1 Einleitung

1 Einleitung

Durch die steigende Verbreitung von multimedialen Anwendungen erhält die digitale Signalverarbeitung eine zunehmende Gewichtung. Abgesehen von Verfahren zur Verarbeitung von Audiodaten bekommen Algorithmen zur Bildsignalverarbeitung eine immer stärkere Bedeutung. Häufig ist das Ziel einer solchen Bildsignalverarbeitung die Verbesserung der subjektiv wahrgenommenen Bildqualität. Dies erfordert die Optimierung der Parameter der verwendeten Algorithmen. Teilweise sind die Bildsignalverarbeitungsalgorithmen jedoch so komplex, dass der potentielle Parameterraum unüberschaubar groß wird. Auch lässt sich die subjektive Bildqualität als Ziel der Optimierung wegen der nichtlinearen Beschaffenheit der Wahrnehmungseigenschaften des menschlichen Auges nicht analytisch darstellen. Deshalb können nur numerische Optimierungsstrategien verwendet werden.

In dieser Studienarbeit sollen nun unterschiedliche Optimierungsstrategien hinsichtlich ihrer Eignung zur Optimierung von Filtern zur Bildsignalverarbeitung untersucht werden. Als Beispiel wird die räumliche Interpolation von Bildsignalen betrachtet, welches ein in der Praxis häufig vorkommendes Problem darstellt.

Das nachfolgende Kapitel 2 gibt einen Überblick über numerische Optimierungsstrategien und beschreibt die verwendeten Verfahren näher. Zu den verglichenen Strategien gehören direkte Suchverfahren und Gradientenstrategien, die allerdings in ihrer Eignung zum Auffinden des Optimums begrenzt sind und daher in dieser Arbeit nur zu Kontrollzwecken benutzt werden. Weitere Optimierungsverfahren sind die seit den sechziger Jahren in vielen Anwendungsfällen erfolgreichen Evolutionsstrategien, die an Abkühlungsvorgängen in der Natur orientierte Strategie des Simulated Annealing und das relativ neue1 Verfahren der Differential Evolution.

Im dritten Kapitel werden die Verfahren zur räumlichen Aufwärtskonversion von Einzelbildern näher erläutert. Insbesondere wird dabei auch auf die Eigenschaften von linearen digitalen Filtern und Medianfiltern eingegangen.

Kapitel 4 beschreibt die für Medianfilter und die damit verbundenen diskreten Parameterräume erforderlichen Anpassungen der verwendeten Optimierungsstrategien.

Das Kapitel 5 beschäftigt sich mit den Details der Implementation, wie die zur Optimierung verwendete Zielfunktion, den Masken der unterschiedlichen Filter und den einstellbaren Parameterkonfigurationen der einzelnen Optimierungsstrategien.

Kapitel 6 erläutert den Ablauf der durchgeführten Simulationen und stellt die gewonnenen Ergebnisse der Optimierungsverfahren vergleichend vor.

Das abschließende siebte Kapitel fasst diese Studienarbeit zusammen und stellt die Möglichkeiten zukünftiger Untersuchungen und Weiterentwicklungen vor.


1 Die Differential-Evolution-Strategie wurde 1995 erstmals beschrieben.


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