Strukturierung der Analyse

Bei Jähne [7] findet man für die Aufgabe des Bildverstehens die in Abbildung 2.1 dargestellte hierarchische Strukturierung der notwendigen Bildoperationen zur Analyse eines Einzelbildes. Die Bildanalyse wird hierbei als mehrstufiger Prozess von der Bildaufnahme bis zum Bildverstehen aufgefaßt. Die Strukturierung enthält keinerlei Rückkopplungen zwischen den einzelnen Verarbeitungsschritten, sondern versucht, die Analyse in klare, sauber getrennte Einzelschichten aufzuteilen. Nach Jähne läßt sich jede denkbare Operation in diese Hierarchie einordnen. Nun kann man über die Vollständigkeit dieses Modells sicherlich streiten (zumindest für die Analyse von Bildserien erscheint es unvollständig), eine gewisse Klarheit und Einfachheit ist ihm aber nicht abzusprechen. Gerade beim Entwurf einer von anderen zu benutzenden Bibliothek ist eine klare und leicht verständliche Struktur von Vorteil. Außerdem kann im weiteren Verlauf gezeigt werden, daß eine solche hierarchische Struktur, bei der eine Operation die Ausgabe der vorherigen Operation als (einzige) Eingabe erhält (``Pipe''), für das hier zu bearbeitende Problem bei größtmöglicher Klarheit noch ausreichend allgemein und flexibel ist. Durch die Verwendung einer Architektur mit sauber getrennten, voneinander unabhängigen Schichten wird außerdem erreicht, daß jede Schicht für sich alleine entwickelt, getestet und verbessert werden kann. Sowohl die Verifikation als auch die Optimierung des Systems werden durch die so kontrollierbare Komplexität ungemein erleichtert.

Allerdings darf nicht unerwähnt bleiben, daß das Fehlen von Rückkopplungsmöglichkeiten die Wahl der Verfahren eingrenzt. Ein von den FU-Fighters [14] den Rechenaufwand reduzuierendes Verfahren ist zum Beispiel in dieser Architektur nicht oder nur über Umwege möglich: In dem System der FU-Fighters werden nur die Stellen des Bildes segmentiert, an denen ein Objekt vermutet wird. Wird dann von einer höheren Schicht festgestellt, daß ein Objekt nicht gefunden werden konnte, wird die Segmentierung noch einmal mit einem größeren Suchfenster angestoßen.

Für die schon oben erwähnte notwendige Analyse der Korrespondenz von Objekten in aufeinanderfolgenden Einzelbildern ist am Ende von Jähnes Verarbeitungskette noch eine weitere Operation anzufügen, die die klassifizierten Objekte einer ``Geschichte'' zuordnet. Diese Operation benötigt zusätzlich zu den Daten der vorherigen Schicht auch noch die im Zustand $\vec{z}_{t-1}$ kodierte bisherige Geschichte. Mit ``Objektgeschichte'' zum Zeitpunkt $t$ wird hier das Tupel $\vec{h}_t$ mit den letzten $l+1$ Objekten bezeichnet:

$$\vec{h}_t=(\vec{o}_t, \vec{o}_{t-1}, ..., \vec{o}_{t-l})$$

$$\textrm{mit gleichem Identifer $i$\ aller Objekte in $h_t$}$$ (5)

Abbildung: Hierarchie der Bildverarbeitungsoperationen nach Jähne [7]. Rechtecke entsprechen den Operationen, Ovale den Datenstrukturen.

Für die in dieser Arbeit entwickelte Bibliothek wurde nach sorgfältiger Abwägung der Vor- und Nachteile zu Gunsten der Klarheit und Einfachheit entschieden, also eine Schichtenarchitektur in Anlehnung an Jähnes Hierarchie gewählt. Einige Operationen wurden zusammengefaßt oder gar fallengelassen. An das Ende wurden weitere Operationen zur Berechnung der Daten aus den Bildserien angefügt. Durch die Orientierung an dieser allgemein anerkannten Hierarchie soll die Austauschbarkeit der einzelnen Schichten und die leichte Verständlichkeit für Fachkundige gewährleistet werden. Die vollständige Architektur ist mit ihren Schichten und Datenstrukturen in Abbildung 2.2 dargestellt.

Abbildung 2.2: Schichtenarchitektur des Bildanalysesystems auf einer konzeptionellen Ebene.