Введение к работе
Актуальность проблемы. Необходимость анализа формы (или структуры) изображений и оптических полей возникает в различных областях науки и техники, связанных с дистанционным неразрушающим контролем, состояния исследуемых объектов.
В настоящее время для анализа форм изображений наибольшее распространение получили спектрально-корреляционные методы (СКМ), которые используются как самостоятельно, так и в составе структурных методов анализа изображений, где они применяются для выделения и описания формы фрагментов изображений, выбранных в качестве непроизЕодных элементов.
Как правило, СКМ применяются не к самому изображению, а к одномерному сигналу, образованному .например, коэффициентами разложения изображения в выбранном базисе (который, в частности, может быть задан конкретным способом развертки изображения ).
Как показывают работы по точному восстановлению исходного изображения по его спектру, амплитуда и фаза спектральных составляющих сигналов играют различную роль. Так, учет одной лишь фазы спектральных состзвлящих позволяет в ряде случаев сохранить при восстановлении сигнала многие его важные свойства. Аналогичное утверждение в общем случае не может быть сделано относительно амплитуды спектральных составляющих.
Вместе с тем полный спектр сигнала, а, следовательно, и совместное распределение коэффициентов его реальной и мнимой частей, неинвариантны к началу отсчета сигнала.
Инвариантность к началу отсчета сигнала достигается вычислением спектра мощности или автокорреляционной функции, но это приводит к потере фазовых соотношений между спектральными компонентами сигнала. 15 результате рззлігпшм по структуре изображениям и
физическим полям могут соответствовать одинаковые описания,-что приведет к ухудшению селективности метода.
Использование для анализа формы сигнала наряду со спектром его гистограммы или построение совместных распределений значений спектральных компонент сигнала, позволяет лишь отчасти преодолеть данное ограничение.
Однако, если фаза несущей сигнала является монотонной, что означает некоторую причинность в следовании отсчетов сигналов, или нулевой, то информацию о фазе возможно извлечь и при регистрации чисто амплитудных спектров сигналов, применяя преобразование Гильберта (ПГ).
ПГ или гильоерт-фильтрация в виде линейной операции свертки исходного сигнала со специальной функцией (ядром ПГ) нашло широкое применение в обработке сигналов.
Например, в физике ПГ в форме так называемых дисперсионных соотношений используется для извлечения фазовой информации из амплитуд рассеяния сигналов и их спектров.
В задачах обработки изображений ПГ в настоящее время нашло применение, связанное в основном с их сегментацией посредством выделения контуров и визуализацией фазовой информации в оптических полях.
Известно, что на базе гильберт-фильтрации может быть построено так называемое статистически-причинное описание, регистрирущее статистику совместных значений сигнала и его гильберт-обрзза { свертки сигнала с ядром ПГ) и учитывающее причинную связь ( фазовые соотношения ) между компонентами сигнала. Последнее свойство данного описания позволяет снять ограничения спектрального описания и дать наиболее полное интегральное описание статистических свойств сигналов, когерентных полей и изображений.
Так как данное описание может быть построено путем формиро-
вания двумерной гистограммы сигнала и его гильберт-образа, то при анализе формы изображений можно дополнить трудоемкие в технической реализации СКМ более простым и, вместе с тем, более селективным (при сохранении инвариантности к началу отсчета ) методом. "'
Необходимость практического применения нового метода требует разработки технически:', средств его реализации и проверки их на конкретных приборах в ряде приложений, что недостаточно исследовано.
Диссертационная работа "Разработка и исследование устройств для анализа форді изображений на основе гильберт - фильтрации" служит для восполнения этого пробела.
Цель» диссертационной работы является исследование метода статистіпески-прігаганого списания сигналов применительно к анагсизу формы изображений для создания обобщенной структури класса приборов, отличаицнхся повышенной точностью и простотой реализации при распознавании изображений различной.$ормы.
Методы исследования базируется на теоретически*» анализе с применением математического аппарата методов распознавания образов, теории функций комплексного переменного, фільтраціш сигналов, а так же - экспериментального программного и натурного моделирования метода и устройств анализа Форш изображений.
Научная новизна работы состоит в разработке метода анализа формы изображений на основе статистически-причинного описания сигналов, создании обобщенней структуры класса устройств, реализующих дэнннй метод, а также ее програжной модели.
Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждена соответствием результатов теоретического анализа математических моделей, програвшого и натурного моделирования метода и устройств.
Практическая ценность работы состоит в том, что ее результаты
позволяют реализовать новый класс устройств обработки и распознавания изображений, ориентированный на решение задач технической диагностики, картографии и навигации.
Исследования, выполненные в диссертации, осуществлялись в соответствии с темами Института Проблем управления : фундаментальные НИР 331-91/31, 378- 91/31 и хоздоговорные НИР 163-89/31, 128-91/31 и 193-91/31.
Реализация результатов работы. Результаты теоретических и експериментальних исследований нашли приложение в работах в/ч 25951, в/ч 21109, НИИП и лабораториях 24 и 31 ИЛУ РАН.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
3 Всесоюзной научно-технической конференции "Образный анализ в управлении, научных исследованиях и системах обучения" "Образ -90", 4-8 марта 1990, г. Суздаль;
Всесоюзной конференцій! "Современные проблемы физики и ее приложений", 15-17 апреля 1990, г. Москва;
2 Всесоюзной конференции молодых ученых и специалистов с международным участием, 15 - 19 октября 1990, г. Минск;
Международном симпозиуме по магнитооптике (ISM0'91), 10 - 13 сентября 1991, г. Харьков. International Symposium On Magneto- Optics, (ISM0'91), September 10-13, 1991, Ukraine, USSR.
XIV Международной конференции по когерентной и нелинейной оптике ( К иЯО'91) 24 - 27 сентября 1991, г. Ленинград. ,
Публикации. Основные результаты, отражающие содержание диссертации, опубликованы в 8 работах.
Структура- и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и 2 приложений, изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит 63 иллюстрации, 5 таблиц и библиографический список, включающий 189 наименований.
