System zur inversen Bildtransformation mit elektrooptischen Mitteln PDF
Preview System zur inversen Bildtransformation mit elektrooptischen Mitteln
FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 3091 / Fachgruppe Elektrotechnik/Optik Herausgegeben vom Minister fUr Wissenschaft und Forschung Prof. Dr. -Ing. Hans Jorg Tafel Dr. -Ing. Hans Joachim Grallert Dipl. -Ing. Gunter Franke Lphrstuhl und Institut fUr Nachrichtengedl.te und Datenverarbeitung der Rhein. -Westf. Techn. Hochschule Aachen System zur inversen Bildtransformation mit elektrooptischen Mitteln Westdeutscher Verlag 1982 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Tafel, Hans Jorg: System zur inversen Bildtransformation mit elektrooptischen Mitteln / Hans Jorg Tafel Hans-Joachim Grallert ; GUnter Franke. - Opladen : Westdeutscher Verlag, 1981. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen ; Nr. 3091 : Fachgruppe Elektro technik, Optik) ISBN-13: 978-3-531-03091-3 e-ISBN-13: 978-3-322-87620-1 001: 10.1007/978-3-322-87620-1 NE: Grallert, Hans-Joachim:; Franke, GUnter:; Nordrhein-Westfalen: Forschungsberichte des Landes ••• © 1982 by Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen Herstellung: Westdeutscher Verlag ISBN-13: 978-3-531-03091-3 Inhalt 1 Einleitung 1 2 81ldilbertragung 3 2.1 Allgemeines Schema 3 2.2 Digitale Verarbeitung 4 3 Transformationen 6 3.1 Walsh-Transformation 8 3.2 M-Transformation 11 4 Realisation linearer Transformationen 13 4.1 Einsatz elektronischer Prozessoren und 14 Speicher 4.2 Hybride Systeme 16 4.2.1 Hybrides Transformationssystem mit 17 optischen Prozessoren 5 Transformation mit elektrooptischen 18 Masken 5.1 Prinzip der Hintransformation 18 5.2 Realisation eines Versuchsaufbaus 20 5.3 Diskussion der Ergebnisse 23 6 Inverse Transformation mit elektroopti 27 schen Masken und lichtintegrierenden optischen Speichern 6.1 Prinzip der inversen Transformation 27 6.2 Ein Versuchssystem unter Verwendung 28 photographischer Filme Inverse Transformation mit photographi 31 schen Filmen Grundlagen 31 Ergebnisse zur Verarbeitung einfacher 33 Vorlagen Spezifikationen eines geeigneten Film 37 materials IV Moglichkeiten zur Verarbeitung von 38 Bildkollektiven 6.3.5 Photographische Effekte 41 6.3.6 Der photographische Gesamtproze8 44 6.4 Ferroelektrika als integrierende optische 45 Speicher 7 Transformation realer Bildvorlagen, 49 Blockverarbeitung 8 Betrachtungen zur Echtzeitverarbeitung 52 9 Zusammenfassung 54 10 Literaturverzeichis 57 Anhang I Elektrooptische Masken 63 a) Flassigkristallmatrix 63 b) Eisengranat-Matrix 64 c) Optische Defekte 66 II Ferroelektrika far optische Anwendungen 68 III Photographisches Material 73 - 1 - 1 Elnleltung Durch den In den letzten Jahren vorangetrlebenen Ausbau der tech nlschen Kommunlkatlonssysteme gewlnnt auch dle B1Idverarbeltung elne lmmmer gr6Bere Bedeutung. Derzelt wlrd vor aIIem elne Stan dardlslerung und Welterentwlcklung der dlgltalen Obertragung ste hender (S/W- und Grau-) B1Ider mlt hoher AufI6sung (Fernkoplerer) Uber schmalbandlge KanAIe angestrebt. Solche KanAIe slnd bel splelswelse das bestehende Telefonnetz oder spezlell elnzurlch tende Datennetze. AIIgemeln trltt bei der B1IdUbertragung die Schwierigkelt auf, daB eine vergleichsweise groBe Datenmenge Uber einen begrenzten Kanal In vertretbarer Zelt Ubermlttelt werden muB. Wird zur Uber tragung z.B. das sehr schmalbandige Telefonnetz benutzt, so dif ferieren menschlicher und technischer Informationskanal stark, da der Mensch Uber das Auge in gleicher Zeit ein Vielfaches der In formation aufnehmen kann, die er Uber das Ohr wahrnimmt. Man ist daher seit langem bemUht, wirksame Methoden zur Begren zung des Bilddatenvolumens zu flnden. Hierbei grundsAtzlich ~nn auf 2 Wegen vorgegangen werden. Zum einen lABt sich die in Jedem Bilddatenvolumen enthaltene Redundanz verringern, zum anderen kann in gezlelter Weise ein Teil der irrelevanten Information yom Sender unterdrUckt werdenj dabei muB eine Anpassung an die yom EmpfAnger verlangte BildqualltAt erfolgen (adaptive Verfahren). Bedeutende und schon weitgehend erforschte Verfahren sind z.B. die DPCM (Qifferenz-~uls-Qode ~odulation) sowie Transformationen. Transformationen werden im folgenden ausfUhrlich beschrieben. Bei einer Transformatlon wird die Bilddatenebene (Grauwerte) umkehr bar eindeutig auf eine Spektralwertebene abgebildet. Dieser Pro zeB ist sehr rechenintensiv und erfordert daher bei begrenzter Bild-Verarbeitungszeit auBerordentlich schnell oder parallel ar beitende Prozessoren. Der Einsatz herkommlicher Rechner zur Bild transformation blieb daher bislang auf die Simulation fUr wissen schaftliche Forschung beschrAnkt. Eine recht einfache technische Realisierung ist mit Hilfe hybrider (analog-digitaler) Systeme moglichj der wesentliche Vorteil ergibt sich hier aus der paral- - 2 - lelen Arbeitsweise. Eine M8glichkeit zur parallelen, zweidimensi onalen Walshtransformation auf optischem Wege mit Hilfe elektro optischer Bausteine wurde bereits in 151 vorgestellt. Ziel dieses Forschungsvorhabens war die Erweiterung des o.g. Systems auf die inverse Transformation, ebenfalls auf der Basis parallel arbei tender, elektrooptischer Bauelemente. Zu diesem Zweck wurde ein einfaches elektronisch-optisches Ver suchssystem zur Transformation und inversen Transformation sehr gering aufge18ster (32 x 32 Bildpunkte), stehender Grauwert Bildvorlagen aufgebaut. Damit wurde die prinzipielle Funktions tOchtigkeit OberprOft und die Systemparameter ermittelt. Aus den Ergebnissen konnte auf die M8glichkeit zur Verarbeitung realer, hochaufge18ster Bilder geschlossen werden. Kapitel 2 und 3 enthalten einleitend kurze Informationen Ober den Einsatz von Transformationsverfahren in der Bilddatenverarbei tung. In Kapitel 4 werden einige Methoden der Realisierung von linearen Transformationen erl!utert. Die von uns untersuchten Verfahren der Transformation bzw. inversen Transformation mit elektrooptischen Masken und lichtintegrierenden optischen Spei chern (hier: photographischen Filmen) beschreiben die AusfOhrun gen in Kapitel 5, 6 und 7. Schlie5lich wird in Kapitel 8 eine m8gliche Erweiterung des Systems fOr Echtzeitverarbeitung betrachtet. - 3 - 2 B1IdUbertragung 2.1 AIIgemelnes Schema Dle belden wesentIlchen Problemkrelse bel der B1IdUbertragung (und InformatlonsUbertragung allgemeln) slnd dle QueIIencodlerung und dle Kanalcodlerung. (slehe B1Id 2.1) A N aUELL- KANAL- CODER CODER K A Q K f(x,yl N A L QUELL- KANAL- DECODER DECODER a-1 K-1 fR(x,yl Bl1d 2.1: BIockblld elner B1Idilbertragung Q, Q-l Quellenoperatoren, invers K, K-1 Kanaloperatoren, lnvers Die Bildinformatlon f(x,y) wlrd zun~chst mlt elnem geeigneten Ge r~t abgetastet (B1IdanaIyse) und dem Quellcoder zugefilhrt. Der Quellcoder hat die (berelts erw~hnte) Aufgabe, den Datenstrom so zu reduzieren, da8 die Ubertragung ilber den begrenzten Kanal in m5glichst kurzer Zeit stattfinden kann; er optimiert somit die Nutzung des Kanals. Im Kanalcoder wird den zu ilbertragenden Daten in der Regel redundante Information beigefilgt; je nach Algorith mus wird hierdurch elne Fehlererkennung oder Korrektur im Empf~n- - 4 - ger m5g1ich. Dies ist n5tig, da ein realer Nachrichtenkanal die gesendeten Nachrichten durch UmwelteinflUsse verf&lscht (St5run gen). 1m Empf&nger wird die Bildinformation durch die entspre chenden inversen Operationen rekonstruiert. Die Bildwerte fR(x,y) sind nun i.a. sowohl redundanz- als auch noch informationsreduziert und mit den Werten f(x,y) nicht mehr identisch. SchlieBlich wird das wiedergewonnene Bild mit Hilfe eines Syntheseger&tes (z.B. Bildr5hre, photographischer Bild schreiber) dem menschlichen Empfangsweg (Auge) zug&nglich ge macht. Bildanalyse und -synthese werden in heute gebr&uchlichen Ger&ten fast ausschlieBlich punkt- und zeilensequentiell ausge fUhrt. Es sei an dieser Stelle bereits darauf hingewiesen, daB das von uns untersuchte Verfahren die Bildwerte f(x,y) bzw. fR(x,y) teilweise parallel verarbeiten kann. 2.2 Digitale Verarbeitung Bei digitaler Bildilbertragung wird die Bildinformation wert- und ortsdiskret verarbeitet. Dies bedeutet, daB Grauwertamplitude und Abtastkoordinaten quantisiert werden. Bild 2.2 gibt die hier ge brauchte Definition der Ortskoordinaten an. x o 1 ... N-1 o 1 '\ f (x,y) = diskreter 1"'- Grauwert f (x,y) = x,y diskrete Ortskoord in a ten N-1 8ilo 2.2: Diskrete Koordinatendefinition eines Bildes - 5 - Durch die Quant1s1erung w1rd e1n Verlust an relevanter Informati on hervorgerufen. der 1m EmpfAnger dazu fUhrt. das ursprUng da~ l1che B1ld n1cht mehr vollstAnd1g rekonstru1ert werden kann. Der E1nfluS der Quant1s1erung auf die B1ldqual1tAt 1st Gegenstand um fangre1cher Untersuchungen (z.B. /6/. /8/) und w1rd h1er n1cht nAher. als fUr die Interpretation der Ergebnisse unbed1ngt not wend1g 1st. betrachtet.
The list of books you might like
