Institut für Raumbezogene Informations- und Messtechnik
Hochschule Mainz - University of Applied Sciences

Bildanalyse

Die Begriffe Bildanalyse und Bildverstehen beschreiben im Allgemeinen die computergestützte Lösung von Aufgabenstellungen, die eine gewisse Komplexität besitzen (in Abgrenzung gegenüber einfachen Verfahren der Bildverarbeitung) und sich im Ansatz oft an den Fähigkeiten des menschlichen visuellen Systems orientieren.

Häufig werden maschinell sehende Systeme derzeit u.a. in industriellen Herstellungsprozessen in den Bereichen Automatisierungstechnik und Qualitätssicherung eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete finden sich z. B. in der Verkehrstechnik – von der einfachen Radarfalle bis hin zum „sehenden Fahrzeug“ – und in der Sicherheitstechnik (Zutrittskontrolle, automatische Erkennung von Gefahrensituationen). Aber auch klassisch topographische Fragestellungen (Höhenmodell), Aufgaben der Erdüberwachung (Ertragsvorhersage, Biotopkartierung) oder militärische Anwendungen (Objektracking) lassen sich mit geeigneten Verfahren bearbeiten.

FĂĽr die Arbeiten des i3mainz taucht die Bildanalyse selten isoliert auf, sondern ist im Allgemeinen mit anderen Kompetenzfeldern verknĂĽpft. Auch verstehen wir die Bildanalyse nicht nur im engeren Kontext zweidimensionaler Bilder sondern auch in Bezug auf andere hochdichte aber unstrukturierte Abbildungen der realen Welt, wie sie sich z.B. in Punktwolken wiederfinden.

Wir setzen Methoden der Bildanalyse ein soweit sie Bestandteil kommerzieller Softwarelösungen sind entwickeln aber genauso eigene, auf die besonderen Fragestellungen der jeweiligen Projekte zugeschnittene Lösungen. Besonders häufige Verknüpfungen finden sich im Bereich der industriellen Messtechnik, der semantischen Modellierung und Anwendungen in den Geisteswissenschaften.
 

Ansprechpartner

Prof. Dr.-Ing. Frank Boochs

Tel.: +49 6131-628-1432
Fax.: +49 6131-628-91432

Prof. Dr.-Ing. Jörg Klonowski

Tel.: +49 6131-628-1436
Fax.: +49 6131-628-91436

Prof. Dr.-Ing. Martin SchlĂĽter

Tel.: +49 6131-628-1440
Fax.: +49 6131-628-91440

Projekte

The KnowDIP project aims at the conception of a framework for an automatic object detection in unstructured and heterogeneous data. This framework uses a representation of human kn…
Die globalen technischen Herausforderungen der Zukunft erfordern in Europa gut ausgebildete Hochschulabsolventen. Das von der EU im Lifelong Learning Programm geförderte Projekt SA…

Publikationen

Analyse von Bildresiduen mit Machine-Learning im Rahmen von Kamera-Kalibrierungen

2017

W. Kisser; F. Boochs; D. PAULUS

RTF

n.A.

Photogrammetrie ermöglicht es, Objekte mithilfe von Digitalbildern zu vermessen. Bei optimalen Messbedingungen sind Qualitätsunterschiede der abgeleiteten Maße vor allem auf die mathematische Modellierung des verwendeten Sensors und des Objektivs zurückzuführen. Photogrammetrische Kalibrierungen erfolgen meist mittels Bündelblockausgleichung. Diese gestattet es, vielerlei statistische Kennzahlen abzuleiten. Eine tiefer gehende Analyse der berechneten Parameter, Standardabweichungen, Korrelationen und deren Verteilungen kann Aufschluss darüber geben, ob das verwendete Kalibriermodell Schwächen aufweist. Solche Defizite können sich durch systematische Restfehler im Bild- oder Objektraum äußern. Da solche Restfehler auch zu Ungenauigkeiten in den daraus abgeleiteten Informationen führen können, ist deren mathematischer Nachweis und anschließende Kompensation zur Erzielung höchster Genauigkeiten unausweichlich. Neueste Ansätze nutzen Korrekturterme, um Residuensystematiken schon während der Bündelblockausgleichung zu modellieren. Dieser Beitrag beschreibt, wie auch Machine-Learning-
Techniken dabei helfen können, verbliebene systematische Abweichungen in Bildresiduen nachzuweisen, ohne dass hierzu ein Eingriff in die Bündelblockausgleichung notwendig ist. Dies wird im ersten Schritt anhand von Beispieldaten erläutert. Im zweiten Schritt wird die Wirkung dieser Vorgehensweise an einer realen Kamerakalibrierung verdeutlicht. Abschließend erfolgt eine Diskussion der im Zuge dieser Arbeit erzielten Resultate und möglicher Eignung dieses Verfahrens in der Praxis.


UAV photogrammetry and 3D analyses of CH sites. The millstone quarry district of Mayen (DE) as a case study

2016

S. Wefers

RTF

W. Börner, S. Uhlirz (eds), Proceedings of the 20th International Conference on Cultural Heritage and New Technologies 2015 (CHNT 20, 2015)

Application and analysis capabilities of 3D data sets generated through UAV photogrammetry are presented on the basis of an exemplary millstone quarry of the so-called Mayen quarry district (Germany). In general, millstone quarries are technical cultural heritage sites which give evidence for economic interpretations as they are of interest for the reconstruction of ancient procurement patterns. Particularly those quarries which had a high economic impact cover large areas with often arduous accessibility. Therefore, photogrammetric recording using a UAV is the best approach for fast and inexpensive high-quality documentation. The images are used to create a 3D data set and orthophoto. For analysis and interpretation the Spatial Image analysis and Visualisation Tool (SIVT) of i3mainz is used allowing a variety of interactive visualization functionalities. The 3D data are transformed into 2.5D data enabling segmentation of spatial information and volume calculations. Both functionalities support the cultural heritage expert's research: On the one hand the interactive segmentation allows producing a map of the quarry displaying only those parts associated with the extraction. On the other hand the output of the quarry including debris and millstone blanks can be calculated easily. All in all, the entire workflow beginning with data capture using a UAV followed by data processing, (2.5D / 3D) data analyses and visualisation of the results is presented.


Technical study of Germolles’ wall paintings: the input of imaging technique

2016

D. Ch.

RTF

Virtual Archaeology Review

The Château de Germolles is one of the rare palaces in France dating from the 14 th century. The noble floor is decorated with wall paintings that are a unique example of courtly love spirit that infused the princely courts of the time. After being concealed sometime in the 19 th century, the paintings were rediscovered and uncovered in the middle of the 20 th century and partly restored at the end of the 1990s. No scientific documentation accompanied these interventions and important questions, such as the level of authenticity of the mural decorations and the original painting technique(s) used in the medieval times remained unanswered. The combined scientific and financial supports of COSCH COST Action and DRAC-Burgundy enabled to study Germolles' wall paintings using some of the most innovative imaging and analytical techniques and to address some of the questions raised. The study provided significant information on the material used in the medieval times and on the conservation condition of the paintings. The data collected is vast and varied and exposed the owners of the property to the challenges of data management.


Korrektur der Ellipsen-Exzentrizität im Kontext von Kamerakalibrierungen

2015

W. Kisser; B. Tietz; F. Boochs; D. PAULUS

RTF

Photogrammetrie, Laserscanning, Optische 3D-Messtechnik. Beiträge der Oldenburger 3D-Tage 2015

Dieser Beitrag befasst sich mit dem Einfluss der Zielmarkenexzentrizität während der Kamera-
Kalibrierung in Kombination mit verschiedenen Kalibrierkörpern. Zunächst wird
deren Einfluss auf die Resultate anhand numerischer Simulationen nachgewiesen. In diesen
Simulationen wird eine Erfassung des Einflusses der Exzentrizität auf Bildmessung, Objekt-
und Kamerageometrie angestrebt. Im zweiten Schritt wird eine Realkalibrierung mit
vergleichbarer Aufnahmekonfiguration durchgefĂĽhrt. Dabei werden Gemeinsamkeiten bzw.
Unterschiede der erreichten Ergebnisse diskutiert sowie eine mögliche Kompensation des
Einflusses in der Praxis erörtert.


Modulare Digitalkameratachymeter

2015

M. SchlĂĽter; S. Hauth

RTF

n.A.

Das Vorhaben will einen Innovationsschub fĂĽr die Anwendung vermessungstechnischer
Tachymeter (auch Totalstationen, mobile Polarmesssysteme groĂźer Reichweite)
auslösen.
Ermöglicht wird dieser Innovationsschub durch die Integration bildgebender Sensoren
mit einem konsequent modularen Lösungsansatz an Stelle der bislang mit nur
mäßigem Erfolg unternommenen monolithischen Lösungsansätze. Durch unser Konzept
werden die stark unterschiedlichen Entwicklungszyklen der zentralen Systemkomponenten
entkoppelt. Dadurch werden mittelfristig insbesondere KMU, Entwicklungseinrichtungen
und Hochschulen in die Lage versetzt, anwendungsspezifische
Lösungen für den expandierenden Markt von Geoinformationen und den steigenden
Bedarf an räumlichen Geometriedaten zu entwickeln und in der Folge auch eigenständig
zu vermarkten.


SIVT – Processing, viewing and analysis of 3D scans of the porthole slab and slab b2 of Züschen I

2015

S. Wefers; T. Reich; B. Tietz; F. Boochs

RTF

CAA








Support of Petroglyph analysis through processing and viewing of 3D scans.

2015

T. Reich; F. Boochs; S. Wefers; B. Tietz

RTF

43rd Conference of Computer Applications and Quantitative Methods in Archaeology, CAA 2015, Siena, Book of Abstracts.

Traditionally stone inscriptions or drawings are documented through pictures or rubbings. The latter ones represent an analogue copy of the stone’s surface and its features which are reproduced on paper. The disadvantage of this technique is the physical impact to the stone and the contained elements. Images reproduce the surface without contact. However, they might be affected by geometrical distortions and need appropriate lighting conditions to show the signs properly.

These problems will be avoided by means of non-contact 3D measuring techniques, like fringe projection. Such high resolution 3D techniques provide an exact geometrical copy of the original petroglyph, offering better results in legibility compared to traditional techniques. Moreover, it gives a more objective base for analysis and has less impact on the sometimes sensitive and eroded surfaces. Furthermore 3D data allows more extensive and further possibilities in processing and gives better preconditions for the interpretation.

However, depending on factors like resolution, scanned surface and degree of overlap between individual scans original 3D datasets may represent large up to really massive volumes of data. An effective use of such datasets can only be realised if they are condensed and prepared in a suitable way. This means reduction of the data volume, minimising any disturbing influence emerging from the spatial shape of the surface and emphasizing relevant information. The corresponding preparation of the data will then be a good base for a interpretation performed by the human science specialist through an adapted visualization. In addition the data should be prepared for high performance presentation to a wider community via the internet.

Processed digital copies of the Petroglyphs are visualised in order to enable the user to inspect the processed scans of the objects. By inspecting the scans the application provides a mass of functionality for achieving different views into the Petroglyphs and their appearance. This comprises on the one hand a simple 2D viewer for the processed data, and on the other hand a 3D viewer with interactive changeable light positions and water levels as well as a viewer for applying various lookup tables (colour), predefined image filters (convolution) and template matching (matching) regarding individual characters.

Provided functionality of the 3D viewer is based on features of 3D computer graphics. Surface normal vectors from the grey values of the processed scans and a light direction vector from an interactively changeable light source are computed. In addition shading is complemented by water filling, whereby the gray values are limited by the water level selected. Individual modifications are possible to improve the subjective impression by the user, trying to support him in his process of interpretation. Interactive changes of the light source directly affect the shading of the surface and provide a better idea of the 3D surface of the inscription board. Dynamic virtual water filling enables the user to obtain an even better impression of the depth of the individual characters and emphasise weathered characters.

The paper will explain the developed techniques and document its potential at selected data sets.


Colour and Space in Cultural Heritage: Key Questions in 3D Optical Documentation of Material Culture for Conservation

2014

F. Boochs; B.K. A.; D. Ch.; K. M.; K. A.; K. Z.; P. M.; S. R.; T. A.; T. D.; T. L.

RTF

5th International Conference, EuroMed 2014, Limassol, Cyprus, November 3-8

The paper introduces some key interdisciplinary questions concerning the development of optical measuring techniques and electronic imaging applied to documentation and presentation of artefacts, as identified through the work of Colour and Space in Cultural Heritage (www.COSCH.info), a trans-domain European Action (TD1201) in the area of Materials, Physics and Nanosciences (MPNS) supported, since 2013, by the European Cooperation in Science and Technology http://www.cost.eu/domains_actions/mpns/Actions/ TD1201. Some 125 international researchers and professionals participate in COSCH activities which have been organised around six main subjects: (1) spectral object documentation; (2) spatial object documentation; (3) algorithms and procedures; (4) analysis and restoration of cultural heritage surfaces and objects; (5) visualisation of cultural heritage objects and its dissemination; and (6) the semantic development of the COSCH Knowledge Representation.

The Authors outline and illustrate the approaches adopted by COSCH. They indicate future work that is needed to resolve the identified scientific, technical and semantic questions, as well as challenges of interdisciplinary communication, to ensure a wider adoption of specialist technologies and enhanced standards in 3D documentation of material cultural heritage — being a basis for its understanding, conservation, restoration, long-term preservation, study, presentation and wide dissemination.

 


Abschlussarbeiten

Services

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Als Ergebnis einer Kooperation zwischen Dr. B. Joe, ZCS Inc., Calgary, AB, Canada und Prof. Dr.