Kantendetektion
Die Kantendetektion (englisch edge detection), seltener Kantenextraktion, ist Teil einer Segmentierung von Elementen in der Bildbearbeitung. Sie versucht, flächige Bereiche in einem digitalen Bild voneinander zu trennen, wenn sie sich entlang gerader oder gekrümmter Linien ausreichend in Farb- oder Grauwert, Helligkeit oder Textur unterscheiden. Spezielle Kantenoperatoren sollen die Übergänge zwischen diesen Bereichen erkennen und als Kanten markieren. Zugleich soll aber ein einzelner, homogener Bereich als solcher erkannt werden und von einem guten Kantendetektor nicht durch eine Kante in zwei Flächen geteilt werden.
Ein Kantendetektor berechnet aus einem Bild ein zugehöriges Kantenbild, in dem alle Kanten entsprechend zu sehen sind. Um dieses zu erreichen, wird jeder Bildpunkt durch eine Berechnung mittels einer Matrix neu gesetzt. Diese ist jedoch keine Matrix im mathematischen Sinn, sondern eine Filtermaske. Man wendet also keine Matrizenoperationen an, sondern die diskrete Faltung.
Der Hauptunterschied zwischen den verschiedenen Kantenfiltern liegt darin, dass sie unterschiedliche Filtermasken benutzen.
Operatoren
Die bekanntesten Kantenfilter (auch Kantenoperatoren) sind:
- Sobel-Operator
- Scharr-Operator
- Laplace-Filter (siehe auch Laplace-Operator)
- Prewitt-Operator
- Roberts-Operator
- Kirsch-Operator
- Canny-Algorithmus
- Marr-Hildreth-Operator (auch Laplacian of Gaussian (LoG) oder Sombrerofilter)
- Kontrastverstärker
- Aktive Kontur (Snake)
Eine Hauptschwierigkeit der Kantendetektion, insbesondere bei dreidimensionalen Objekten, ist die Unterscheidung von Reflexionskanten, die auf Eigenschaften des Objektes beruhen, und Beleuchtungskanten, die auf Eigenschaften der Beleuchtung beruhen (z. B. Schatten, Lichtkegel).
Für den Menschen ist Kantendetektion eine wesentliche Voraussetzung zur visuellen Objekterkennung. Sein Sehapparat leistet diese Aufgabe hauptsächlich mit der lateralen Hemmung. Dadurch werden sogar feinste Linienstrukturen aus größerer Distanz erkennbar, etwa dünne Drähte oder ferne Wegverläufe. Allerdings sind auch optische Täuschungen möglich, etwa teilweise bei den sog. Marskanälen oder den Machschen Streifen.
Viele Grafikprogramme verfügen bereits über einen Filter zur Erkennung von Konturkanten (engl. edge detection). Dies wird u. a. in der Photogrammetrie und Kartografie eingesetzt, um aus Luftbildern genaue Objekt- oder Geländekanten zu detektieren. Bei Digitalbildern wird der Grauwert jedes Bildelements (Pixel) mit dem der Nachbarelemente verglichen oder nach den zwei Bildkoordinaten differenziert. Die Kanten treten in der zweiten Ableitung (Änderung des Helligkeits-Gradienten) meist am deutlichsten hervor.