Vorlesung und Übungen: Imaging Science

Dozent: Prof. Andres Bruhn
Übungskoordinatoren: Daniel Maurer, Michael Stoll

Sommersemester 2018
Vorlesung mit Übungen (3+1SWS)
Sprache: Englisch

Vorlesung: Dienstag, 9:45 - 11:15, Informatikgebäude, Hörsaal V38.01.
Vorlesung: Freitag, 9:45 - 11:15, Informatikgebäude, Hörsaal V38.03 (14-tägig).
Übung: Freitag, 9:45 - 11:15, Informatikgebäude, Hörsaal V38.03 (14-tägig).

Beschreibung

Diese Vorlesung vermittelt die Grundlagen der Repräsentation und Verarbeitung digitaler Bilder. Es soll zum einen erlernt werden, wie typische Störungen wie z.B. Rauschen oder Unschärfe aus Bildern entfernt werden können, ohne dass dabei die für die Weiterverarbeitung wichtige Information zerstört wird. Zum anderen soll erlernt werden, wie genau diese wichtige Information in Form von Kanten, Ecken oder Segmenten extrahiert werden kann, so dass sie anschließend durch einen Menschen oder einen weiteren Rechner (leichter) interpretierbar wird. Die im Rahmen dieser Vorlesung behandelten Algorithmen finden in einer ganzen Reihe von interessanten Bereichen Anwendung. Dazu zählen die medizinische Bildverarbeitung und Diagnostik, die computergestützte Qualitätsanalyse, die Navigation autonomer Fahrzeuge (Roboter, Autos), die Computergrafik, die Signalverarbeitung sowie die künstliche Intelligenz.

Im ersten Teil der Vorlesung werden die Bildakquise und die damit verbundenen typischen Störungen von Bildern besprochen, um dann auf geeignete Bildrepräsentationen einzugehen, die eine einfachere Beseitigung genau dieser Störungen ermöglichen (Fourier/DCT/Wavelets). Auch wird die Kompression und die Interpolation von Bildern diskutiert, damit Bilder effizient abgespeichert (JPG) und beliebig transformiert werden können (z.B. Skalierung, Drehung, Verzerrung). Der zweite Teil der Vorlesung behandelt dann elementare Algorithmen zur Bildanalyse. Diese erlauben es unter anderem, den Kontrast zu verbessern, charakteristische Merkmale wie Ecken oder Kanten zu finden, bestimmte Strukturen zu extrahieren, Rauschen und Unschärfe zu beseitigen sowie das Bild in semantisch bedeutsame Regionen bzw. Segmente zu unterteilen.

Voraussetzungen

Der Besuch der Veranstaltung "Mathematik für Informatiker und Softwaretechniker" ist Voraussetzung.

Kursmaterialien

Sämtliche Kursmaterialien (Folien, Übungen, Quellcodes und Musterlösungen) sind im ILIAS-System verfügbar.

Teil 1: Grundlagen
Vorlesung 01 10.04.2018 Introduction: Definitions, Image Types, Discretisation
Vorlesung 02 13.04.2018 Foundations I: Light, Optics, Cameras
Vorlesung 03 17.04.2018 Foundations II: Sensors, Perception, Colour Spaces
Vorlesung 04 20.04.2018 Foundations III: Degradations in Digital Images
Vorlesung 05 24.04.2018 Image Transformations I: Continuous Fourier Transform
Vorlesung 06 27.04.2018 Image Transformations II: Sampling Theorem, DFT
fällt aus 01.05.2018 Tag der Arbeit
Übung 01 04.05.2018 Übung 01
Vorlesung 07 08.05.2018 Image Transformations III: DCT, Image Pyramids
Vorlesung 08 11.05.2018 Image Transformations IV: Discrete Wavelet Transform
Vorlesung 09 15.05.2018 Image Compression
Übung 02 18.05.2018 Übung 02
fällt aus 22.05.2018 Pfingstferien
fällt aus 25.05.2018 Pfingstferien
Vorlesung 10 29.05.2018 Image Interpolation
 
Teil 2: Bildverarbeitung
Vorlesung 11 01.06.2018 Point Operations
Vorlesung 12 05.06.2018 Linear Filters I: System Theory
Übung 03 08.06.2018 Übung 03
Vorlesung 13 12.06.2018 Linear Filters II: Edge Detection
Vorlesung 14 15.06.2018 Linear Filters III: Multichannel Edges, Corners
Vorlesung 15 19.06.2018 Nonlinear Filters I: Morphology
Übung 04 22.06.2018 Übung 04
Vorlesung 16 26.06.2018 Nonlinear Filters II: Wavelet Shrinkage, Bilateral Filters, NL-Means
Vorlesung 17 29.06.2018 Nonlinear Filters III: Nonlinear Diffusion Filtering
Vorlesung 18 03.07.2018 Global Filters I: Discrete Variational Methods
Übung 05 06.07.2018 Übung 05
Vorlesung 19 10.07.2018 Global Filters II: Continuous Variational Methods
Vorlesung 20 13.07.2018 Global Filters III: Deconvolution Methods
Vorlesung 21 17.07.2018 Segmentation
Übung 06 20.07.2018 Übung 06
 
Übungen
Übung 01 Ausgabe 27.04.2018 Abgabe 04.05.2018
Übung 02 Ausgabe 11.05.2018 Abgabe 18.05.2018
Übung 03 Ausgabe 01.06.2018 Abgabe 08.06.2018
Übung 04 Ausgabe 15.06.2018 Abgabe 22.06.2018
Übung 05 Ausgabe 29.06.2018 Abgabe 06.07.2018
Übung 06 Ausgabe 13.07.2018 Abgabe 20.07.2018
 

Links

Link zur Veranstaltung im Campus-System (Vorlesung)
Link zur Veranstaltung im Campus-System (Übung)
Link zur Veranstaltung in ILIAS

ANMERKUNGEN
  • Der Code funktioniert einwandfrei unter Linux.
  • Falls das Einlesen und Herausschreiben Probleme unter Windows Probleme bereiten sollte, kann das Hinzufügen des binary flags helfen, z.B. inimage = fopen(in,"rb");
  • Falls möglich, werden Windows Executables online gestellt. Benutzung auf eigene Gefahr (ohne Gewähr).