4. Aufbau von Filtern

Digitale Filter werden eingesetzt, indem ein Filter über jeden einzelnen Pixel eines Bildes läuft. Eines der bedeutendsten Grundlagen dieser Technik ist der sogenannte „Kernel based image processing algorithm“, ein Algorithmus, der sich auf den Kern des Bildes beruht.

Der Kern Ein Kern ist eine Matrix aus Gleitkommazahlen. Ein Identity Kern (dt. Identitäts Kern) geht über jeden Pixel, und somit erhält man die ursprüngliche Ausgabe bzw. die originalen Pixel ohne irgendwelche Veränderung.

Ein Bildkern (engl. Image Kernel) ist eine Matrix, die benutzt wird, um Bilder mit Softwares zu bearbeiten. Des Weiteren finden die Kerne auch Nutzen im Machine Learning zur Feature Extraction, zum Bestimmen der wichtigsten Merkmale eines Bildes. Diese Technik wird auch als Convolution bezeichnet. Zu der Convolution/ Faltungsmatrix wird später genauer eingegangen. Am einfachsten zu erklären, wie Kerne funktionieren, ist mit einem Schwarz-Weiß-Bild zu arbeiten. Bei dem unteren Beispiel auf Abb. kann auf der linken Seite eine Matrix mit den Nummern 0 bis 255 gesehen werden. Jeder Pixel entspricht einer Nummer der Helligkeit, das heißt jede Farbe hat seine eigene Nummer in der Matrix.

Um den Kern besser zu verstehen, kann das anhand eines 3x3 Kern auf das Bild übertragen werden. Wenn ein Filter verwendet wird, z.B. Blur, verändert sich der Kern und die Werte dementsprechend. In einem solchen 3x3 Block an Pixeln wird jeder Pixel mit dem Wert des Kerns multipliziert und eine Summe errechnet. Durch diese Summe entstehen neue Pixel und das finale Bild.