein Protokoll anzeigen zu lassen.
  8. Wenn Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind, drücken Sie den Schalter OK und die neuen Punkte werden in die von Ihnen gewählte Messdatenebene geschrieben. Falls Sie keine gewählt haben sollten, wird eine neue Ebene mit dem Namen Neupunkte angelegt.
  9. Drücken Sie OK, um die berechneten Neupunkte in die gewählte Meßdatenebene zu übernehmen. Haben Sie keine Meßdatenebene ausgewählt, wird eine neue mit dem Namen Neupunkte angelegt. Die gematchten und gefilterten Punkte werden nun im Entzerrungsfenster angezeigt. Mit dem Schalter Cancel brechen sie ab.

Im Werkzeugfenster werden jetzt die von der Koordinatenentzerrung bekannten Tabellen angezeigt. Hier können Sie die Ergebnisse noch einmal überprüfen und wenn nötig Änderungen vornehmen, wie Punkte löschen oder neue Punkte im Referenz- und im Detailbild ergänzend messen.

Ein praktisches Beispiel

Zur Demonstration wurde an dieser Stelle das im Ordner ...\KARTIERUNG-SCHULUNG\AUSGANGSBILDER\GEMÄLDE-RECHTECK befindliche Bild benutzt. Es handelt sich um Aufnahmen der Stuppacher Madonna von Matthias Grünewald, die mit unterschiedlicher Ortsauflösung und verschiedenen Techniken im Auftrag des Landesamts für Denkmalpflege Baden-Württemberg aufgenommen worden sind.

Laden Sie bitte zunächst das Bild ALTAR-FARBE-2012.TIF, führen Sie eine Rechteckentzerrung durch und laden das entzerrte Bild in die Kartierung. Um bestmögliche Ergebnisse zu erzielen, wählen Sie beim Anlegen des Projekts 300 dpi als Auflösung und 1:5 as als Projektmaßstab. Sie können alternativ das bereits zuvor entzerrte Bild über den Projektbaum laden, indem sie das Kontextmenü des Knoten Bildebenen öffnen und diesem den Status als Referenzbild zuweisen, markieren Sie hierzu das geladene Bild und wählen Sie Als Referenzbild für Matching im Kontextmenü aus.

Gehen Sie im Erzerrungsbaum auf den Knoten Koordinatenentzerrung und wählen Sie im Kontextmenü mehrere Bilder laden... aus. Markieren Sie die übrigen Bilder im mittleren Teil des Fensters und ziehen Sie sie in den rechten Teil hinüber.

  1. Wählen Sie zunächst das Detailbild ALTAR-DETAIL_01_2012.TIF. Wählen Sie die Zweibildanzeige IconDisplay DoubWind-hor.png aus der Menüleiste. Das Auswertefenster wird horizontal zweigeteilt. Aufgrund des Bildformats ist eine vertikale Teilung des Bildschirms angenehmer, drücken Sie den Schalter IconRect twoWindows.png in der Werkzeugleiste.
  2. Benutzen Sie das Werkzeug IconRect MatchRectangle.png, um ein Auswahlrechteck um den überschneidenden Bildbereich des Ausgangsbilds aufzuziehen.
  3. Wählen Sie das untere der beiden Pyramidenwerkzeuge IconRect Pyr.png aus, um markante Verknüpfungspunkte in beiden Bildern über die Analyse der Bildstruktur der einzelnen Kanäle zu bestimmen.
  4. Sobald Sie das Werkzeug betätigen, wird die Berechnung durchgeführt und das Fenster automatische Punktsuche öffnet sich, wenn die Suche in den Bildpyramiden beendet ist. Hier können Sie Einstellungen vornehmen.
  5. Die Punkte, die zur Entzerrung herangezogen werden blau angezeigt, weitere Punkte sind rot gefärbt. Indem Sie den Radio-button Raster aktivieren, lässt sich die Anzahl der Rasterfelder, aus denen jeweils ein Punkt zur späteren Entzerrung herangezogen wird, bestimmen. Dabei werden in der jeweiligen Zelle die Punkte mit hohem Fehler herausgefiltert. Voreingestellt ist ein Raster mit 16 Zellen, vier Zellen in der Breite und vier in der Höhe. Die Wahl eines gröberen Rasters kann zu einer ungünstigen Verteilung der Verknüpfungspunkte im zu entzerrenden Bild führen.
  6. Die Wahl des Radio-Buttons Punktliste gibt sämtliche gefundene Verknüpfungspunkte an die Koordinatendatei weiter.
  7. Durch Drücken des Schalters Anzeigen wird der Dialog rechts um einen weiteren Bereich erweitert, in dem Sie spezialisierte Einstellungen vornehmen können. Die voreingestellten Parameter sind für die meisten Bilder ausreichend.
  8. Wie im Werkzeugfenster zur Koordinatenentzerrung haben Sie die Möglichkeit die Entzerrungsparameter vorab zu berechnen und sich ein Protokoll anzeigen zu lassen.
  9. Wenn Sie mit dem Ergebnis zufrieden sind drücken Sie den Schalter OK und die neuen Punkte werden in die von Ihnen gewählte Messdatenebene geschrieben. Falls Sie keine gewählt haben sollten, wird eine neue Ebene mit dem Namen Neupunkte angelegt.

Im Werkzeugfenster werden jetzt die von der Koordinatenentzerrung bekannten Tabellen angezeigt. Hier können Sie die Ergebnisse noch einmal überprüfen und wenn nötig Änderungen vornehmen, wie Punkte löschen oder neue Punkte im Ausgangsbild und im zu entzerrenden Bild ergänzend messen.

Zusätzliche Punkte und Erstellen von Passpunktbildern

Insbesondere in den Bildecken wurden automatisch eine unzureichende Anzahl von Verknüpfungspunkten durch das automatische Punktmatching gefunden. Um hier die Punkte zu verdichten, verknüpfen Sie dazu zunächst beide Bilder mit dem Werkzeug IconRect MovLink.png damit sich die Bildausschnitte in beiden Bildern simultan verschieben.

  1. Setzen Sie einen Neupunkt im Ursprungsbild mit dem Werkzeug IconRect NatPoint.png oder IconRect Centroid.png an eine markante Stelle.
  2. Ziehen Sie dann im Detailbild mit dem Werkzeug IconRect PointMatch.png und gedrückter Umschalttaste über den Bereich, in dem sich der Punkt befindet ein Rechteck auf.
  3. Alternativ können Sie auch im Ursprungsbild natürliche Punkte im linken Bild messen, und dann mit dem Werkzeug IconRect AutomMatch.png die Lage von mehreren gemessenen Punkten mit Hilfe von Punktmatching im rechten Bild bestimmen. Wenn Sie das Werkzeug IconRect GCP-images.png während der Messung im Zielbild aktiviert haben, wird gleichzeitig ein Passpunktbild der Bildkoordinate erstellt. Ein Quadrat in der linken unteren Ecke der Punktmarkierung und grüne Hinterlegung in der Tabelle deuten darauf hin, dass ein Passpunktbild der Objektkoordinate erstellt wurde.

Merke Merke: Es empfiehlt sich immer die wahre Lage der Bildkoordinaten in beiden Bildern noch einmal zu überprüfen und notfalls korrigieren.

Siehe auch