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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Modifizieren von Bilddaten und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Das vorgestellte Verfahren sieht vor, erfasste Bilddaten zu modifizieren, wobei diese Modifikation eine Datenreduktion zur Folge haben kann. Unter einer Datenkompression bzw. Datenkomprimierung ist ein Vorgang zu verstehen, bei dem die Menge an insbesondere digitalen Daten verdichtet oder reduziert wird. Auf diese Weise kann der benötigte Speicherplatz gesenkt und auch die Übertragungszeit der Daten verringert werden. Der Vorgang der Komprimierung der Daten bzw. der Datenreduzierung wird üblicherweise von einem Codierer vorgenommen. Daher kann man den Vorgang der Komprimierung, bei dem die Daten zur Reduzierung der Datenmenge behandelt werden, auch als Codieren bezeichnen.
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Das vorgestellte Verfahren betrifft somit ein Verfahren zur Datenreduktion, wobei bei diesem insbesondere Daten behandelt werden, die Luft- und Satellitenaufnahmen der Erdoberfläche repräsentieren.
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Luft- und Satellitenaufnahmen sind ein beliebtes Datenmaterial, um Informationen über ein Gebiet darzustellen. Dies findet man in unterschiedlichen im Internet angebotenen Diensten und eignet sich für die Visualisierung in Navigationssystemen. Ein Nachteil von Darstellungen nach dem Stand der Technik sind die erheblichen Datenmengen, die für die Darstellung der Bilder erforderlich sind.
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Insbesondere für mobile Geräte stellen die begrenzte Bandbreite und der erforderliche Speicherplatz einen erheblichen Kostenfaktor dar.
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Es gibt die Möglichkeit, Bilder mit herkömmlichen Kompressionsverfahren, wie bspw. JPEG, mit unterschiedlicher Kompressionsrate zu codieren. Bei starker Kompression ergibt sich dabei jedoch nur ein grobes verschwommenes oder mit hinderlichen Störstellen behaftetes Bild. Insbesondere wenn das Bild zur Orientierung im Detail dienen soll, wie z. B. bei einem Navigationssystem, ist eine grobe Auflösung nicht nutzbar.
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Die Druckschrift
DE 10 2004 038 740 A1 beschreibt ein Verfahren zur Darstellung von Karteninformationen für ein Navigationssystem. Bei diesem werden die darzustellenden Karteninformationen aus Luft- und/oder Satellitenaufnahmen erzeugt, wobei eine Auflösung der Aufnahmen in Abhängigkeit einer Dichte eines darzustellenden Verkehrswegenetzes oder Kartenausschnitts variiert wird.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2004 038 739 A1 ist ebenfalls ein Verfahren zur Darstellung von Karteninformationen für ein Navigationssystem bekannt, bei dem die Karteninformationen Flächen, mit denen eine Draufsicht auf einen Kartenabschnitt dargestellt wird, und Linien aufweist, mit denen ein Verkehrswegenetz dargestellt wird. Die Darstellung der Flächen wird in einer zwei- oder dreidimensionalen Ansicht zumindest teilweise anhand von Luft- und/oder Satellitenaufnahmen generiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 10 und ein maschinenlesbares Speichermedium mit den Merkmalen des Anspruchs 11 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren dient zum Modifizieren von Bilddaten, wobei die Bilddaten ein erstes Bild repräsentieren. Diese Bilddaten werden mit digitalen Daten verknüpft, so dass codierte Bilddaten erhalten werden, die ein zweites Bild repräsentieren. Das zweite Bild ist gegenüber dem ersten Bild modifiziert, wobei bei der Verknüpfung ein Kantenwinkel von mindestens einem Objekt, das typischerweise durch zumindest einige der digitalen Daten repräsentiert wird, berücksichtigt wird. Die Modifikation kann eine Änderung des Blickwinkels und/oder eine Änderung der Auflösung mit sich bringen. Der Blickwinkel gibt an, aus welcher Perspektive betrachtet das Bild dargestellt wird. Die Auflösung wirkt sich unmittelbar auf die Datenmenge aus.
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Ein Kantenwinkel ist ein Winkel, bspw. definiert über den Verlauf einer Straße, wobei die horizontale und vertikale Ausrichtung dieser Straße als Beispiel für ein Objekt diesen Kantenwinkel definiert. Grundsätzlich kann die Modifikation eine Änderung eines Blickwinkels zumindest eines Bereiches des Bilds und/oder eine Änderung der Auflösung von wenigstens einem Bereich des Bilds bewirken.
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Bei dem beschriebenen Verfahren werden somit in Ausgestaltung Bilddaten, die ein Bild repräsentieren, bearbeitet bzw. codiert, und zwar derart, dass sich für verschiedene Bereiche des Bilds, bspw. einer Karte, unter Berücksichtigung der Relevanz der Bereiche eines Nutzers unterschiedliche Auflösungen ergeben können. Eine geringere Auflösung bedeutet auch eine geringere Datenmenge, um diesen Bereich zu beschreiben.
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Die Komprimierungsintensität kann bspw. durch den Kunden modifizierbar sein. Dabei kann eine Abwägung zwischen Qualität und Datenmenge vorgenommen werden.
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Es werden in einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens für verschiedene Bereiche und/oder Details der Karte unterschiedliche Auflösungen bzw. Komprimierungen in Abhängigkeit einer Relevanz für den Nutzer gewählt, um eine Datenmenge, die bspw. auf Luftbildern basiert, zu reduzieren. Somit ist es ebenfalls möglich, Luftbilder, die einen Teil der Erdoberfläche darstellen, bedarfsgerecht mit geringem Speicherplatzbedarf zu speichern. So kann bspw. ein Speichern von Luftbildern mit minimierter Datenmenge durchgeführt werden.
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Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, eine geringere Datenmenge mit hoher nutzbarer Detailierung zu verbinden. Hierzu wird das rohe Bildmaterial beim Codieren mit digitalen Daten bzw. Informationen verknüpft, wobei die Art und Stärke der Kompression abhängig von den digitalen Informationen in unterschiedlicher Weise durchgeführt wird. Diese digitalen Daten repräsentieren das Interesse des Nutzers.
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Diese Verknüpfung kann derart vorgenommen werden: Die erfassten Bilddaten und damit das Bild werden bspw. mit einer Fourier-Transformation oder einer diskreten Cosinus-Transformation in den Frequenzbereich übertragen. Dann liegen den Frequenzen zugeordnete Amplitudenwerte vor. Diese Amplitudenwerte sind die Koeffizienten. Die Verknüpfung besteht nunmehr darin, eine Auswahl dieser Koeffizienten vorzunehmen bzw. diese zu gewichten. Dies bedeutet, dass in dem zweiten Bild einige dieser Koeffizienten nicht oder in einem geringeren Maß berücksichtigt werden.
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In einer Ausführung des Verfahrens wird eine digitale Landkarte, wie sie in Navigationsgräten eingesetzt wird, verwendet. Diese digitalen Daten enthalten bspw. Informationen über Verkehrswege, Bebauung, Landschaft und Orte von besonderem Interesse. Diese verschiedenen Bereiche tragen in unterschiedlichem Maße zur Orientierung des Benutzers bei. In der erfindungsgemäßen Darstellung und Codierung der Luft- und Satellitenaufnahmen werden die verschiedenen Bereiche in unterschiedlicher Detaillierung dargestellt und damit mit einer unterschiedlichen Datenmenge codiert.
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Dabei kann vorgesehen sein, Bereiche, die Verkehrswege oder Orte von besonderem Interesse enthalten, mit hoher Auflösung zu codieren, Landschaften abseits von Verkehrswegen mit einer niedrigen Auflösung und damit mit einer geringen Datenmenge. Die Informationen zur Steuerung der Auflösung werden aus den Daten der digitalen Karte erzeugt. In einer Ausführungsform wird nicht nur die Auflösung allgemein gesteuert, sondern die Codierungskoeffizienten werden einzeln abhängig von den digitalen Daten separat modifiziert. Hierbei wird der Kantenwinkel mindestens eines Objekts, bspw. einer Straße, berücksichtigt.
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Ein geeignetes Kriterium ist somit der Kantenwinkel der für den Benutzer interessanten Objekte. So werden z. B. die Bildkoeffizienten, die eine horizontale Auflösung codieren, in einem Bereich reduziert, wenn die relevanten digitalen Daten in diesem Bereich nur einen vertikalen Verlauf haben. Der Kantenwinkel gibt die Ausrichtung des betreffenden Objekts in horizontaler und vertikaler Richtung an.
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Neben dem reinen Nutzwert ist auch der gesamte optische Eindruck der Darstellung für den Nutzer von Bedeutung. Um diesen zu verbessern, werden in einer weiteren Ausgestaltung auch die übrigen Bereiche abhängig von Informationen aus den digitalen Daten codiert. So sehen Waldgebiete auch in starker Kompression wie ein Waldgebiet aus, so dass eine kleine Datenmenge für dieses Gebiet den optischen Eindruck nicht reduziert. Des Weiteren kann man Kanten von Gewässern mit besserer Auflösung darstellen, die Wasserflächen selbst werden vor der Codierung geglättet, um den Bildbereich trotz kleiner Datenmenge für den Benutzer angenehm aussehen zu lassen.
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In noch einer weiteren Ausführung werden häufig auftretende Bereiche durch eine prototypische Darstellung ersetzt. Dies ist z. B. bei Wald oder landwirtschaftlich genutzten Bereichen anwendbar. Diese Art der Darstellung ist besonders vorteilhaft für die Datenmenge, die für die Aktualisierung der Bilder erforderlich ist. Insbesondere für Mobilgeräte, die eine drahtlose Aktualisierung (OTA: Overthe-Air) erfordern, ist eine kleine Datenmenge notwendig.
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Zu beachten ist, dass normale Aufnahmen des gleichen Objekts zu unterschiedlichen Zeiten viele Unterschiede im Bild durch z. B. unterschiedliche Beleuchtung erzeugen, obwohl sich das Objekt selbst nicht oder nur kaum verändert hat. Damit ergeben sich viele für den eigentlichen Nutzwert überflüssige Informationen, die bei bekannten Verfahren mit übertragen werden müssen. Die prototypische Darstellung ändert sich nicht. Durch den Ersatz von Bereichen ohne Nutzwert durch eine prototypische Darstellung reduziert sich die zur Aktualisierung erforderliche Datenmenge daher erheblich.
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In einer anderen Ausführung werden die digitalen Daten zum Zeitpunkt der ersten Aufnahme mit den digitalen Daten zum Zeitpunkt einer folgenden Aufnahme verglichen. Die Bereiche, in denen sich für den Benutzer relevante Änderungen aufgetreten sind, werden durch Änderungen an den digitalen Daten identifiziert. Bei einer Aktualisierung der Bilddaten werden nur Daten für diese Bereiche übertragen.
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Weiterhin ist zu berücksichtigen, dass sich in Abhängigkeit von dem Kurs eines Kameraflugzeugs unterschiedliche Blickwinkel auf die Erdoberfläche ergeben. Die Bereiche werden daher bei bekannten Verfahren optisch entzerrt, um für alle Bereich den Eindruck eines Blicks von direkt oben zu erreichen. Dies ist jedoch nur begrenzt möglich. Objekte, die im schrägen Winkel aufgenommen werden, sind dabei oft von höheren Objekten verdeckt. So ist eine von Bäumen oder Gebäuden gesäumte Straße, die in einem ungünstigen schrägen Winkel ausgenommen wurde, im Luftbild trotz perspektivischer Korrektur in vielen Fällen überhaupt nicht zu sehen.
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Bei dem vorgestellten Verfahren können überlappende Aufnahmen und Informationen der digitalen Karte verwendet werden. Abhängig von den Daten werden die Bereiche so aus den überlappenden Aufnahmen ausgewählt, dass sich eine minimale Verdeckung ergibt. So wird in einer Ausführung des vorgestellten Verfahrens das Bild einer Straße, die von Bäumen oder hohen Häusern gesäumt wird, aus einer Aufnahme verwendet, deren Aufnahmeposition senkrecht über der Straße bzw. der linearen Verlängerung der Straße liegt.
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Die vorgestellte Anordnung dient zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens und kann bspw. als Einheit in einer Kamera, die zum Erfassen der Bilddaten dient, implementiert sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
- 1 zeigt in schematischer Darstellung zwei Bilder zu Verdeutlichung des vorgestellten Verfahrens.
- 2 zeigt in einem Flussdiagramm eine Ausführungsform des vorgestellten Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 verdeutlicht das vorgestellte Verfahren und zeigt ein erstes Bild 10, das durch erste Bilddaten 12 repräsentiert ist, die von einer Kamera 14 erfasst wurden. Die Kamera 14 ist bspw. eine Kamera in einem Kameraflugzeug, mit der Luftbilder aufgenommen werden. Die von der Kamera 14 erfassten Bilddaten 12 werden auch als Rohdaten bezeichnet.
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Es stellt sich nunmehr das Problem, dass die Bilddaten 12 sehr umfangreich sind und es daher aufwendig ist, diese zu speichern und zu übertragen. Daher wird angestrebt, die Datenmenge zu reduzieren. Eine geringere Datenmenge bedeutet jedoch eine geringere Informationsdichte und damit eine geringere Auflösung des Bilds 10. Daher sollten nunmehr Bereiche im Bild 10 identifiziert werden, die von geringerem Interesse sind als andere Bereiche, die von höherem Interesse sind. Bereiche von höherem Interesse werden auch als Regions of Interest (ROI) bezeichnet.
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Bei dem vorgestellten Verfahren werden nunmehr digitale Daten 20 herangezogen, bspw. digitale Daten oder Informationen, die eine digitale Landkarte repräsentieren. Diese digitalen Daten 20 werden mit den Bilddaten 12 verknüpft bzw. codiert. Diese Verknüpfung bewirkt eine Gewichtung bzw. Auswahl einzelner Koeffizienten, die das Bild beschreiben. Somit ergeben sich zweite bzw. codierte Bilddaten 22, die wiederum ein zweites Bild 24 repräsentieren bzw. beschreiben. In einer Ausführung ist vorgesehen, dass der Umfang bzw. die Menge der codierten Bilddaten 22 geringer ist als der Umfang bzw. die Menge der ersten Bilddaten 12. Daher ist es weniger aufwendig, diese zu speichern oder zu übertragen. Die Schritte des Speicherns oder Übertragens können ebenfalls einzeln oder in Kombination Schritte des vorgestellten Verfahrens sein.
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Das zweite Bild 24 weist im Gegensatz zum ersten Bild 12 nunmehr Bereiche auf, die eine geringere Auflösung haben als die entsprechenden Bereiche im ersten Bild 12. Das Maß der Verringerung der Auflösung und die Bestimmung der Bereiche, die davon betroffen sind, ist durch die digitalen Daten 20 festgelegt, mit denen die ersten Bilddaten 12 verknüpft werden.
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Ein möglicher Ablauf des vorgestellten Verfahrens ist in 2 in einem Flussdiagramm dargestellt. In einem ersten Schritt 50 erfolgt die Erfassung der Bilddaten mit einer Kamera zur Aufnahme von Satellitenbildern. So werden in einem zweiten Schritt 52 Bilddaten erfasst, die ein Satellitenbild repräsentieren. Diese Bilddaten werden in einem darauffolgenden Schritt 54 mit digitalen Daten verknüpft bzw. codiert, so dass in einem abschließenden Schritt 56 codierte Bilddaten erhalten werden, die ein modifiziertes Satellitenbild beschreiben.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102004038740 A1 [0007]
- DE 102004038739 A1 [0008]
