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03.09.2018 Anzeige

Bildverarbeitung - OCR Software erfasst über 90.000 planetare Bilder

Universität von Arizona verwendet Matrox Imaging OCR Software zum Lesen der Daten aus Textfeldern der Surveyor Mission in Rekordzeit und mit perfekter Genauigkeit

Das Lunar and Planetary Laboratory (LPL) der Universität von Arizona ist das Zuhause des Space Imagery Center, einer NASA Regional Planetary Image Einrichtung. Gegründet im Jahr 1960, war das LPL einer der wenigen Orte, das zur damaligen Zeit Studien des Sonnensystems betrieben hat.

2015 ging die NASA mit der Universität von Arizona eine Partnerschaft ein und stellte die Finanzierung der Digitalisierung der Bilder und Daten aus der Surveyor Mondlandung sicher, die sich seit den 1960er in den Archiven befanden. Das Ziel war das Erstellen eines Archivs des NASA Planetary Data System (PDS), einer Datensammlung der NASA Planeten Missionen. Wie John Anderson, Senior Media Technichian beim LPL, ausführt, ist "der Fokus und Hauptaufgabengebiet das digitale Aufzeichnen der Bilder, Extrahieren und Dekodieren der optischen Daten in jedem Rahmen der Filme, und Verarbeiten der Bilder zur Darstellung in einem digitalen Format."

Rohmaterialien

Zwischen 1966 und 1968 brachten die fünf erfolgreichen Surveyor Missionen über 92.000 einzelne Bilder von der Mondoberfläche zurück. Die Bilder wurden mit einer
70 mm Filmkamera auf Spezialfilm von einem Präzisions-Röhrenmonitor abfotografiert.
In den vergangenen 50 Jahren sind die Computerdateien und Videotape-Aufzeichnungen längst verschwunden oder veraltet - die einzigen existierenden Kopien der Bilder sind die Filmrollen.
Viele Bilder der Surveyor Missionen hatten scheinbar lesbaren Text, von dem die Betreiber ursprünglich dachten, er sei einfach mittels klassischer optischer Zeichenerkennungs-Software (OCR) lesbar. Sie stellten schnell fest, dass die Zeichen im Text aus Punkt-Matrizen bestanden, ähnlich denen in alten Druckern mit 7x9 Teletype-Zeichen, was das Finden einer passenden OCR Software, die diesen Text präzise lesen kann, schwierig machte. Eine umfassenden OCR-Lösung wurde gebraucht.

Stellare Lösung

Das war der Zeitpunkt, an dem Matrox ins Spiel kam. Anderson notiert, "Lorne Trottier, Mitbegründer von Matrox, las in einem Artikel im Planetary Report über das NASA PDS Projekt. Er und Arnaud Lina, Direktor Forschung und Innovation bei Matrox Imaging, setzten sich mit der Universität in Verbindung, um Hilfe beim Lesen der LPL Texte mit der OCR-Software von Matrox anzubieten. LPL suchte einige abgeschnittene Bilder für einen Test aus und die Ergebnisse waren unglaublich. Es war sehr ermutigend, speziell wegen dem Versagen anderer OCR-Produkte beim Lesen des von Menschen lesbaren Texts.

Mission Control

Das Gesamtprojekt beinhaltet das Erstellen eines durchsuchbaren Archivs, das klassische Mediendatenbanken überlebt. Durch das mögliche Potenzial als Langzeitreferenz der Bilder und Daten besteht die Notwendigkeit für sorgsame und korrekte Behandlung der Ressourcen.
Der Arbeitsablauf umfasst ein Bild-Scanner-System von Stokes Imaging. Dieses Scanner-System erfasst zwischen vier und acht Bilder pro Minute als hochauflösendes TIFF-Bild. Am Ende des Scan-Prozesses fand sich LPL mit über 92.000 Bildern wieder.
Während der Erfassung war intensive Mitwirkung durch den Bediener notwendig. Zwar war das Stokes Bildsystem automatisiert, der Film selbst aber war nicht einheitlich bezüglich Abstand, Indizierung, Belichtung oder Verarbeitung. Nach dem Scannen wurde zum Herausstellen von Details Adobe® Photoshop® und MATLAB-Software verwendet und große, zusammengesetzte Mosaike aus den Bilddateien erzeugt. Der Prozess erforderte auch eine manuelle Fehlersuche, da das Dekodieren der Datenfelder mit Punkt-Daten auf Kalibrations-Lookup-Tabellen von den originalen Vorab-Testdaten aus 1966 beruht.

Startphase

Das Projekt begann im Februar 2015 mit der Montage des Stokes Scanner, und ging weiter mit Verarbeiten, Katalogisieren und Extrahieren der in den Bildern enthaltenen Informationen.
Auch wenn es Perforationen auf dem Filmmaterial gibt, war der ursprüngliche Aufzeichnungstransport perforationsfrei, was zu ungleichmäßigem Rahmenabstand führte sowie zu Bildern, die relativ zu den Perforationen driften. Das Team von LPL war nicht in der Lage, einen konsistenten Filmvorschub zu bestimmen. Und mit jeder neuen Filmrolle verschob sich der Abstand der Rahmen und die seitliche Positionierung des Bildes. Das ergab Bilder mit Texten an verschiedenen Positionen, sowie einigen Bildern mit Artefakten. Außerdem ergab es Datenfelder mit einer variablen Anzahl von Zeichen.

Die Lösung von Matrox basiert auf effizienten und präzisen OCR-Software-Tools, berücksichtigt das Problem mit Punkt-Matrix-Texten und reduziert den Zeitaufwand auf ein paar Minuten je Rolle.
Die erste Prüfung der Matrox-OCR-Lösung zeigte eine fast perfekte Ausbeute aus nahezu 4.500 verschiedenen Bilddateien. So ergab das Scannen der Rolle 1 von Mission 5 mit 846 Dateien mit der Matrox OCR Lösung 15.191 einzelne Felder bei einer erstaunlichen Lesegenauigkeit von 99,77 %. Die Rollen 2 und 9 aus Mission 5 waren sogar noch besser, hier waren es 99,92 % und 100 % Genauigkeit.

Blick in die Zukunft

Das Lunar and Planetary Laboratory der Universität von Arizona, eine NASA Regional Planetary Image Einrichtung, dient als Aufbewahrungsort für viele Bilder und Ressourcen von allen NASA Missionen. Bis heute hat die Matrox Software geholfen, die Daten von Surveyor 5 zu erfassen, und wird sich als wertvolles Tool beim Katalogisieren und Fehlerhandling von Surveyor 6 und 7 erweisen, genauso wie beim Material anderer Missionen aus NASA-Projekten und Erkundungen.

Zusammenfassung

Die Matrox-OCR-Software hat sich als wichtiges Instrument bei dem Archivierungsprojekt erwiesen. Der kontinuierliche Einsatz dieses Systems beschleunigt das Aufzeichnen der Textinformationen aus den Surveyor-Bilddateien, verbessert die Genauigkeit der Metadaten und rationalisiert eine ansonsten arbeitsintensive Aufgabe.
Anderson bemerkt: "Verglichen mit dem ursprünglichen Genauigkeitsgrad von 75 % bis 85 % gibt es keinen Zweifel an dem besseren Resultat. Unser Projekt hat sich stark verbessert und ohne die freundliche Unterstützung des Matrox-Teams wäre die Verarbeitung der Daten mit dieser hoher Genauigkeit nicht möglich gewesen."

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