Convolution-Filter

Convolution-Filter

In der Bildverarbeitung spricht man auch von Faltungskernen, in Gimp ist der Begriff Faltungsmatrix üblich.

Ein Convolution-Filter ist ein ein- bzw. zweidimensionales Array, dessen Werte Gewichtungen darstellen. Bei Ausführung der Filterung wird das Array Pixel für Pixel auf ein Bild bzw. eine Textur anwendet. Dabei werden die Werte im Array mit den Farben des Bildes multipliziert und zusammenaddiert.

Ist z.B. ein 3x3-Array als Filterkernel gesetzt, so wird der Mittelpunkt auf jedes Pixel gesetzt und die 8 Nachbarpixel um diesen herum mit den Werten in der Matrix verrechnet. Das Ergebnis dieser Rechnung wird in das Pixel gespeichert was im Zentrum der Matrix lag.

Damit lassen sich interessante Effekte wie z.B. Kontraste, Schärfung, Weichzeichnen, Kantenextraktion(Embossing) oder Glowing erzielen.

Beispiel Faltungskerne

Originalbild ohne Filter

Tiefpass / Mittelwert

Es wird der Mittelwert zwischen der Farbe des aktuellen Pixels und seinen 8 Nachbarn berechnet und dem aktuellen Pixel zugewiesen. In den Zahlen drück sich dies so aus, dass alle 9 Matrix-Einträge gleichstark (1/9) in die resultierende Farbe eingehen.

1/9 1/9 1/9
1/9 1/9 1/9
1/9 1/9 1/9

Schärfung

 0 -1  0
-1  5 -1
 0 -1  0

Horizontale Schärfung

 -1 -1 -1
  2  3  2
 -1 -1 -1 

Embossing (Kantenfindung)

Richtung links oben

1 0 0
0 0 0
0 0 -1

Richtung rechts unten

-1 0 0
 0 0 0
 0 0 1

Sobel-Filter

-1 -2 -1
 0  1  0
 1  2  1 

Gaussian Blur

0.00000067 0.00002292 0.00019117 0.00038771 0.00019117 0.00002292 0.00000067
0.00002292 0.00078633 0.00655965 0.01330373 0.00655965 0.00078633 0.00002292
0.00019117 0.00655965 0.05472157 0.11098164 0.05472157 0.00655965 0.00019117
0.00038771 0.01330373 0.11098164 0.22508352 0.11098164 0.01330373 0.00038771
0.00019117 0.00655965 0.05472157 0.11098164 0.05472157 0.00655965 0.00019117
0.00002292 0.00078633 0.00655965 0.01330373 0.00655965 0.00078633 0.00002292
0.00000067 0.00002292 0.00019117 0.00038771 0.00019117 0.00002292 0.00000067 

OpenGL-Befehle

glConvolutionFilter1D, glConvolutionFilter2D, glConvolutionParameter, glGetConvolutionFilter, glGetConvolutionParameter

Siehe Auch

Bildverarbeitungsscript von Dr. Steinmüller TU Chemnitz (deutsch) Ausführliche Beschreibung von Faltungskernen ab Kapitel 2.3

[http://www.vbaccelerator.com/home/VB/Code/vbMedia/Image_Processing/Blurring__Sharpening_and_Embossing/article.asp Beschreibung einiger Faltungskerne (englisch)