Einführung in die digitale Bildverarbeitung

Vorwort In den letzten Jahren hat die Digitale Bildverarbeitung, nicht zuletzt durch die intensive Nutzung digitaler Amateurkameras, immer mehr an Bedeutung gewonnen. Auf Gebieten wie z. B. der Nachrichten- und Elektrotechnik oder der Medizin ist sie seit Jahrzehnten ein notwendiges Hilfsmittel zur Erzeugung und Verarbeitung digitaler Bilder. Mit der Verbreitung neuerer Forschungs- und Anwendungsgebiete, wie z. B. der Geoinformatik, der digitalen Photogrammetrie, der digitalen Kartographie sowie der Fernerkundung, ist dieses Lehrgebiet auch in den ingenieurwissenschaftlichen Disziplinen Teil des Lehrplanes geworden. Dieses Buch soll im Wesentlichen als Grundlage für die Vorlesungen im Lehrgebiet „Digitale Bildverarbeitung“ im 2. Semester verstanden werden. Es gibt eine Einführung in die digitale Bildverarbeitung, wobei bewusst auf Themen, wie die digitalen Aufnahmetechniken, Spektraltechniken oder die Mustererkennung verzichtet wurde, da dies Inhalt der Lehrveranstaltungen in den höheren Semestern ist. Vielmehr spielen hier mathematische Teilgebiete, wie Statistik, Geometrie, Interpolation, Approximation und Boolesche Algebra eine Rolle. Dabei wird auf den im 2. Semester vorhandenen mathematischen Kenntnissen aufgebaut. Der Inhalt des Buches gliedert sich in sechs Kapitel. Die Einleitung widmet sich zunächst den wichtigsten Definitionen sowie Anwendungsgebieten der digitalen Bildverarbeitung und erklärt die wesentlichen Komponenten eines digitalen Bildverarbeitungssystems. Kapitel 2 behandelt die Grundlagen digitaler Bilder. Es wird auf die Entstehung und den Aufbau digitaler Bilder eingegangen und es werden die für das weitere Verständnis notwendigen Begriffe definiert. Außerdem gibt das Kapitel einen kurzen Einblick in die Eigenschaften digitaler Bilder sowie in Bilddatenformate und Kompressionsverfahren. Die Grundlagen der Farbtheorie vermittelt das Kapitel 3. Nach einer Einführung in das Thema folgt ein kurzer Überblick über die wichtigsten Farbsysteme. Daneben spielen Themen wie die Bildwiedergabe und die Farbmanipulation eine Rolle. Die Kapitel 4 und 5 beschäftigen sich mit der Manipulation von Grauwerten. Der Schwerpunkt des Kapitels 4 liegt dabei auf dem Thema Punktoperationen, während sich Kapitel 5 den Filtertechniken widmet. Das letzte Kapitel 6 behandelt die für die Lehrgebiete Photogrammetrie, Fernerkundung und Geoinformationssysteme überaus wichtigen Grundlagen der geoChristiane Richter VIII und Bernd Teichert metrischen Transformationen, wobei hier nur der zweidimensionale Raum betrachtet wird. Für den praktischen Teil dieser Lehrveranstaltung bzw. des Studiums empfehlen wir die kostenlose Open Source Bildverarbeitungssoftware „ImageJ“1. Dieses Programm eignet sich hervorragend zur Vertiefung der theoretischen Erläuterungen in diesem Buch. Für die Definition von Filtern bietet sich auch die ebenfalls kostenfreie Software XNView2 an. Beim Studium der vorliegenden Thematik wünschen wir viel Erfolg. Über Kommentare und Kritik zu diesem Buch sowie Hinweise auf eventuell vorhandene Fehler würden wir uns sehr freuen. Christiane Richter und Bernd Teichert Dresden, im Januar 2013