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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus-11154
URL: http://www.opus.ub.uni-erlangen.de/opus/volltexte/2008/1115/
Automatische Bildrestaurierung für faseroptische Systeme am Beispiel von Fiberskopen
Automatic Image Restauration for Fiber Optical Devices with Fiberscopes as an Example
Winter, Christian
| SWD-Schlagwörter: |
| Bildverarbeitung , Endoskopie , Lichtleitfaser , Glasfaser , Spektrale Filterung , Interpolation |
| Freie Schlagwörter (Deutsch): |
| Bildrestaurierung , Medizinische Bildverarbeitung , Auflösungssteigerung |
| Freie Schlagwörter (Englisch): |
| Image Restauration , Medical Image Processing , Resolution Enhancement , Fiber Optics |
| Fakultät: |
| Technische Fakultät |
| DDC-Sachgruppe: |
| Ingenieurwissenschaften |
| Dokumentart: |
| Dissertation |
| Schriftenreihe: |
| Forschungsberichte aus dem Lehrstuhl für Informationstechnik mit dem Schwerpunkt Kommunikationselektronik |
| Bandnummer: |
| 4 |
| Hauptberichter: |
| Gerhäuser, Heinz (Prof. Dr.-Ing.) |
| ISBN: |
| 978-3-8167-7755-7 |
| Sprache: |
| Deutsch |
| Tag der mündlichen Prüfung: |
| 10.07.2008 |
| Erstellungsjahr: |
| 2008 |
| Publikationsdatum: |
| 30.09.2008 |
| Kurzfassung in Deutsch: |
| Faserendoskope spielen insbesondere in der medizinischen Diagnostik, Behandlung und Forschung, sowie in der industriellen Qualitätsprüfung und Instandhaltung eine tragende Rolle. Die vergleichsweise geringe Abbildungsqualität dieser Geräte resultiert aus der Abtastung der Szene durch das flexible bildleitende Faserbündel.
Diese Arbeit greift Aspekte aus der Signaltheorie auf, um die Hintergründe der Abtastvorgänge theoretisch zu untermauern. Neben der Erweiterung von Filteransätzen wird zusätzlich auch die Interpolation im Ortraum mit einer automatischen Parametrisierung und einer Farbkorrektur vorgeschlagen. Außerdem können durch die registrierte Bewegung mehrerer Einzelaufnahmen Artefakte der Interpolation reduziert und die Auflösung der resultierenden Bilder gesteigert werden. Die Grenze dieser Auflösungssteigerung wird theoretisch hergeleitet und ein Verfahren zur messtechnischen Abschätzung vorgeschlagen.
Auf der Basis eines physikalisch motivierten Abbildungsmodells der Glasfaserübertragung werden mit definierten Vergleichskriterien und einer geeigneten Zusammenstellung von Referenzbildern die vorgestellten Verfahren evaluiert und wichtige Aussagen experimentell untermauert.
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| Kurzfassung in Englisch: |
| A flexible endoscope with a fiber bundle for optical transmission is called fiberscope. The application of such fiber optic devices allows, in the literal sense, a flexible investigation of hardly accessible hollow cavities via small entries.
Fiber endoscopes play an important role particularly in medical diagnosis, therapy and research, as well as in industrial quality inspection and machine maintenance. Compared to rigid, lens based endoscopes and videoscopes they have a substantially lower imaging quality. This follows from sampling of the scene by the fiber based image transmission with a relatively small amount of single fibers (around 3.000 to 30.000) and results in structural and color artefacts. Until now to avoid this the defoccusion of optics or simple digital filterung are stated as standard methods both in literature and practice. For further use of fiberscopic images, for instance for 3d-reconstruction, image analysis or motion compensation, scientific evaluation and feasible implementations are currently missing.
This work makes use of signal theory to substantiate the background of sampling for fiber optic transmission. Besides the extension of filter approaches it also proposes the auto-parametrization for an interpolation approach. Although the comparison of these two signal spaces certifies better results to the filter approach as long as grayscale images are used, the interpolation approach shows its superiority with respect to reduction of color artefacts. By directly accessing and analyzing the sensor signals these color artefacts are avoided. Furthermore it is possible to reduce structural artefacts of interpolation by merging sampling data of a tracked motion sequence and even to increase the resolution by a higher number of samples. In this work, the limit for the latter super resolution approach is derived from theory and a measurement procedure to estimate this limit for a given fiber bundle is proposed.
Regarding the development of algorithms, a special focus is placed on a broad applicability, especially for different combinations of fiberscopes and cameras which may differ in their technical specifications like resolution, size and intended use.
A physically motivated transmission model provides ground truth image data for a direct comparison between original and processed versions. The model also simulates the sensor data of a single chip camera for use with the proposed approach of interpolation without color artefacts.
Based on the definition of certain criteria and an appropriate set of reference images, the proposed approaches are evaluated and important conclusions are experimentally emphasized. |
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