Введение к работе
Актуальность
Современные тенденции развития промышленности и народного хозяйства в словиях жесткой конкуренции требуют снижения затрат при материальном іроизводстве, а также повышения качества продукции. Для решения задач снижения іесурсоемкости производства необходимо проведение исследований с последующим внедрением научных достижений. Для создания систем, применение которых юзволит снизить затраты производства, необходим соответствующий базис методов і алгоритмов решения теоретических и прикладных задач.
В последние десятилетия в промышленности идет интенсивный поиск средств, юзволяющих решать производственные задачи в электронном виде, отказываясь от тандартных носителей в виде бумаги, фотопленки и т.д. Наиболее актуальна эта адача для изображений земной поверхности и изображений интегральных шкросхем (ИМС), представляющих собой большие массивы данных. В прикладных адачах обработки изображений возникает вопрос об обработке в течение ираниченного времени, что, в свою очередь, требует разработки алгоритмов ібработки изображений, имеющих высокие качественные показатели и хорошие ременные характеристики.
Связь работы с крупными научными программами, темами
Диссертационная работа выполнена в лаборатории обработки и распознавания [зображений Института технической кибернетики НАН Беларуси. Исследования по еме диссертации проводились в рамках следующих тем:
"Разработка теоретических основ обработки и распознавания графических зображений в САПР", проблема 1.13.5, тема М.2.27, 19914993гг.;
"Разработка методой распознавания и представления изображений в птеллектуалыгых системах", проблема 1.13.12, тема "Информационные технологии -О", 1994-1995гг.;
"Создание теоретических основ разработки, применения и распознавания зображений с использованием методов искусственного интеллекта", тема Интеллект-17", 1996-2000гг.;
Научно-исследовательские работы, выполненные Институтом технической ибернетпки НАН Беларуси "Разработка программного обеспечения обработки ифровых изображений ИМС" для НИКТП "Белмикросистсмы" НПО "Интеграл", в оответствии с договорами 211/9(1994г.), 211/11(1995г.), 312/5 (1996-1997гг.);
Научно-исследовательские работы, выполненные Институтом технической
кибернетики НАН Беларуси ддя Научно-исследовательского института точных
приборов (г.Москва) в 1992-1994гг.
Цель и задачи исследования
Целью работы является разработка алгоритмов сегментации и выделения объектов цифровых полутоновых изображений, имеющих высокую скорость обработки при высоком качестве результата, и их применение для обработки изображений интегральных микросхем и земной поверхности. Разработанные алгоритмы должны применяться в реальных системах обработки изображений.
Достижение поставленной цели потребовало решения следующих основных задач:
быстрого выделения перепадов яркости различного профиля на полутоновом изображении с получением контурного представления;
быстрого растр-векторного преобразования контурного представления изображения с устранением разрывов контурной линии;
выделения объектов прямоугольной формы на полутоновом изображении;
обнаружения объектов цифрового изображения ИМС и оценки их параметров, построения стандартизованного описания объектов ИМС;
выделения областей заданной степени однородности на многоканальных цифровых изображениях земной поверхности;
Научная новизна полученных результатов
Разработан алгоритм быстрого выделения перепадов яркости различного профиля на полутоновом изображении, отличающийся от уже существующих тем, что вычисление свертки, используемое в существующих алгоритмах выделения перепадов яркости, было заменено операцией порогового разделения. Использование такой замены значительно упростило алгоритм в вычислительном отношении, а также дало возможность предварительного определения контурных точек.
Разработан алгоритм растр-векторного преобразования контурного изображения, отличающийся отсутствием арифметических операций при аппроксимации, характерной для растр-векторных преобразований, что резко снижает вычислительную сложность алгоритма. Использование такого алгоритма в сочетании с разработанным быстрым алгоритмом устранения разрывов шумовой линии позволяет добиться существенного выигрыша во времени выполнения по сравнению с алгоритмами, базирующимися на аппроксимации контурной линии.
Разработан алгоритм выделения объектов прямоугольной формы,
этличающийся высокой вычислительной эффективностью, достигнутой за счет
минимизации количества операций поиска прямых для формирования
ірямо угольников.
. Разработан алгоритм обнаружения объектов полутонового изображения, этличающийся повышенной устойчивостью к шуму, что дает возможность эбрабатывать реальные изображения ИМС. Разработан алгоритм определения и тгандартизации параметров выделенных объектов ИМС, дающий возможность іепосредственного использования полученных результатов в технологическом "іроцессе.
Разработан алгоритм выделения областей заданной степени однородности на
.шогоканальных цифровых изображениях земной поверхности, отличающийся
іьісокой степенью достоверносі и получаемых результатов, достигнутой за счет
эазработашюго алгоритма раздельной обработки изображений, соответствующих
различным каналам, а также разработанной методики объединения полученной
інформації» в одном изображении.
Методы исследования
В качестве теоретических методов исследования использовались методы шфровой обработки сигналов, математического анализа и математического юделирования. Для практической реализации разработанных алгоритмов іспользовались методы создания программных систем, методы оптимизации ірограммньїх комплексов и программирования на языках высокого уровня.
Ірактнческая значимость полученных результатов
Результаты диссертационной работы в настоящий момент используются в грикладных системах обработки изображений. Алгоритмы и программный комплекс говышения качества полутоновых изображений земной поверхности и их еомегрических преобразований внедрены н используются в НИИ точных приборов г. Москва) для обработки реальных изображений земной поверхности. Алгоритмы ібработки изображений ИМС и разработанный на ігх основе программный комплекс :спользуются в ІІИКТГІ "Белмикросистемы" НПО "Интеграл" для получения эскиза опологии ИМС на основе полутоновых изображений их слоев. Алгоритм выделения бластей с заданной степенью однородности включен в систему обработки осмических снимков земной поверхности, разработанную в Центре по анализу зображений (г. Упсала, Швеция).
Экономическая значимость полученных результатов
Разработанные алгоритмы и программные комплексы, в настоящее время используемые на производстве, являются экономически эффективными за счет снижения затрат ручного труда.
Использование алгоритмов предварительной обработки изображений в НИИ точных приборов способствует повышению эффективности работы оператора.
Использование системы обработки изображений ИМС, разработанной на основе предложенных алгоритмов, позволило ускорить процесс восстановления эскиза топологии ИМС по ее цифровому изображению.
Применение системы обработки многоканальных изображений земной поверхности позволит снизить затраты ручного труда, что даст значительный экономический эффект ввиду колоссальных объемов информации, подлежащей обработке.
Разработанные алгоритмы могут также включаться в существующие либс разрабатываемые коммерческие системы обработки цифровых изображений каь общеупотребительных, так н узкоспециализированных.
Основные положения диссертации, выносимые на защиту:
модифицированный быстрый алгоритм выделения перепадов яркості различного профиля на зашумленном полутоновом изображении с получениек контурного представления;
алгоритм быстрого растр-векторного преобразования контурногс изображения и устранения разрывов контурной линии;
алгоритм выделения объектов прямоугольной формы на полутоново;> изображении;
методика восстановления параметров объектов ИМС на основе цифровой изображения и их стандартизации;
алгоритм выделения областей с заданной однородностью на многоканальны: цифровых изображениях земной поверхности;
Личный вклад соискателя
Все предлагаемые алгоритмы были разработаны и программно реализован!, лично автором. Научный руководитель принимал участие в постановке задач определении возможных путей решения и их предварительном анализе.
Апробация результатов диссертации
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждалиа на 2, 3 и 4-й Международных конференциях "Распознавание образов и обработк;
изображений" (Минск, 1993г., 1995г., 1997г.), на Международных конференциях "Visual Communications and Image Processing '94" (г. Чикаго, США, 1994г.), "Visual Communications and Image Processing '95" (Тайбэй, Тайвань, май 1995г.), 2 и 3-й Международных конференциях "Applications of Computer Systems" (г. Щецин, Польша, 1995г., 1996г.), 4-й Международной конференции "Computer Graphics and Image Processing" (г. Мачочице, Польша, 1996г.), Международном симпозиуме "Machine Vision Applications" (г. Токио, Япония, 1996г.), "Remote sensing in agriculture" (г.Иокиоиннен, Финляндия, 1996г.), 7-й Международной конференции "Computer Analysis of Images and Patterns" (г.Киль, Германия, 1997г.), Белорусской научно-технической выставке В1МТЕХ'97 (г.Хайдарабад, Индия, 1997г.).
Опублнковашюсть результатов
По материалам проведенных исследований опубликовано 18 научных работ. Из них: 1 статья в международном журнале, 8 статей в трудах международных конференций, 2 брошюры, 5 тезисов докладов на конференциях СНГ, 2 статьи в сборниках Института технической кибернетики HAII Беларуси.
Структура її объём диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов, изложенных на 119 страницах, включая 70 иллюстраций, размещенных на 29 страницах. Список литературы насчитывает 164 наименования.
