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Lernen Super-Resolution-Techniken | Bildverarbeitung mit OpenCV
Grundlagen der Computer Vision

bookSuper-Resolution-Techniken

Note
Definition

Super-Resolution (SR) ist eine Sammlung von Techniken zur Verbesserung der Bildauflösung, wodurch schärfere Details und eine höhere Qualität erzielt werden. Diese Methoden finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter Videobearbeitung und KI-gestützte Bildverbesserung.

Super-Resolution-Techniken lassen sich grob in folgende Kategorien einteilen:

  • Traditionelle interpolationsbasierte Methoden (Bilinear, Bikubisch, Lanczos);
  • Deep-Learning-basierte Super-Resolution (CNNs, GANs, Transformer).
Super-Resolution im Vergleich

Traditionelle Interpolationsbasierte Methoden

Interpolation ist einer der einfachsten Ansätze zur Super-Resolution, bei dem fehlende Pixel basierend auf den Werten der umliegenden Pixel geschätzt werden. Alle gängigen Interpolationsverfahren nutzen cv2.resize(), wobei sich jedoch der Parameter interpolation unterscheidet:

super_res_image = cv2.resize(image, None, fx=4, fy=4, interpolation=interpolation_param)

Nächster-Nachbar-Interpolation

  • Kopiert den Wert des nächstgelegenen Pixels an die neue Position;
  • Erzeugt scharfe, aber blockartige Bilder;
  • Schnell, aber es fehlt an Glätte und Details.
interpolation_param = cv2.INTER_NEAREST

Bilineare Interpolation

  • Mittelt vier benachbarte Pixel, um den neuen Pixelwert zu schätzen;
  • Erzeugt glattere Bilder, kann jedoch Unschärfe verursachen.
 interpolation_param = cv2.INTER_LINEAR

Bikubische Interpolation

  • Verwendet einen gewichteten Durchschnitt von 16 umliegenden Pixeln;
  • Bietet bessere Glätte und Schärfe im Vergleich zur bilinearen Interpolation.
 interpolation_param = cv2.INTER_CUBIC

Lanczos-Interpolation

  • Verwendet eine Sinc-Funktion zur Berechnung der Pixelwerte;
  • Bietet bessere Schärfe und minimales Aliasing.
 interpolation_param = cv2.INTER_LANCZOS4

Obwohl interpolationsbasierte Methoden recheneffizient sind, gelingt es ihnen oft nicht, feine Details und Texturen wiederherzustellen.

Deep-Learning-basierte Super-Resolution

Vorgefertigte Super-Resolution-Modelle:

  • ESPCN (Efficient Sub-Pixel Convolutional Network): Schnell und effizient für Echtzeit-SR;
  • FSRCNN (Fast Super-Resolution CNN): Ein leichtgewichtiges Netzwerk, optimiert für Geschwindigkeit;
  • LapSRN (Laplacian Pyramid SR Network): Nutzt progressives Upscaling für bessere Details.
 # Load pre-trained model
sr = cv2.dnn_superres.DnnSuperResImpl_create()
sr.readModel("path/to/model.pb")
sr.setModel("model_name", scale_factor)  # Using 4x upscaling

# Apply super-resolution
high_res_image = sr.upsample(image)
Aufgabe

Swipe to start coding

Sie erhalten ein image mit niedriger Auflösung:

  • Wenden Sie die Methode der bikubischen Interpolation mit einem 4-fachen Skalierungsfaktor an und speichern Sie das Ergebnis in bicubic_image;
  • Definieren und erstellen Sie ein Deep-Learning-Netzwerkobjekt in der Variable sr;
  • Laden Sie das Modell aus dem model_path;
  • Setzen Sie den Namen auf espcn und den Skalierungsfaktor auf 4x;
  • Wenden Sie die DNN-Super-Resolution-Methode an und speichern Sie das Ergebnis in dnn_image.

Lösung

War alles klar?

Wie können wir es verbessern?

Danke für Ihr Feedback!

Abschnitt 2. Kapitel 6
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Super-Resolution (SR) ist eine Sammlung von Techniken zur Verbesserung der Bildauflösung, wodurch schärfere Details und eine höhere Qualität erzielt werden. Diese Methoden finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter Videobearbeitung und KI-gestützte Bildverbesserung.

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  • Traditionelle interpolationsbasierte Methoden (Bilinear, Bikubisch, Lanczos);
  • Deep-Learning-basierte Super-Resolution (CNNs, GANs, Transformer).
Super-Resolution im Vergleich

Traditionelle Interpolationsbasierte Methoden

Interpolation ist einer der einfachsten Ansätze zur Super-Resolution, bei dem fehlende Pixel basierend auf den Werten der umliegenden Pixel geschätzt werden. Alle gängigen Interpolationsverfahren nutzen cv2.resize(), wobei sich jedoch der Parameter interpolation unterscheidet:

super_res_image = cv2.resize(image, None, fx=4, fy=4, interpolation=interpolation_param)

Nächster-Nachbar-Interpolation

  • Kopiert den Wert des nächstgelegenen Pixels an die neue Position;
  • Erzeugt scharfe, aber blockartige Bilder;
  • Schnell, aber es fehlt an Glätte und Details.
interpolation_param = cv2.INTER_NEAREST

Bilineare Interpolation

  • Mittelt vier benachbarte Pixel, um den neuen Pixelwert zu schätzen;
  • Erzeugt glattere Bilder, kann jedoch Unschärfe verursachen.
 interpolation_param = cv2.INTER_LINEAR

Bikubische Interpolation

  • Verwendet einen gewichteten Durchschnitt von 16 umliegenden Pixeln;
  • Bietet bessere Glätte und Schärfe im Vergleich zur bilinearen Interpolation.
 interpolation_param = cv2.INTER_CUBIC

Lanczos-Interpolation

  • Verwendet eine Sinc-Funktion zur Berechnung der Pixelwerte;
  • Bietet bessere Schärfe und minimales Aliasing.
 interpolation_param = cv2.INTER_LANCZOS4

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Deep-Learning-basierte Super-Resolution

Vorgefertigte Super-Resolution-Modelle:

  • ESPCN (Efficient Sub-Pixel Convolutional Network): Schnell und effizient für Echtzeit-SR;
  • FSRCNN (Fast Super-Resolution CNN): Ein leichtgewichtiges Netzwerk, optimiert für Geschwindigkeit;
  • LapSRN (Laplacian Pyramid SR Network): Nutzt progressives Upscaling für bessere Details.
 # Load pre-trained model
sr = cv2.dnn_superres.DnnSuperResImpl_create()
sr.readModel("path/to/model.pb")
sr.setModel("model_name", scale_factor)  # Using 4x upscaling

# Apply super-resolution
high_res_image = sr.upsample(image)
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  • Laden Sie das Modell aus dem model_path;
  • Setzen Sie den Namen auf espcn und den Skalierungsfaktor auf 4x;
  • Wenden Sie die DNN-Super-Resolution-Methode an und speichern Sie das Ergebnis in dnn_image.

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