Modellbasierte Umtastung von Bildern von beliebigen Bildpunktpositionen und deren Anwendung zur robusten Objektdetektion, -erkennung und -verfolgung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. André Kaup
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402837983

Die Detektion, Erkennung und Verfolgung von Objekten sind häufig vorkommende Herausforderungen in der Videosignalverarbeitung. Diese Aufgaben ergeben sich in ganz unterschiedlichen Bereichen wie medizinischer Bildgebung, Überwachungsszenarien, im Automobilbereich und der Unterhaltungsindustrie. Gleichzeitig sind die Verfahren aber sehr empfindlich gegenüber Bildstörungen wie zu geringer Auflösung, Rauschen oder optischen und perspektivischen Verzerrungen. Sobald diese in der Praxis häufig vorkommenden Störungen auftreten bricht die Leistungsfähigkeit der nachgeschalteten Verfahren drastisch ein oder sie versagen komplett. Um den Auswirkungen ungünstiger Aufnahmebedingungen entgegenzuwirken, werden die aufgenommenen Bilder daher typischerweise vorverarbeitet. Hierzu werden zuerst die aufgenommenen Bilder registriert, wobei dies meist mit Subpixel-Genauigkeit erfolgt. Durch die Registrierung befinden sich die Bildpunkte aber nicht mehr auf dem ursprünglichen Raster, sondern kommen auf beliebigen, auch nicht ganzzahligen Positionen zu liegen. Deshalb wird in einem zweiten Schritt eine Umtastung der Bilder von den beliebigen, nicht ganzzahligen Positionen auf einregelmäßiges 2D-Gitter durchgeführt. Die Qualität der Umtastung ist entscheidend für den Erfolg der nachfolgenden Schritte. Die existierenden Verfahren zur Umtastung weisen aber eine starke Tiefpasscharakteristik auf und neigen dazu, Artefakte zu erzeugen. Hierdurch produziert eine nachgeschaltete Detektion, Erkennung oder Verfolgung erhebliche und nicht korrigierbare Fehler. Das vorgeschlagene Projekt hat das Ziel, ein robustes und hochqualitatives Verfahren zur Umtastung von Bildern von beliebigen Bildpunktpositionen zu entwickeln, um damit eine sichere Detektion, Erkennung und Verfolgung von Objekten zu ermöglichen. Hierzu soll ein frequenzselektiver Umtastungsalgorithmus verwendet werden, der die Bilder durch eine iterative Überlagerung geeigneter Basisfunktionen modelliert. Unter Laborbedingungen ist das Verfahren in der Lage herausragende Ergebnisse zu produzieren. Sobald aber realitätsnahe Bedingungen vorliegen bricht die Leistungsfähigkeit der Umtastung drastisch ein. Im Rahmen desProjekts soll daher die Auswirkung nicht idealer Aufnahmebedingungen theoretisch untersucht werden und es sollen Methoden zur Behandlung nicht idealer Bedingungen entwickelt werden. Das neu zu entwickelnde robuste Umtastungsverfahren soll mittels verschiedener Detektions-, Erkennungs- und Verfolgungsanwendungen evaluiert werden. Wir erwarten eine deutliche Verbesserung der Ergebnisse einer Detektion, Erkennung oder Verfolgung und wollen erreichen, dass die Verfahren auch in den Fällen korrekt arbeiten, wo sie bei der Verwendung von existierenden Umtastungsverfahren bisher versagten. Es ist vorgesehen, die entwickelten Algorithmen und die Simulationsumgebung der wissenschaftlichen Gemeinschaft in Form einer Software Toolbox zur Verfügung zu stellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen