Nachtaktive Bienen inspirieren Bildrauschen
Die nachtaktive Biene Megalopta genalis. Foto: USGS Bee Inventory and Monitoring Lab, Zerene Stacker/Flickr, PDM 1.0 DEED
Fotoaufnahmen bei ungünstigen Lichtverhältnissen führen noch immer zu verrauschten Bildern. Mithilfe von Software wird das Bildrauschen verringert. Ein neues Verfahren ist von der Natur abgeschaut - nachtaktive Bienen und Schmetterlingen waren die Vorbilder.
Herkömmliche Entrauschungsfilter benötigen mehrere komplexe Berechnungsdurchgänge und damit einen hohen mathematischen Aufwand.
Deren Methode hat er in einen bionischen Algorithmus gepackt, der das Bildrauschen entfernt, ohne die Bildschärfe wesentlich zu beeinträchtigen. Eine neue Methode kommt im Wesentlichen mit zwei Rechenformeln aus. Die Grundlage dafür bildet das Sehvermögen von Insekten, die in der Dunkelheit unterwegs sind. „Sie brauchen sehr empfindliche Augen, um gezielt nach Futter suchen zu können“, erklärt Manfred Hartbauer von der Universität Graz. Der Ursprung des Prinzips liegt in der Anatomie der Augen der kleinen Tiere: Sowohl der Weinschwärmer als auch die nachtaktive Biene Megalopta genalis, die in Panama heimisch ist, sehen bei Mond- und Sternenlicht ihre Umgebung gut und können so erfolgreich auf Nahrungssuche gehen.
Diese Sinnesleistung der Insekten hat der Wissenschaftler in einem Algorithmus teilweise abgebildet, der mit nur einem Parameter auskommt. Dieser wird zwar einfacher ermittelt, jedoch muss für jeden Bildpunkt eine Berechnung für das Entrauschen separat durchgeführt werden. Dieser Vorgang dauert derzeit noch länger als bei herkömmlichen Programmen.
„Im ersten Schritt wird adaptiv ein lokaler Mittelwertfilter für jedes Pixel berechnet, um moderates Sensorrauschen zu entfernen und gleichzeitig feine Bilddetails sowie Objektkonturen zu erhalten. Im zweiten Schritt wird die Bildschärfe mit Hilfe eines Unschärfemaskenfilters verbessert“, fasst Manfred Hartbauer die Vorgehensweise zusammen.
In seiner Studie zeigt der Wissenschaftler Wege auf, wie sich der Vorgang des Entrauschens beschleunigen lässt.
Hartbauer, M. A Simple Denoising Algorithm for Real-World Noisy Camera Images. J. Imaging 2023, 9, 185. https://doi.org/10.3390/jimaging9090185