DE102011055269A1 - Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie - Google Patents

Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie zur detailgetreueren Darstellung in Bildern, die im Zusammenhang mit Verkehrsüberwachungsanlagen erstellt wurden. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu finden, um bei digital gewonnenen Bildern der Verkehrsfotografie, unter Ausschluss der unterschiedlichen subjektiven Einflüsse vom bearbeitenden Personal, eine detailgetreuere Darstellung der dunklen Bereiche zu erreichen, ohne dass dabei die Informationen der helleren Bereiche verloren gehen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung einer speziellen Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie gelöst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie zur detailgetreueren Darstellung in Bildern, die im Zusammenhang mit Verkehrsüberwachungsanlagen erstellt wurden.
  • In der Verkehrsfotografie werden zumeist Bilder erstellt, bei denen der Fahrer im Fahrzeuginnenraum sehr dunkel, hingegen das Kennzeichen durch seine retroreflektierende Eigenschaft stark überstrahlt erscheint. Um die dunklen Bereiche in Bildern mit hoher Dynamik aufzuhellen und kontrastarme Details in diesen Bereichen besser sichtbar zu machen, ohne die Informationen in den helleren Bereichen zu zerstören, kann eine Dynamikkompression oft erfolgreich angewendet werden. Hierbei wird eine Kopie des Bildes in eine Kontrastmaske umgewandelt und mit dem Bild überlagert. Dabei müssen für jedes Bild Helligkeit und Kontrast manuell angeglichen werden, damit die so korrigierten Bilder nicht unnatürlich oder gar wie eine Fotomontage aussehen.
  • Wenn nun die Bilder von den Verkehrsüberwachungsanlagen in den Auswertebüros (Backoffice) der Behörden oder beauftragen Organisationen ausgewertet werden, müssen täglich mehrere tausend Bilder manuell angeglichen werden, was einen erheblichen zeitlichen Mehraufwand, aber auch eine zusätzliche Belastung des Personals mit sich bringt. In Extremfällen kann es zur Verjährung von Bußgeldern kommen, wenn sich ein Stau in der Abarbeitung der Bilder ergibt. Weiterhin unterliegt die manuelle Angleichung den subjektiven Einflüssen der jeweiligen Person, die das Bild bearbeitet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Möglichkeit zu finden, um bei digital gewonnenen Bildern der Verkehrsfotografie, unter Ausschluss der unterschiedlichen subjektiven Einflüsse vom bearbeitenden Personal, eine detailgetreuere Darstellung der dunklen Bereiche zu erreichen, ohne dass dabei die Informationen der helleren Bereiche verloren gehen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie gelöst. Ausgehend von einem digital vorliegenden Bildoriginal mit n·m Bildpunkten wird zunächst eine Grauwertbildmaske mit den Grauwerten xGi, wobei i = 1, ..., n·m ist, erstellt. Zum weiteren Verfahrensablauf werden ein Verstärkungsparameter p, ein Unschärfefaktor b sowie der arithmetischen Mittelwertes über alle Grauwerten xGi mit
    Figure 00020001
    ermittelt bzw. berechnet. Anschließend wird ein unscharfes Grauwertbild mit den Grauwerten xGi durch weichzeichnen mit dem Unschärfefaktor b erstellt, um abschließend das gewünschte neue Bild durch überlagern des Bildoriginals mit dem unscharfen Grauwertbild unter Hinzuziehung des Verstärkungsparameters p zu generieren.
  • Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass die dunklen Bereiche insbesondere bei Farbbildern mit hoher Dynamik automatisch aufgehellt werden, um zunächst nicht sichtbare Details in diesen Bereichen besser sichtbar zu machen, ohne jedoch die Informationen in den helleren Bereichen zu zerstören. In der Verkehrsfotografie ist dies besonders vorteilhaft, da der Fahrer meist sehr dunkel abgebildet ist, während das Kennzeichen mit seinen retroreflektierenden Eigenschaften stark überstrahlt wird. Ausgangspunkt für das Verfahren kann sowohl ein monochromes Grauwertbild [F] als auch ein Farbbild [F] mit den üblichen 3 Kanälen (RGB) sein. Im Falle der Farbbilder wird die Grauwertbildmaske mit seinen Grauwerten xGi dadurch generiert, indem die einzelnen RGB Bildpunkte wie folgt umgerechnet werden:
    Figure 00020002
  • Beim abschließenden Generieren des neuen Farbbildes [N] wird dann jeder Bildpunkt wieder in einen RGB Bildpunkt aufgesplittet.
  • Um Rundungsfehler weitgehend zu unterdrücken, ist es von Vorteil, den Rechner, der üblicherweise auf die Festkommaarithmetik eingestellt ist, auf die Fließkommaarithmetik umzustellen.
  • Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:
  • 1 einen schematischen Ablauf des Verfahrens anhand eines Farbbildes und
  • 2 einen schematischen Ablauf des Verfahrens anhand eines monochromatischen Bildoriginals.
  • Da alle heutigen Rechner sogenannte Gleitkomma-, Fließpunkt-, Gleitpunkt- oder Fließkommaarithmetik (engl. “floating point”) verwenden, werden zu Beginn des Verfahrens alle Farbwerte von der Festkommaarithmetik (Integer) in Gleitkommaarithmetik, d. h. Fließkommazahlen umgerechnet, um Rundungsfehler in den Rechenschritten möglichst gering zu halten.
  • Für die Umrechnung in eine Fließkommazahl wird jeder einzelne RGB Wert für jeden Bildpunkt (Pixel) jeweils durch 65.536,0 geteilt:
    Figure 00030001
  • Im ersten Schritt wird von einem Bildoriginal [F] eine Kopie generiert, die in ein Grauwertbild umgewandelt wird, indem die einzelnen RGB Bildpunkte in Helligkeitswerte umgerechnet werden:
  • Figure 00030002
  • Im zweiten Schritt wird aus dem Grauwertbild, der arithmetische Mittelwert der Grauwerte errechnet:
    Figure 00040001
  • Im dritten Schritt werden unter Hinzuziehung des arithmetischen Mittelwertes der Verstärkungsparameter p mit
    Figure 00040002
    und der Unschärfefaktor b mit b = 4·x errechnet, wobei die funktionellen Zusammenhänge empirisch aus mehreren Bildreihen mit unterschiedlichen Beleuchtungssituationen ermittelt wurden.
  • Im vierten Schritt wird aus dem Grauwertbild durch Anwendung eines Unschärfefilters, ein unscharfes Grauwertbild zur späteren Verwendung generiert.
  • Der Unschärfefilter (z. B. ein Gaußfilter) reduziert dabei zwischen benachbarten Punkten die Differenz der Grauwerte (Kontrast). Da es sich um eine Tiefpassfilterung handelt, gehen kleine Strukturen verloren, große dagegen bleiben erhalten.
  • Im fünften Schritt wird das Bildoriginal [F] mit dem unscharfen Grauwertbild als Kontrastmaske überlagert. Hierdurch bleibt der natürliche Eindruck im neu generierten Bild [N] erhalten.
  • Die Bildpunkte RGB des neuen Farbbildes [N] werden wie folgt ermittelt:
    Figure 00040003
    Figure 00050001
    xui die Werte des unscharfen Grauwertbildes sind und p der Verstärkungsparameter, der mit dem arithmetischen Mittelwert x berechnet wurde.
  • Die dunklen Partien des Bildes werden dabei verstärkt, ohne die hellen Bildpartien all zu stark zu verändern.
  • Abschließend werden für jeden Bildpunkt die Fließkommazahlen der RGB Werte durch Multiplikation mit 65.536,0 wieder zurück in einen ganzahligen Integer umgerechnet: Fließkomma → Int → x·65.536,0
  • In den 1 und 2 sind selbsterklärend die oben näher erläuterten Verfahrensabläufe schematisch dargestellt, wobei in 1 von einem Farbbild und in 2 von einem monochromatischen Bild ausgegangen wird.
  • Bezeichnungen
    • xGi
      Grauwerte
      x
      arithmetischer Mittelwert
      p
      Verstärkungsparameter
      b
      Unschärfefaktor
      [F]
      Bildoriginal
      [N]
      neues Farbbild/neu generiertes Bild
      xui
      unscharfes Grauwertbild mit Grauwerten
      xNi
      neue Bildpunkte

Claims (7)

  1. Verfahren zur Durchführung einer Dynamikkompression in der Verkehrsfotografie, ausgehend von einem digital vorliegenden Bildoriginal mit n·m Bildpunkten, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte: – Erstellen einer Grauwertbildmaske mit Grauwerten xGi vom Bildoriginal, wobei i = 1, ..., n·m ist, – Errechnen des arithmetischen Mittelwertes
    Figure 00070001
    – Ermitteln eines Verstärkungsparameters p und eines Unschärfefaktors b, – Erstellen eines unscharfen Grauwertbildes mit Grauwerten xui durch weichzeichnen der Grauwerte xGi mit dem Unschärfefaktors b und – Erstellen eines neuen Bildes durch überlagern des Bildoriginals mit dem unscharfen Grauwertbild unter Hinzuziehung des Verstärkungsparameters p.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines monochromen Bildoriginals die erstellte Grauwertbildmaske eine Kopie des Bildoriginals ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Bildoriginals bestehend aus RGB Bildpunkten, die Grauwertbildmaske dadurch erstellt wird, indem die Grauwerte xGi berechnet werden durch
    Figure 00070002
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unschärfefaktors b berechnet wird durch b = 4·x.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsparameters p berechnet wird durch
    Figure 00080001
  6. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Bildpunkte xNi ermittelt werden bei xGi < 0,5 durch
    Figure 00080002
    und bei xGi ≥ 0,5 durch
    Figure 00080003
    wobei
    Figure 00080004
  7. Verfahren nach Anspruch 1, 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die neuen Bildpunkte RNi, GNi, BNi ermittelt werden bei xGi < 0,5 durch
    Figure 00080005
    und bei xGi ≥ 0,5 durch
    Figure 00080006
    wobei
    Figure 00080007
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