Введение к работе
Актуальность работы
В последние годы, компьютерный анализ изображений становится одним из наиболее актуальных разделов информатики. Возрастающий интерес к данным проблемам, прежде всего обуславливается общей тенденцией ускорения процесса повсеместного внедрения средств вычислительной техники. Открывающиеся при этом новые возможности являются дополнительным стимулом скорейшего перевода рутинных технологий на новый качественный уровень.
Автоматизированные системы для определения количественных характеристик представленных на изображениях объектов, таких как размер, форма, ориентация, взаимное расположение и т.п. могут применяться во многих прикладных областях науки и техники. В настоящее время, анализ изображений уже широко применяется при создании роботехнических комплексов, систем контроля и управления производством, в медицине, навигации, геодезии и др. В некоторых случаях, например, при исследовании космических тел или при изучении микромира, где отсутствует возможность проводить непосредственные инструментальные измерения, только количественный анализ изображений позволил точно оценить многие важные параметры.
Несмотря на большое количество работ в этой области, все еще существует ряд нерешенных проблем, среди которых в первую очередь следует назвать задачу эффективной, полностью автоматической трехмерной реконструкции поверхности по плоским изображениям и связанные с ней вопросы получения других объемных морфологических характеристик изучаемых объектов. Трехмерная реконструкция по плоским изображениям, например, используется при изучении поверхности Земли или других планет по аэрофото- или космическим снимкам. В тоже время, анализируя растровые электронно-микроскопические (РЭМ) изображения поверхности разлома детали возможно получение объемных морфологических характеристик ее микроструктуры. Такая информация нужна в материаловедении при оценке прочностных и деформационных свойств узлов машин или при контроле качества их изготовления.
Другой задачей, относящейся к анализу изображений, является проблема оценки сообщаемости и извилистости структурных элементов на полутоновых изображениях. Например, такая задача возникает при вычислении извилистости поровых микроканалов на поверхности образца. Коэффициент извилистости поровых каналов используется геологами при оценке запасов воды, нефти и газа, или при прогнозировании распространения загрязняющих веществ в почвах или горных породах.
Цель работы
Целью представленной диссертационной работы являлось:
1. разработка программных средств для
оценки извилистости поровых каналов с помощью анализа их полутоновых изображений,
трехмерной реконструкции рельефа поверхности объекта по стереоизображениям,
выполнения объемного совмещения цифровых моделей сопряженных поверхностей для оценки объемной пористости структуры;
2. создание автоматизированной системы цифровой обработки растровых
электронно-микроскопических изображений на основе разработанных
программных средств.
Научная новизна работы
Впервые разработано программное средство для оценки сообщаемости и извилистости поровых каналов, представленных на полутоновых изображениях.
Разработано новое программное средство для трехмерной реконструкции рельефа поверхности объекта по стереоизображениям.
Впервые разработано программное средство для объемного совмещения цифровых моделей сопряженных поверхностей.
На основе разработанных программных средств создана новая автоматизированная система цифровой обработки растровых электронно-микроскопических изображений. Данная автоматизированная система позволяет изучать ряд важных морфологических параметров микроструктуры (такие как коэффициент извилистости поровых каналов, объемная пористость и др.), которые не могли быть получены ранее.
Защищаемые положения
Нз;защиту выносятся следующие защищаемые положения:
-
Программное средство для оценки сообщаемости и извилистости поровых каналов, представленных на полутоновом изображении. Профаммное средство реализует новые алгоритмы сегментации полутонового изображения, выделения областей интереса и нахождения внуфи них кратчайших непрерывных линий, пересекающих исследуемый участок.
-
Профаммное обеспечение, реализующее новый алгоритм трехмерной стереореконструкции рельефа. Предложен новый метод ректификации изображений (определения и компенсации взаимного сдвига и разворота).
3. Программное средство для объемного совмещения цифровых моделей
сопряженных рельефов. Предложен новый итерационный "метод нахож
дения положения наилучшего сопряжения.
4. Автоматизированная система «СТЕРЕКОН» для количественного мор
фологического анализа микроструктур по растровым электронно-
микроскопическим изображениям.
Практическая значимость работы
Созданное программное обеспечение используется при проведении научно-исследовательских работ в лаборатории растровой электронной микроскопии кафедры инженерной геологии и охраны геологической среды геологического факультета МГУ. Полученные с его помощью данные используются для изучения различных параметров микроструктуры и связанных с ними свойств образцов горных пород. Автоматизированный анализ микроструктуры позволяет существенно интенсифицировать и удешевить процесс оценки состояния геологической среды, проведения инженерно-геологических исследований и изыскательских работ. Разработанное программное обеспечение предусматривает обработку любых типов изображений и может также с успехом использоваться для решения широкого круга задач в различных прикладных областях: медицине, биологии, физике, материаловедении, производстве интегральных схем и др.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на Всероссийских конференциях по растровой электронной микроскопии РЭМ-95, РЭМ-96, РЭМ-97. на международной конференции Графикон-97. ежегодной конференции Ломоносовские чтения 95.
Публикации
Основные результаты диссертации изложены в 10 публикациях.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав основного текста и заключения Объем диссертации - 144 страниц. Библиография включает 91 наименование Диссертация содержит 28 рисунков.
Похожие диссертации на Программное обеспечение для количественного морфологического анализа структур полутоновым изображением
