Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

Bildauswertung

Bildauswertung

Die Bildauswertung umfasst die Aufbereitung, Echtzeitverarbeitung sowie automatische und interaktive Informationsgewinnung aus Bildern und Videos.

 

Das Fraunhofer IOSB ist im Bereich der Bildauswertung in verschiedenen wissenschaftlichen Kategorien aktiv. Bitte wählen Sie eine der untenstehenden Kategorien aus, um mehr über unsere Forschungsaktivitäten zu erfahren.



Der Gesichtssinn spielt für die Kommunikation zwischen uns Menschen eine bedeutende Rolle. Handgesten, Körperhaltung, Blickrichtung, Mimik dienen neben der Verstärkung des sprachlichen Ausdrucks auch der eigenständigen Zeichengebung im zwischenmenschlichen Kontakt. So liegt es nahe, diese Kanäle auch für die Kommunikation mit technischen Systemen zu nutzen. Wir am IOSB geben hierzu Arbeitsplätzen und Arbeitsräumen technische Augen - vernetzte Kameras, die mit nachgeschalteter Bildauswertung diese Umgebungen für gestische und mimische Interaktionen der Menschen empfänglich machen.
Ausgewählte Beispiele unserer Forschungsarbeiten sind:



Bewegungsdetektion in Bildsequenzen ist ein wichtiger Bestandteil für die Bildauswertung. Ist die Bewegung zwischen Bildern bekannt, kann diese Information u.a. zur Bewegungsdetektion, -Verfolgung, -Erkennung, zur Segmentierung oder 3D Rekonstruktion verwendet werden. Die geschätzten Bewegungsfelder können auch dazu verwendet werden um bestimmte Bewegungen zu analysieren, z.B. ist die Detektion von anormalem Verhalten anhand von Bewegungsfeldern möglich.

  • Markerloses und markenbasiertes Objekttracking (IAD, OBJ, VID)
  • Bewegungsanalyse (OBJ, VID)
  • Videobasierte Verhaltensanalyse (OBJ, IAD)


Im täglichen Leben ist es für uns normal, Dinge und Begebenheiten mit den Augen „zu prüfen“. Wie selbstverständlich nehmen wir dabei Größe, Form, Farbe und Struktur der Objekte wahr.

Diese Fähigkeit versuchen wir mit unseren Systemen nachzubilden und auf besondere Anforderungen hin weiter zu optimieren. Die Interaktion von Computer(-Programm) und Kamera ermöglicht schon heute Teilbereiche des menschlichen Sehens nachzubilden. Für spezifische Fragestellungen der Objektprüfung haben wir das Know-How und den Ehrgeiz Dinge zu „sehen“ wie der Menschen (…und wenn die Anforderung es verlangt, „sehen“ die Systeme oft auch mehr).

  • Industrielle Sichtprüfung (SPR)
  • Texturanalyse (SPR, MRD, VID)
  • Mikroskopie (MRD, VID, SPR)
  • Inspektion in Rohren (MRD)
  • Glasinspektion (SPR)
  • Oberflächeninspektion: Deflektometrie (MRD)
  • Oberflächeninspektion: MultiScan (SPR)


Die Sensoren von fliegende oder weltraumgestützte Plattformen liefern Bilder, die eine wichtige Informationsquelle für zahlreiche Aufklärungs- und Überwachungsaufgaben darstellen. Das IOSB entwickelt und untersucht daher Verfahren, mit denen so gewonnene Bilddaten effizient ausgewertet werden können. Für die Lösung zeitkritischer Aufgaben wie beispielsweise Änderungsdetektionen oder Situationsanalysen werden aktuelle Tracking-, Zuordnungs- oder auch Klassifikationsverfahren eingesetzt, um auch heterogene Bilddaten auszuwerten. Bei der Betrachtung der verfügbaren Sensorik nehmen bildgebenden Radarsysteme eine besondere Rolle ein: Unabhängig von Wetter und Tageszeit liefern sie Bilddaten, die aufgrund der Abbildungsgeometrie allerdings besonders zu interpretieren sind.

  • Auswertung von Luftbildfolgen (VID, SZA)
  • SAR-Bildauswertung und SAR-Simulation (SZA, IAS, VID)
  • SAR-Simulation (SZA)
  • Auswertung großflächiger Bilddaten und Satellitenbildern (SZA, VID)
  • Kompensation atmosphärischer Effekte (SIG)
  • Auswertung heterogener Bilddaten im Aufklärungsverbund (IAS, VID)


Zur Lösung komplexer Fragestellungen in der Robotik ist das Einbeziehen visueller Informationen unerlässlich. Das Fraunhofer IOSB beschäftigt sich in diesem Zusammenhang mit Verfahren zur Kartenerstellung und Lokalisierung auf Basis von Bilddaten. Hierzu gehört sowohl die Extraktion geometrischer Merkmale als auch die Klassifikation bestimmter Kartenbereiche. Die so gewonnenen Informationen können dann als Grundlage für Fahrerassistenzsysteme oder autonom agierende Roboter dienen. Die Fusion mit zusätzlichen heterogenen Sensoren ermöglicht eine weitere Verbesserung der Ergebnisqualität. Diese erlaubt auch in anspruchsvollen Umgebungen ein sicheres Navigieren mobiler Plattformen.

  • Humanoide Roboter: Visual Servoing (MRD)
  • Autonome Fahrzeuge und mobile Roboter (MRD, IAS, VID)
  • Kartenerstellung und Lokalisierung (SLAM) (MRD, OBJ)
  • Fahrerassistenzsysteme (VID)
  • Eingebettete und heterogene Hardware zur Sensordatenauswertung (OBJ, VID)


Effektive und effiziente Bildauswertung beruht auf der Handlungskompetenz des Bildauswerters. Dazu entwickeln wir Assistenzsysteme, die den Nutzer angepasst an Arbeitssituation,  Aufgabe und Wissen, unterstützen. Konzepte, Methoden und Werkzeuge zur bildgestützten Szenen- und Situationsanalyse sowie zur Erstellung hochwertiger Ergebnisberichte bilden den Forschungsgenstand. In netzbasierten Datenbanken werden die Auftragsdaten, die auszuwertenden Bilddaten und die daraus abgeleitete Produkte gesichert, verwaltet , vernetzt und synchronisiert. Objektdatenbanken und Ontologien sichern Persistenz und Interoperabilität.

Darüber hinaus steht der Prozess des Wissenserwerbs mit E-Learning- und Simulationssystemen in der Ausbildung und im Training sowie beim arbeitsbegleitenden Lernen im Fokus unserer Forschungsarbeiten.

  • Automatische Bildannotation und Protokollierung (IAS, VID)
  • Interaktive Erkennungsunterstützung für die bildgestützte Szenen- und Situationsanalyse (IAS, IAD)
  • Netzbasierte Datenbanken für Sensordaten und -produkte (IAS)
  • E-Learning für die Bildauswertung (IAS)


Die genaue Kenntnis über vorliegende 3-D-Strukturen ist die Basis für zahlreiche Aufgaben wie zum Beispiel der Städteplanung, der Dokumentation von Baufortschritten, der Berechnung von  Wellenausbreitungen oder auch dem Training für Einsatzkräfte. Das IOSB bietet hier Verfahren an, die eine zeitnahe, automatische Ableitung von Modellinstanzen aufgrund von Sensordaten ermöglichen. Hierbei werden sowohl passive als auch aktive Sensoren betrachtet. In Abhängigkeit von der Anwendung werden verschiedene Repräsentationsformen für Objekte und Geländeformen untersucht, die zusammen mit ggf. verfügbaren Texturbildern für photorealistische Visualisierungen eingesetzt werden.

  • Automatische bildgestützte 3-D Rekonstruktion und -Modellierung (SZA, MRD, VID)
  • Auswertung aktiver 3D-Sensorik (OBJ, MRD)


  • Mess-, Regelungs- und Diagnosesysteme (MRD)

    Autonome Robotersysteme für menschenfeindliche Umgebungen | Monitoring, Regelung und Optimierung verfahrenstechnischer Prozesse | Bildgestützte Messtechnik | Robotersysteme | Assistenzsysteme | Energieoptimierung für Gebäude | Trinkwassersicherheit

     

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  • Objekterkennung (OBJ)

    Die Abteilung Objekterkennung (OBJ) entwickelt und bewertet Verfahren zur automatischen Objekterkennung und Objektverfolgung im Sensornetz.

     

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  • Szenenanalyse (SZA)

    Automatische Verfahren zur Ableitung von 3D-Stadtmodellen zur Beschreibung urbaner Gebiete, Auswertung multisensorieller Bilddaten raumbasierter und luftgetragener Aufklärungssysteme.

     

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  • Videoauswertesysteme (VID)

    Automatische Bild- und Signalauswertung zur Erkennung, Analyse und Diagnose in komplexen Umgebungen.

     

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Die Kombination synergetischer multimodaler Sensortechnologien und deren Einbindung in den Anwendungskontext erlaubt die aufgabengerechte Erfassung, Identifizierung und Registrierung von Objekten, Zuständen und Abläufen. Dabei zielen die Forschungsaktivitäten des Instituts auf automatisierte und interaktive multisensorbasierte Echtzeitprozesse in komplexen heterogenen Netzwerken ab. Dies umfasst die interoperable Verteilung von Informationen und Diensten in Verbünden und die benutzergerechte Ablage von Daten. Geeignete Methoden, Algorithmen und  SW-Architekturen werden zu diesen Themen entwickelt und bewertet. Wichtige Bestandteile bilden aufgabenorientierte Filterung, Routing und Auswertung heterogener Daten in Sensornetzwerken. Dabei werden Methoden des System-of-Systems Engineering und Architektur-Frameworks angewendet und gezielt weiterentwickelt.

  • Sensordatenfusion, Bildfusion und Sensornetzwerke (MRD, IAS, OBJ, VID)
  • SW-Architekturen zur Auswertung heterogener Sensordaten (IAS)
  • System-of-Systems Architekturen (IAS)
  • Vorgehensmodelle und Architektur-Frameworks (IAS)
  • OGC Web Enablement Standards (ILT)
  • Multi-modale Registrierung (OBJ)