Введение к работе
Диссертация посвящена разработке и исследованию методов, алгоритмов и сквозных информационных технологий рекурсивной обработки и формирования признаков изображений в задачах обнаружения и распознавания двумерных локальных объектов.
АК1Х2ьность_темы. Современные системы формирования цифровых изображений характеризуются ростом объема, .получаемой видеоинформации, а также повышением требований к скорости ее анализа (интерпретации). Во многих случаях возникает необходимость автоматической обработки информации, в реальном масштабе времени (в темпе видеоизмерений). в первую очередь это относится к ог.тико-электронным системам дистанционного формирования изображений, осуществляющим сбор данных о земной поверхности.
одной из основных задач обработки изображений является выделение и анализ (обнаружение и распознавание) двумерных локальных объектов. Для решения данной задачи используются методы двух близких областей: цифровой обработки сигналов и теории распознавания образов, существует большое количество работ,' лосвяшённых тематике указанных областей, как российских ученых (Ю.И.; Журавлев, А.г. Буймов, л.п. ярославский, а.А. . Сойфер ' , и др.), так и Зарубежных '(У. Прэтт, К.Фу, К.Фукунага и др.). Однако существующие- методы и алгоритмы не всегда удовлетворяют требованиям ' высокоскоростной обработки сигналов, кроме того часто 'они плохо согласуются с традиционным способом формирования изображения в режиме построчного сканирования. в связи с этим представляется актуальной разработка новых и адаптация известных методов, алгоритмов и технологий к решению задачи обнаружения локальных объектов в системах автоматической обработки 'Изображений.
ЦЗЬ_З.Л5ЗМ_2!:5Дй1Шй.
Целью диссертации являются разработка и исследование методов, алгоритмов и сквозной информационной технологии обработки цифровых изображений в режиме скользящего окна, обеспечивающих решение задач обнаружения и распознавания локальных объектов на' изображении. Для достижения этой цели
в диссертации решаются следующие задачи:
-
выделение и анализ алгоритмов, реализующих отдельные этапы обработки изображения при обнаружении (распознавании) локальных объектов. Анализ возможности : использования известных алгоритмов обработки в режиме скользящего окна и разработка новых алгоритмов.
-
Анализ различных систем признаков, используемых для обнаружения (распознавания) локальных объектов. Разработка алгоритмов синтеза признаков, инвариантных к искажениям объекта на изображении.
-
Введение и исследование новых базисов разложения изображения, обеспечивающих ускоренное формирование признаков в скользящем окне обработки. Разработка алгоритмов расчета параметров базисов и эффективных рекурсивных алгоритмов вычисления признаков в данных базисах.
-
Разработка прикладного программного обеспечения, реализующего технологию обработки изображений в режиме скользящего окна.
Методы_исследований.
В диссертационной работе используются методы теории вероятностей, линейной алгебры, теории дискретных сигналов и систем, распознавания образов, методы оптимизации, моделирования и т.д.
Начная_новизна_2аботы.
Обоснована необходимость применения скользящего окна и рекурсивных алгоритмов обработки изображения для решения задачи обнаружения и распознавания локальных объектов на изображении. Предложена информационная технология обнаружения объектов на изображении как последовательность рекурсивных алгоритмов локальной обработки, предложен новый подход к построению классификатора для обработки изображения в скользящем охне, заключающийся в реализации двухэтапной процедуры обучения.
Разработан новый параллельно-рекурсивный алгоритм вычисления моментных характеристик на основе совместного использования параллельными звеньями обратных связей, исследована эффективность разработанного' алгоритма. Показано, что существует возможность построения параллельно-рекурсивного алгоритма расчета ыоменткых характеристик в произвольном
полиномиальном базисе, вычислительная сложность которого не
зависит от размеров скользящего окна. '
введено и исследовано параметрическое семейство полиномиальных базисов, обеспечивающих наиболее эффективное вычист ление моментов (с линейной зависимостью вычислительной сложности от порядка рассчитываемых моментов)'. Разработаны методы построения базисов этого семейства, обеспечивающие:
построение фильтра, импульсная характеристика которого аппроксимируется старшим полиномом базиса; ''
оптимизацию алгоритма расчета моментов по вычислительной сложности;
минимизацию диапазона значений моментов. Разработаны методы расчета коэффициентов указанных базисов, структуры алгоритмов, реализующих вычисление моментов в ука-' занных базисах, получены соответствующие оценки вычислительной сложности.
Построен алгоритм вычисления двумерных локальных моментов на изображении в произвольном полиномиальном разделимом базисе. Получены общий вид оценок сложности расчета двумерных моментов и конкретные оценки для важнейших частных случаев.
QE*IS3S52_3SS2SIb_E5$2IS
Разработанные информационная технология обнаружения (распознавания) объектов, методы и алгоритмы обработки изображений, могут стать основой для создания цифровой системы обработки изображений в реальном масштабе времени. Предложенные рекурсивные алгоритмы значительно (в 10-юо раз) увеличивают скорость обработки по сравнению с известными методами и могут использоваться в различных Областях кауки и техники, связанных с обработкой цифровых сигналов (а компьютерной оптике, промышленной дефектоскопии, медико-биологических исследованиях, криминалистике и т.д.).
Е:*лй2ЦЙ2_Ёзу^!Ь^а^ов^аботы. Результаты диссертации внедрены в рамках ряда хоздоговорных НИР в центральном :, специализированном конструкторском бюро (г. Самара) и госбюджетных НИР в Институте систем обработки изображений РАН. Алгоритмические и программные средства, разработанные в рамках диссертации, используются в учебном процессе Самарского государственного аэрокосмического университета.
ASES^BiJS-Bi^oZH- основные результаты работы докладывались на 6-й научной конференции "Математические методы распознавания образов" (Москва, 1993 г.), на 5-м Международном семинаре по цифровой обработке изображений и компьютерной графике "обработка изображений и компьютерная оптика" (Самара, 1994 г.).
публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ. При участии автора написано б отчетов по НИР.
ст2у_кту_а_и_дбъем_аботы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения н приложений. Она изложена на 165 страницах машинописного текста (без приложений), содержит 21 рисунок, 2 таблицы, список использованных источников из 81 наименования.
SS_55SSIi_SeS22IS:
і. Технология обнаружения (распознавания) локальных объектов, представляющая собой последовательность рекурсивных алгоритмов обработки изображения.
2. метод двукэтапкаго построения классификатора для
обработки изображения в скользящем окне. '
3. Результаты исследований алгоритмов яркостной норма
лизации, оценки их эффективности, рекомендации по практичес
кому применению.
-
Новый параллельно-рекурсивный алгоритм вычисления моментных характеристик в степенном базисе, оценки его вычислительной сложности.
-
общий метод построения функционально независимого набора моментных инвариантов, являющихся признаками объектов в окне обработки.
-
Метод построения семейства полиномиальных базисов, обеспечивающих ускоренное вычисление обобщенных моментов; алгоритмы построения систем базисных функций по критериям минимума вычислительной сложности расчета моментов, минимальной сложности фильтра для обработки сигналов, наименьшего диапазона значений моментов.
-
Алгоритмы рекурсивного вычисления одномерных и двумерных моментов в полиномиальных базисах, структуры и оценки сложности алгоритмов.
