Zentren für Kommunikation und Informationstechnik in Lehre und Forschung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin Universität Dortmund Fakultät für Elektrotechnik und...
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Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Universität Dortmund
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Lehrstuhl für KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Segmentierung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 224.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannDefinition
Bildvorlage nach Segmentierung
Segmentierung:Unterteilen eines Bildes in Teilbereiche gleicher Eigenschaften.
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 324.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannEinordnung
Bildvorlage(abgetastet)
Vorverarbeitung
Segmentierung,Segment Labeling
Interpretation
Einordnung der Segmentierung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 424.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannZur Vorverarbeitung
Beispiel Vorverarbeitung: Grauwertspreizung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 524.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannAnsätze
• Bildpunktorientiert– Schwellwertverfahren
• Regionsorientiert– Split and Merge– Pyramid Linking
• Kantenorientiert– Kantendetektion + Linking
• Modellorientiert– Template matching
Verschiedene Ansätze
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 624.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannSchwellwertverfahren
• Vorraussetzung:– Helle Objekte vor dunklem Hintergrund (oder umgekehrt)– Bimodales Histogramm
• Vorgehen:– Schwellwert festlegen– Alles unter dem Schwellwert: Hintergrund – Alles über dem Schwellwert: Objekt
Schwellwertverfahren
Ausgangsbild Histogramm Ergebnis
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 724.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai Grundmann
Bestimmung des optimalen Schwellwertes
• Einfachste Ansätze:– mittlerer Grauwert– Minimum zwischen den beiden Peaks
• WDF, dass ein Bildpunkt zu einem Objekt gehört, bekannt:– So setzen, dass Fehler minimal wird
• Lokale Verfahren– Unterteilen des Bildes in Unterabschnitte, für jeden
Unterabschnitt wie oben vorgehen• Dynamische Verfahren
– jeder Bildpunkt erhält eigenen Schwellwert aufgrund seiner Umgebung
Bestimmung des Schwellwerts
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 824.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannSchwellwertverfahren mit GIMP
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 924.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannEvaluierung Schwellwertverfahren
• Vorteile– einfach zu implementieren– in Spezialfällen recht gute Ergebnisse
• Nachteile– benötigt bimodales Histogramm– sorgt nicht für zusammenhängende Regionen– kann bei texturierten Objekten komplett versagen– benutzt nur einzelne Bildpunkte ohne Relation zueinander
Schwellwertverfahren
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1024.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannSplit and Merge
• Regionsbasiertes Verfahren: Sucht Gemeinsamkeiten benachbarter Bildpunkte
• Basiert auf dem Grauwertabstand in Teilbildern
• Grauwertabstand: Differenz zwischen hellstem und dunkelstem Bildpunkt
Split and Merge
d = gmax
- gmin
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1124.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannSplit and Merge
Grauwertabstand < Schwellwert?• Ja: Zusammengehörige Region gefunden. Fertig.• Nein:
– Teile das Bild in 4 Unterbilder– Führe rekursiv auf jedem Teilbild wieder Split aus
1. Schritt: Split
Resultat: Quadtree, alle Blätter stehen für eine Region
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1224.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannSplit and Merge
2. Schritt: Merge• Problem: Zusammengehörende Gebiete nun auch geteilt• Lösung: Zwei benachbarte Regionen gemeinsam
betrachten, Grauwertabstand < Schwellwert?– Ja: Benachbarte Regionen verschmelzen
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1324.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannEvaluierung Split and Merge
Split and Merge• Vorteile
– flexibel (Objektgröße, Schwellwert)– recht einfach zu implementieren
• Nachteile– woher Schwellwert?– Neigt zu Übersegmentierung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1424.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannPyramid Linking
Pyramid Linking
• Regionsbasiertes Verfahren• integriert Vorverarbeitung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
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LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannPyramid Linking
1. Schritt: Berechnung der Gauß-Pyramide
• Elternknoten ist Mittelwert über 4 darunter liegende Knoten• -> Rechteckfilter
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1624.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannPyramid Linking
2. Schritt: Zuordnung Bildpunkte und Mittelwert
• Punkte auf unterer Ebene einem darüber liegenden Knoten zuordnen• bis zur Wurzel durchgehen
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1724.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannPyramid Linking
3. Schritt: Neuberechnung Mittelwert
• Jetzt Mittelwert aus verbundenen Knoten bestimmen• zurück zu Schritt 2, bis Ergebnis stabil
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1824.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannPyramid Linking
Ergebnis
• Jeder Bildpunkt ist einer Region zugeordnet• Teilung auf 2. Ebene
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 1924.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannEvaluierung Pyramid Linking
Pyramid Linking• Vorteile
– gut für stark verrauschte Bilder– mehrere Ebenen möglich
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2024.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannKantenorientierte Verfahren
• Ansatz: Finde Kanten im Bild, die Regionen begrenzen– z.B. Sobel
• Probleme:– spricht stark auf Rauschen im Bild an -> Schwellwertverfahren– zunächst keine geschlossenen Linienzüge -> Edge Linking
Kantenorientierte Verfahren
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2124.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannModellorientierte Verfahren
• Bis jetzt: A priori Wissen über Form der Objekte kaum verwendet
• Beispiel für modellorientierte Verfahren: Template Matching
Modellorientierte Verfahren
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2224.01.2005
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Kai GrundmannTemplates
Template Matching
• Schiebe Muster über das Bild bis Übereinstimmung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2324.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannEvaluierung Template Matching
Template Matching• Vorteile
– direkte Benennung eines Objektes möglich
• Nachteile– zu erkennende Objekte müssen vorher genau bekannt sein– kontrollierte Umgebung für Bildaufnahme nötig
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2424.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannWeitere Verfahren
Weitere Verfahren(ohne Beschreibung)
• Regionsorientiert– Region growing
– Watershed
• Modellorientiert– Houghtransformation
– Active Contouring (Snakes)
• Clustering (bei mehreren Merkmalen)
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2524.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannAusblick
• Automatisierung– gezeigte Verfahren benötigen z.T. Interaktion (Schwellwerte)
• Mehr Dimensionen– räumliche Bilder– Bewegtbilder– mehr Merkmale als nur Grauwerte (Farbe, Geschwindigkeit, ...)
• Modellbasierte Verfahren– universellere Modellansätze als Templates (z.B. aktive Kontouren)
Ausblick
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2624.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannZusammenfassung
• Segmentierung: Unterteilen eines Bildes in Teilbereiche gleicher Eigenschaften
• Verschiedene Verfahren– Punktbasiert– Regionsbasiert– Kantenbasiert– Modellbasiert
• Anwendung nicht nur in der Medizin, sondern generell bei Objekterkennung
Zusammenfassung
Seminar: Informationstechnik in der Medizin
Folie 2724.01.2005
LS KommunikationstechnikProf. Dr.-Ing. Rüdiger Kays
Kai GrundmannFragen?
Fragen?