Введение к работе
Актуальность темы. Современный этап развития информационно-измерительных систем различного назначения характеризуется широким применением изображений в качестве первичного сигнала, несущего информацию о состоянии объекта. Это обусловлено тем, что сигналы изображения обладают наибольшей информативностью из всех, видов сигналов, используемых как живыми организмами, так и техническими сие генами, а в современной технике существует достаточно широкий класс приборов для преобразования изображений в электрический сигнал с последующим вводом в ЭВМ которые имеют достаточное быстродействие для решения в реальном времени задачи извлечения полезной информации из изображений.
Указанное обстоятельство обусловило выбор объекта исследования диссертации, который может быть охарактеризован как программно-технический автоматизированный комплекс ввода и обработки изображений в интерактивном режиме.
Интенсивное развитие научных исследований в области обработки изображения производится в направлении анализа не столько одномерных сигналов, сколько различного рода скалярных и векторных полей, формирующих двумерное представление как двумерных, так и трехмерных сцен. Вследствие особенностей функционирования аппаратной части комплексов, преобразующих изображение любого объекта (в том числе, и трехмерного в трехмерном пространстве) в двумерную сцену, системы ввода и обработки изображений изначально развивались кик системы обработки двумерных сигналов.
Под обработкой изображении ниже будет пониматься применение к двумерному сигналу систем преобразований, обеспечивающих извлечение из него полезной информации о свойствах изображаемых объектов Или процессов. В большинстве случаев указанные задачи являются прикладными задачами теории искусственного интеллекта и распознавания образов. Указанное обстоятельство явилось причиной как появления новых технических средств восприятия и обработки визуальной ипформа-
_ 4 -
цші, так и интенсивного развития методов и средств ее интерпретации идентификации и классификации.
Характерными особенностями двухмерных сигналов являются: вы сокая избыточность информации, наличие шумов (помех различного вп да), влияние посторонних засветок (неравномерность распределения пр кости по изображению), наличие сигналов от объектов второго план; (для трехмерных сцен), текущие аберрации технических ередсті (расфокусировки, боковые засветки, геометрические искажения и т.п.).
Это приводит к необходимости как многоступенчатой обработки так и вмешательства оператора в процесс извлечения полезной информр, ции из сигналов. Таким образом, одной из основных задач функционн рования исследуемых комплексов является задача разработки стратеги! управления процессом извлечения пилезной информации о состоянш изображаемых объектов из двухмерных сигналов.
Указанное обстоятельство обусловило выбор предмета исследоаа нин диссертации, который может быть охарактеризован как методь (методология) формирования алгоритмов обработки изображений, pea дизующих стратегию управления извлечением полезной информации и двумерных сигналов в аппаратно-программных комплексах цсследуе мого класса.
Целью диссертационной работы является создание методологій интерактивного синтеза программ обработки видеоинформации, разра ботка методов реализации алгоритмов цифровой фильтрации с примене нием теории нечетких множеств н использование методологии в аппа ратно-программном комплексе сканирования изображений.
В соответствии с поставленной целью автором решены следуюиди задачи:
созданы обоб-ченаые методы генерации алгоритмов и програм» цифровой обработки изображений с использованием понятий имидж отношений;
исследованы принципы выполнения арифметически* и логически операций, а также цепочек операций с нечеткими множествами и имидж отношениями;
_5~
разработан комплекс алгоритмоз и программ управления процес-обработки изображении со сканирующих систем и рекомендации по использованию в интерактивном режиме;
проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эф-гнвность управления процессом цифрової"! обработки изображений в іратно-программном комплексе.
Методы исследования. В работе используются методы фундаментной теории нечетких множеств, теории алгоритмов, теории цифро-фнльтрацин и теории распознавания образов. Разработка алгорит-и программ осуществлялась на основе объектно-ориентированного іода к организации данных и алгоритмов.
Научная новизна работы заключается в следующем.
-
На основе анализа особенностей изображений со сканирующих ем и планируемого конечного результата пх преобразований разра-ша методика обобщенного описания алгоритмов обработки видео-ормации с использованием теории нечетких множеств и понятий дж-отношенпй.
-
На базе фундаментальной теории нечетких множеств определены рметнко-логические операции с имидж-отношениями и доказаны )вные правила проведения последовательностей операций.
-
Разработан обобщенный метод объектно-ориентированного граммирования при интерактивном управлении цифровой обработ-изображенип с использованием теоретико-множественных операций идж-отношеннями.
-
Решена задача обобщения различных методов обработки моде-изображений и формализации получения и преобразования моделей вражений между классами с использование?.! понятий ииидж-лиений.
Практическая ценность работы заключается в применении теорети-их положений я выводов диссертации для решения практических зіі-обработки изображений в системах исследуемого классй, а также:
!. Созданье библиотеки клаееоіі пмкдж-отначіешін позволяющей сократить рремя создании программ цифровой обработки изображений со сканирующих систем.
-
Разработка математического аппарата представления чисел с фиксированной точкой для операции с имидж-отнощениями.
-
Предложены быстрые алгоритмы вычисления арифметических операций (сложения и умножения) для нечетких множеств и ш.шдж-отношенип.
-
Разработано алгоритмическое и программное обеспечение управления процессом ввода н обработки визуальной информации на базе быстрых алгоритмов.
Направление исследовании по теме диссертации является частью работ по комплексной инновационной научно-технической программе Государственного комитета РФ по высшему образованию "Создание комплексов обработки изображений и средств отображения информации" (13.22), я также хоздоговорной НИР 22101 "Разработка аппаратно-программных средств обработки и отображения видеоинформации" с НИН "Стрела" г. Тула.
Реализация результатов диссертационной работы^ Прикладные результаты диссертационной работы были внедрены в рамках комппексной инновационном научно-технической программе Государственного комитета РФ по высшему образованию 13.22 (1993-1995 г. проект "Создание комплексов обработки изображений и средств отображения информации"), НИР "Разработка аппаратно-программных средств обработки и отображения видеоинформации" НИН "Стрела" г- Тула (1991-1993 г., хоз. дог. тема 22101) и в фонде "Дисплей" (1995 г., хоз. дог. тема 15).
Теоретические результаты работы внедрены в учебных курсах "Системы искусственного интеллекта" и "Конструирование и производство ЭВМ" На кафедре ЭВМ Тульского государственного университета.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на следующих конференциях и семинарах. 1. Международная конференция "Современные проблемы теории чисел" (г.. Тула, ТГПН, 1993 г.). 2. Международной конференции "Оптико-электронные
прпборы и устройства и системах распознавания образов, обработки изображении и символьной информации" (г. Курск, КПП, 1993 г.). 3. IV Всероссийская научная конференция "Динамика процессоп и аппаратов глмнческой технологии'' ("Динамика ПАХТ") (г. Ярославль, ЛІТУ, 1994 г.). 4. Международной конференции "Новые информационные технологии и системы" (г. Пенза, НГТУ, 1994 г.). 5. Научно-практический семинар' "Приборы и приборные системы", Тула, ТулГТУ, 1994 г.). 6. II международная конференция "Распознавание - 95" (г. Курск, 1995 г.). 7. II международная конференция "Алгебраические, вероятностные, геометрические, комбинаторные и функциональные методы в теории чисел", (г. Воронеж, 1995г.). 8. XIX Молодежная научно-техническая конференция "Гнгпрлнскне чтения" (г. Москва, МАТИ, 1993 г.). 9. XXIX студенческая научно-техническая конференция (г. Тула, ТулПН 1992 г.). 10. Научно-практические конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула 1990-96 г.г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 18 печатных работ, чолучено 3 решения о выдаче патента РФ на изобретение.
Характеристика работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 145 страницах машинописного текста, включающего 34 рисунка, 5 таблиц, содержит список использованной литературы из 83 наименований и приложения.