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Segmentierung des Spielfeldes eines Labyrinthspieles

Thomas Jedinger

In dieser Projektseminararbeit wird für das Praktikum 'Digitale Bildverarbeitung' das mit einer Kamera aufgenommene Spielfeld eines Labyrinthspiels, wie in der Abbildung gezeigt, segmentiert und diese Daten für eine weitere Auswertung bereit gestellt. Der in dieser Arbeit dargestellte Lösungsweg bei der Segmentierung ist nicht der einzig mögliche, liefert allerdings gute Resultate bei moderatem Aufwand.

(a) Labyrinthspiel von Brio

(a) Labyrinthspiel von Brio

 
(b) Ergebnis der Auswertung

(b) Ergebnis der Auswertung

 

Abbildung 1: (a) Das handelsübliche Labyrinthspiel von Brio. (b) Erkannte Merkmale des Spielfeldes, die als Grundlage für Auswertungen, wie zum Beispiel der Trefferquote einer Kugel entlang des Pfads, dienen können.

Die gesuchten Segmente sind:
- Startpunkt,
- Endpunkt,
- die vorgegebene Kugelbahn auf dem Spielfeld,
- die Position der Löcher und die
- Nummerierung der Löcher.

Im Wesentlichen gliedert sich der Ablauf der Bildauswertung in das Entfernen der durch die Linse verursachten optischen Verzerrungen, gefolgt von der Umsetzung auf ein Schwarz-Weiß-Bild (Binärbild) mittels lokalem Schwellwert-Filter. Bei der Segmentierung wird ein übersichtliches Verfahren für die Identifikation von Gemeinsamkeiten gleichartiger Objekte vorgestellt, womit eine Klassifizierung durchgeführt wird. Auf Basis der bekannten Positionen der Löcher und der Punkte des Pfades erfolgt eine automatische Nummerierung der Löcher. Mit Hilfe morphologischer Operationen und geschickter Addition/Multiplikation mit Bildmasken werden die Daten so aufbereitet, dass die Reihenfolge sehr einfach bestimmt werden kann.
Für die Bildaufnahme wurde eine hochwertige Kamera verwendet, damit der Aufbau später in einer weiterführenden Arbeit für eine Echtzeitbestimmung der Kugelposition und Winkelstellung des Spielfeldes verwendet werden kann.
Während der Erstellung der Arbeit hat sich herausgestellt, dass die, auf Bildqualität optimierte, Standardimplementierung der optischen Entzerrung der Camera Calibration Toolbox sehr langsam ist, was in Folgearbeiten zu Performanceproblemen führen würde. Daher wurden Überlegungen angestellt, die optische Entzerrung mit hinnehmbarem Verlust der Bildqualität zu beschleunigen. Diese Ideen wurden implementiert und damit Vergleiche von Geschwindigkeitsgewinn und Einfluss des Qualitätsverlustes angestellt.

Keywords: Digitale Bildverarbeitung, Labyrinthspiel, Camera Calibration Toolbox

28. Februar 2013