Введение к работе
Актуальность работы.
В настоящее время выполняется большое количество научно-исследовательских и прикладных работ, связанных с обработкой изображений морской поверхности, получаемых телевизионными, радиолокационными, фотографическими и другими системами.
Создание эффективных способов и средств обработки материалов аэрокосмической съемки морской поверхности является одним из главных направлений развития спутниковой океанологии. Опыт практического использования аврокосмических данных, показывает, что основным условием повышения эффективности обработки аэрокосмических изображений морской поверхности является автоматизация процесса их дешифрирования. Значительные успехи, достигнутые в области автоматизированного океанографического дешифрирования благодаря применению ЭШ, ,тем не менее, не дают оснований для вывода о полном и всестороннем решении данной проблемы. Нередко, результаты автоматизированного анализа состояния морской поверхности (МП), связанные с оперативным прогнозом метеопараметров, оказываются неудовлетворительными. Это объясняется прежде всего неспецифичностью признаков, используемых при машинном анализе океанографической видеоинформации, их пространственной и временной изменчивостью, сложностью формализации косвенных дешкфровоч-ных признаков, которые могут быть использованы лишь в процессе эвристической деятельности дешифровшика.
Пространственная структура фоновых и аномальных явлений на морской поверхности отображается на изображении в виде опреде-тенной текстуры, что позволяет при анализе изображений МП; в іастности, крупномасштабных фотоизображений МП порядка 1:200, іспользовать методы текстурного анализа, основанные на различных системах' текстурных признаков, и учесть целый ряд тонких пространственных закономерностей на Мй, физические свойства которых атемагически описаны с 'большой степенью приближения, а фазичес-ая модель явления либо используется в упрощенном виде, либо на-эдится на стадии изучения, либо неизвестна вообще. Поэтому про-лема определения параметров МП (длин и систем волн ряби, площа-5й анизотропии волн, нефтяных покрытий и др.) на основе методов мсстурного анализа изображений МП является актуальной. Разматываемые при этом методики должны эффективно решать задачи :еанографического дешифрирования изображений о состоянии МП, из
которых к первоочередным относится оперативное определение и выявление аномальных явлений на МП.
Цель диссертационной работы - разработка и исследование системы текстурных признаков и создание методики автоматизированного текстурного анализа изображений подстилающих поверхностей на примере крупномасштабных фотоизображений МП.
Методы исследований. Теоретические и експериментальные исследования выполнены на основе методов теории вероятностей и математической статистики, методов цифровой обработки изображений, распознавания образов и теории муарообразования. Методологической базой диссертации является: стохастическое моделирование изображений текстур случайных полей и математическое моделирование систематических искажений координат точек фотоизображений за мгновенный рельеф морской поверхности с помощью адаптивных матриц максимальных и минимальных искажений.
Все экспериментальные расчеты и специализированный пакет прикладных программ выполнены на ПЭШ типа IBM PC.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые теоретически обоснован и программно реализован метод формирования системы текстурных признаков цифрового муара, позволяющий создавать признаки в реальном режиме времени;
проведен теоретический и экспериментальный анализ систематических искажений координат точек фотоизображений за мгновенный рельеф МП для данной модели волнения; предлокено- для учета искажений на крупномасштабных фотоизображениях морской поверхности использовать специальную математическукгмодёль в форме адаптивных матриц максимальных и минимальных искажений;
предложена и практически реализована методика автоматизированного текстурного анализа фотоизображений МП, ориентированная на крупномасштабную фотосъемку;
создан и программно.реализован специализированный пакет прикладных програші (СППП) по текстурному анализу крупномасштабных фотоизображений морской поверхности. Данный СПШ может быть использован применительно к изображениям других типов, масштабов и классов подстилающей поверхности.
реализован вариант автоматизированной системы обработки изображений (АСОИз) на базе IBM PC/AT;
На защиту выносятся следующие основные положения: 1. Методика текстурного анализа крупномасштабных фотоизображений
морской поверхности.
-
Метод формирования текстурных признаков цифрового муара.
-
Метод учета систематических искажений координат точек фотоизображений за мгновенный рельеф морской поверхности.
4-. Автоматизированная система обработки изображений на базе IBM PC/AT.
-
Специализированный пакет прикладных программ по текстурному анализу крупномасштабных фотоизображений морской поверхности.
-
Результаты экспериментальных исследований известных и предлагаемых систем текстурных признаков при распознавании крупномасштабных фотоизображений морской поверхности.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
-
Разработанный метод формирования системы текстурных признаков цифрового муара мокет использоваться при текстурном распознавании изображений МП для выделения подклассов текстурно-однородных участков, обусловленных различными фоновыми и аномальными явлениями на Ш.~
-
Разработанный метод учета систематических искажений координат точек фотоизображений за мгновенный рельеф МП может бить исполь-зовэн для эффективного планирования параметров фотосъемки' с различных высот, а также выбора местоположения и размера участка на изображении с заданной точностью, например, при текстурном анализе изображений.
-
Созданное специальное программное обеспечение текстурного анализа крупномасштабных фотоизображений морской поверхности может быть адаптировано к распознаванию изображений других типов, масштабов и классов подстилающих поверхностей.
.Реализация работы. Результаты, полученные в- диссертационной работе, внедрены в виде специализированного пакета прикладных программ по тематической обработке фотографических изображений в практику научных исследований лаборатории цифровой обработки ИППИ РАН и лаборатории' радиометрии ЦНИИРЭС.
Апробация работы. Основные положения диссертации и результаты исследований были доложены и обсуждены на Всесоюзной конференции ЦНИИГАиК, Москва, 1982 г.; 4 Всесоюзной конференции "Проблемы научных исследований в области изучения и освоения Мирового океана", Владивосток, 1983 г.; 7 Всесоюзном семинаре "дистанционный мониторинг экосистем", Воронеж; 1991 г., а также на научно-технических конференциях аспирантов и молодых ученых МИМГАиК и ИППИ РАН 1990 - 1993гг.; подтверждены одним авторским
- б -
свидетельством в соавторстве.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ, получено авторское свидетельство в соавторстве.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и пяти приложений. Она изложена на 178 страницах основного текста, содержит 30 рисунков и 15 таблиц. Список литературы включает 197 наименований, в том числе 79 на иностранном языке, на 20 страницах. Общий объем работы 291 страница.
