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Aufgabe

(Normalisierte) Daten einer 4x4 Pixel Infrarotkamera:

0 → kalt, 1 → warm

00.7510.25
0.2510.750
00.50.250
00.2500

Hintergrund: Diese Daten stammen von einer Infrarotkamera und sollen die Position einer Person aufzeigen.


Problem

Wie kann man aus diesen Daten den Mittelpunkt berechnen? Die Felder sind folgend angeordnet:

x1y1x2y1x3y1x4y1
x1y2x2y2......
x1y3.........
x1y4.........


Es sollte (wenn es geht) nicht hoch-komplexe Mathematik sein, da ich diese gerne auf einem Mikrochip laufen lassen möchte. Der Mittelpunkt bei der oberen Darstellung müsste irgendwo bei (x, y) → (2, 1.5) liegen.

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Aloha :)

Erstmal die Formel für den "Mittelpunkt" \((x_s,y_s)\), dann die Erklärungen dazu:$$\binom{x_s}{y_s}=\frac{1}{T}\sum\limits_{x=1}^4\sum\limits_{y=1}^4t_{xy}\binom{x}{y}\quad;\quad T=\sum\limits_{x=1}^4\sum\limits_{y=1}^4t_{xy}$$Zur Bestimmung der Gesamttemperatur \(T\) laufen wir einmal durch die ganze Matrix und addieren die Temperaturen in den einzelnen Feldern \((x,y)\). Zur Bestimmung des "Mittelpunktes" \((x_s,y_s)\) gewichten wir jedes Feld \((x,y)\) mit der Temperatur \(t_{xy}\) an dieser Position. Anschließend addieren wir alle Positionen und "normieren" noch, indem wir durch \(T\) dividieren. Das kannst du alles in einem Schleifendurchlauf erledigen.

Zur Veranschaulichung führe ich das mal an deinem Beispiel vor:

$$\begin{array}{c}0 & \frac{3}{4} & 1 & \frac{1}{4}\\\frac{1}{4} & 1 & \frac{3}{4} & 0\\0 & \frac{1}{2} & \frac{1}{4} & 0\\0 & \frac{1}{4} & 0 & 0\end{array}$$Die Summe über alle Temperaturen \(t_{xy}\) ist \(T=5\). Wir fügen die Positionen hinzu:$$\begin{array}{c}0\cdot\binom{1}{1} & \frac{3}{4}\cdot\binom{2}{1} & 1\cdot\binom{3}{1} & \frac{1}{4}\cdot\binom{4}{1}\\\frac{1}{4}\cdot\binom{1}{2} & 1\cdot\binom{2}{2} & \frac{3}{4}\cdot\binom{3}{2} & 0\cdot\binom{4}{2}\\0\cdot\binom{1}{3} & \frac{1}{2}\cdot\binom{2}{3} & \frac{1}{4}\cdot\binom{3}{3} & 0\cdot\binom{4}{3}\\0\cdot\binom{1}{4} & \frac{1}{4}\cdot\binom{2}{4} & 0\cdot\binom{3}{4} & 0\cdot\binom{4}{4}\end{array}$$und führen die Gewichtung durch:$$\begin{array}{c}\binom{0}{0} & \binom{1,5}{0,75} & \binom{3}{1} & \binom{1}{0,25}\\\binom{0,25}{0,5} & \binom{2}{2} & \binom{2,25}{1,5} & \binom{0}{0}\\\binom{0}{0} & \binom{1}{1,5} & \binom{0,75}{0,75} & \binom{0}{0}\\\binom{0}{0} & \binom{0,5}{1} & \binom{0}{0} & \binom{0}{0}\end{array}$$Nun können wir alle Vektoren addieren, d.h. alle x-Werte und alle y-Werte zusammenfassen. Hier kommt \(\binom{12,25}{9,25}\) heraus. Schließlich muss noch durch \(T=5\) dividiert werden:$$\binom{x_s}{y_s}=\binom{2,45}{1,85}$$

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Vielen Dank für die anschauliche Erklärung! Genau das habe ich gesucht :)

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([1, 1]·0 + [2, 1]·0.75 + [3, 1]·1 + [4, 1]·0.25 + [1, 2]·0.25 + [2, 2]·1 + [3, 2]·0.75 + [4, 2]·0 + [1, 3]·0 + [2, 3]·0.5 + [3, 3]·0.25 + [4, 3]·0 + [1, 4]·0 + [2, 4]·0.25 + [3, 4]·0 + [4, 4]·0)/(0 + 0.75 + 1 + 0.25 + 0.25 + 1 + 0.75 + 0 + 0 + 0.5 + 0.25 + 0 + 0 + 0.25 + 0 + 0) = [2.45, 1.85]

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