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PEM III (WS 1995/96) Drucken E-Mail

Elektromechanische Konstruktionen

PEM III - Analyse von Schärfemaßen

Mitarbeiter:

  • Holger Müller
    Schloßgartenstr. 1
    64289 Darmstadt
    Tel.: 06151/783168 Q
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  • Georgia Lazaridou
    An der Niederhölle 1
    65451 Kelsterbach
    Tel.: 06107/3868
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  • Matthias Hammerschick
    Adelungstr. 33
    64283 Darmstadt
    Tel.: 06151/295508 Q
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  • Hendrik Schäfer

Betreuer:

    Dipl. Ing. Gerrit Rönneberg
    Raum 48/121
    Tel.: 06151/162696
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Hinweis: Die Adressen, Telefonnummern und Emailadressen stimmen nicht mehr. Dieser alte Stand soll aber zu Dokumentationszwecken weiter so geführt werden.


Arbeitsgebiet: Analyse von Schärfemaßen

Aufgabenstellung:

Zentraler Bestandteil von Depth from Focus (DFF) Verfahren, die Tiefeninformation aus Kamerabildern aufgrund der Bildschärfe rekonstruieren, ist das verwendete Schärfemaß. Gegenstand dieses PEMs ist die experimentelle Untersuchung verschiedener bekannter Schärfemaße hinsichtlich ihrer Tiefenauflösung und lateralen Auflösung sowie ihrer Empfindlichkeit gegen Rauschen und Bewegungen im Bild. Ziel ist Auswahl eines für die Beobachtung von Mikromontageprozessen optimalen Schärfemaßes. Die Programmierung und Erprobung der Schärfemaße soll mit dem unixbasierten Bildverarbeitungssystem KHOROS erfolgen.


Einleitung:

Die Ergebnisse dieser Arbeit sollen den Betrieb eines Roboters für die Mikromontage ermöglichen. Bei der Aufnahme eines Bildes geht die Tiefeninformation verloren. Diese gilt es zurückzugewinnen, da für den Bediener der Abstand zwischen dem zu bearbeitenden Objekt und dem Greifarm des Roboters eine sehr wichtige Information ist. Mit Hilfe des Schärfemaßes kann die Tiefeninformation aus der Bildschärfe von Kamerabildern rekonstruiert werden. Die experimentelle Untersuchung soll mit bekannten Schärfemaßen durchgeführt werden, die aus der Literatur entnommen und nach bestimmten Kriterien bewertet werden. Dabei soll besonders der Einsatz in Mikromontageprozessen berücksichtigt werden.

Die Auswertung und die graphische Darstellung wird mit Hilfe von Khoros und Cantata durchgeführt. Die Berechnungen finden in Khoros mit Hilfe von eingebundenen C-Programmen statt, Cantata ist lediglich die Benutzeroberfläche.


Zusammenfassung:

Ziel dieses Projektseminars war es, schon bekannte Schärfemaße hinsichtlich ihrer Verwendbarkeit an dem im Institut vorhandenen Montagearbeitsplatz zur Mikrosystemmontage zu untersuchen. Dabei sollte am Ende des Projekts keine Aussage darüber getroffen werden können, welches Schärfemaß für diesen Anwendungsfall besonders geeignet ist. Vielmehr sollte ein allgemeiner Katalog erstellt werden, dem entnommen werden kann, welches Schärfemaß für welche Anwendung besonders geeinet ist.

Durch die Sichtung entsprechender Fachliteratur wurden verschiedene Schärfemaße gefunden, die auf verschiedenen Ansätzen beruhten. Zu einer entsprechenden Analyse mußten diese Schärfemaße in Form von Algorithmen in ein Rechnersystem überführt werden. Das dabei verwendete Programmpaket Khoros/Cantata erwieß sich im praktischen Betrieb auf Grund seiner Komplexität und Mächtigkeit als viel zu langsam. Deshalb mußten die verwendeten Algorithmen in Form von C-Code in das Programmsystem eingebunden werden.

Um einen allgemeinen Katalog zu erstellen, mußten als erstes Kriterien gefunden werden, mit deren Hilfe man Schärfemaße charakterisieren kann. Durch die Literaturrecherche ergaben sich als Charakteristika die Tiefenauflösung, d.h. die Auflösung in der Messrichtung, die laterale Auflösung, d.h. wie kleine Details von den Schärfemaßen noch erkannt werden können, sowie die Empfindlichkeit gegenüber Rauschen und Bewegung im Bild.

Zur eigentlichen Analyse war es nun notwendig, geeignete Testbilder zu erstellen, die es ermöglichen, die obengenannten Kriterien möglichst unabhängig voneinander zu untersuchen. Problematisch war dabei, die einzelnen Kriterien wirklich voneinander zu trennen, was sich sehr leicht nachvollziehen läßt, wenn man an das Rauschen denkt. Trotzdem ist es gelungen, für jedes der vier Kriterien eine Sequenz von Testbildern aufzunehmen, mit deren Hilfe man die einzelnen Charakteristika mehr oder weniger getrennt voneinander untersuchen kann. Dazu wurde mit jedem Schärfemaß für jede Bildsequenz eine Berechnung durchgeführt, wobei der Bildausschnitt variabel war. Die anschließende Auswertung sollte so erfolgen, das die angefallene nicht unerhebliche Datenmenge graphisch sichtbar gemacht wird. Dazu mußten für die einzelnene Kriterien aussagekräftige Maßzahlen gebildet werden.

Mit Hilfe dieser Maßzahlen und ihrer graphischen Darstellung kann nun für einen bestimmten Anwendungsfall herausgefunden werden, welches Schärfemaß man nach Abwägen der erforderlichen Eigenschaften verwenden kann.

Zuletzt aktualisiert am Donnerstag, den 20. Dezember 2007 um 10:23 Uhr