bildkorrelation

Bildkorrelation bezeichnet Verfahren zur Quantifizierung der Ähnlichkeit zwischen zwei Bildern oder Bildausschnitten und zur Ableitung der Transformation, die notwendig ist, um sie räumlich zueinander in Beziehung zu setzen. Typische Ziele sind die Bildregistrierung, die Schätzung von Bewegungen in Sequenzen sowie die Bestimmung von Disparitäten in Stereobildern. Die Methoden unterscheiden sich hinsichtlich Robustheit gegenüber Beleuchtungsunterschieden, Rauschen sowie Skalierung und Rotation.

Eine verbreitete Form ist die Kreuzkorrelation oder die normierte Kreuzkorrelation. Dabei wird der Inhalt eines Templates oder eines Bildausschnitts mit einem Suchbild verschoben und korreliert; das Maximum der Korrelation gibt die Verschiebung an. Die normierte Kreuzkorrelation korrigiert Helligkeitsunterschiede, wodurch sie robuster gegenüber Beleuchtungsänderungen wird. Die Berechnungen lassen sich effizient als Faltung realisieren, oft unter Einsatz der schnellen Fourier-Transformation (FFT).

Die Phasenkorrelation nutzt den Phasenbezug in der Fourier-Domäne, um Verschiebungen zwischen Bildern zu bestimmen. Aus der Cross-Power-Spectrum entsteht ein Spitzenwert, dessen Lage die Translation angibt. Phase-Correlation ist schnell, robust gegen Rauschen und Beleuchtungsänderungen und eignet sich gut für Echtzeitanwendungen der Bildstabilisierung und Registrierung großer Bilder. Sie erfasst typischerweise Translationen, weniger komplexe Transformationen wie Rotation oder Skalierung.

Neben einfachen Korrelationsmaßen kommen weitere Metriken wie Mutual Information zum Einsatz, besonders bei multimodalen Bildern (z. B. unterschiedlichen Sensoren). Herausforderungen bleiben Skalierung, Rotation, Verzerrungen und Occlusion; oft werden mehrstufige, merkmalsbasierte oder hybride Ansätze eingesetzt, um komplexe Geometrien zu bewältigen. Anwendungen finden sich in der medizinischen Bildregistrierung, Robotik, Videostabilisierung, Geoinformationen und historischen Bildvergleichen.