автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Методы цифрового моделирования оптико-электронных систем дистанционного формирования и обработки изображений

\

^ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени академика С.П.Королева

На правах рукописи

СЕРГЕЕВ Владислав Викторович

МЕТОДЫ ЦИФРОВОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ

05.13.16 - Применение вычислительной техники, . математического моделирования и математических методов в научных исследованиях

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Самара 19Эо •

Работе выполнена в Самарском государственном аэрокосмическоы университете шали акадекжа с.П.Королева

Официальные оппоненты :

доктор технических наук» профессор Васин Ю.Г. доктор технических наук, профессор Зайцева И.Н. доктор технических наук, профессор Прохоров С.А.

Ведущее предприятие: Центральное специализированное конструкторское бюро.

Защета состоится "А?" но>ес/р,А 1933 г. в 9 часов на заседании сшдаализированного совэта Л 063.87.02 при Самарской государственной азрокогашчэскога ункверсшвте шзш> акадакика С.П.Королэва по адресу: 443СВ8, Савара, Московское пасса. 34.

С дассертацйэа ксшно ознакоыэться в биЗжотеке университета.

Автореферат разослан

Учета секретарь специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена разработка катодов моделирования оптико-электронных систем дистанционного формирования и обработки изображений и создания на зтоа основа эффективных алгоритмов и программных кошмексов обработки изобразивши.

Актуальность темы. Использование оптических сигналов (изображения:) как носителэа изиерзтгельноа информации нашло широкое применение в научных исследованиях, народном хозяйстве, социально® и деловой сферах. Важнешпеа из прикладных задач вздэоизиерениа является дастанцконнов зондирование поверхности Земли с помощью орбитальных космических аппаратов, выполняемое в целях исследования природных ресурсов, экологического мониторинга» контроля за чрезвычайными ситуациями и т.д. Используемые в этог задача высокоразрешающие оптико-электронные системы дистанционного формирования и обработки изображений (СДООЙ) представляют собой сложные информационные физико-технические комплексы. Они осуществляют сбор данных о земноа поверхности в сгацж&ичес-ких условиях наблюдения сигнала с многочисленными факторами искажения, включает в себя оптическую, электронную аналоговую и ци2>ровую аппаратуру, рэализувдую сложные программы ви-деоизмерениа и широкий спэктр алгоритмов обработки изображений. Создание таких систем связано с анализом большого числа их вариантов, сопровоздаицинся оцэшгаа характеристик вндзо-информационного тракта (последовательности этапов преобразования сигнала), и поиском наиЗолее зффзктйвиых проектных решения. При этом исключительно важную роль играет ноделирова-ние ввдзоинфорнацнонного тракта на ЭШ. Вычислительные эксперименты с шдзлью тракта позволяют резко сократить время и стоимость анализа вариантов СДЗОЙ и, следовательно, полное исследовать зависимость показателей эффективности системы от параметров аппаратуры и алгоритмов, принять более обоснованные проектные решения и в конечном счете - повысить качество получаемой видзоинфори31®™- В то ю время необходимые для моделирования информационные технологии обработки изображения и программно-аппаратные моделирующие компжксы являются, как и сами СДООЙ, сложными научно-техническими объектами, разработка которых представляет собоа серьезную проблему.

Изучению различных асшктов проблемы моделирования процессов Формирования и обработки изображения в технических системах посвящены труды большого числа российских ученых: А.Г.Буямова, Н.Н.Красильникова, А.Ф.Мелькайовича, М.М.Мирош-никова, Л.Ф.Порфирьева, В.А.Сойфера, Л.П.Ярославского и др., а также зарубежных: Г.Запроса (Н.С. Andrews), Дк.Гудмена (J.I.Goodaan), Т.Хуанга <1.S.Huang), А.Джаана (А.К.Jain), У.Прзтта (I.K.Pratt), А.Розенфельда (A.Ro3enield) и др. К настоящему времени предложено и исследовано болыное число математических моделей входного оптического сигнала, быстрых алгоритмов дискретных преобразований и сверток, моделирующих его линейные трансформации, алгоритмов цифровой обработки изображений в видеоинформационном тракте. Однако в излом проблэма создания и применения методов и средств моделирования ввдзоинформашонного тракта огггико-злектронных СДФОИ космического базирования до сих пор остается актуальной. Не разработаны вопросы обеспечения метрологии и вычислительное эффективности методов моделирования таких систем. Отсутствуют приемлемые для практического использования математические модели некоторых звеньев опгико-злвктронного тракта. Не раз-рзботаны многие необходимые при моделировании методы, алгоритмы и информационные технологии обработки, данных. Не создано прикладное программное обесдачениэ моделирующих комплексов с достаточно полными функциональными возможностями имитации процессов преобразования изображен® в тракте, исследования ИЕфорнацконных показателей качества СДООИ.

Цель и задачи исследований. Целью диссертации является разработка штодов, алгоритмов, информационных технология и программных средств математического моделирования отико-злекгровных СДООИ космического базирования в задачах оценки и повышения качества поручаемой кафорнацаи. Достижение зтог цели обеспечивается реаениэм следующих исследовательских задач:

- анализом катеаатических коделэв звеньев оптико-злекгрон-ного видзоинфоркационного тракта, разработкой и исследованием модели матричного видеодатчика на призерах с зарядовой связью (ПЗС), функционируксего в решаю временной задеркош и накошания зарядов (ВЗН);

- разработкой катодов и алгоритмов моделирования видеоин-

формационного тракта СДООИ, позволяющих достичь наибольшей вычислительной эффективности цифровой модели тракта при заданном уровне ее адекватности;

- разработкой и исследованием эффективных методов и алгоритмов синтеза, обработки и анализа изображения в моделирующих комплексах СД50И;

- созданием эффективной информационной технологии проведения статистических экспериментов с моделью тракта;

- разработкой информационного и программного обеспечения моделирующих комплексов, созданием технологии моделирования тракта, обеспечивающих практическое решение проблемы исследования оптико-электронных СДООИ."

Методы исследований, примененные в диссертации, включаюгг. в себя метода теории вероятностей, случайных процессов и математической статистики, дифференциального и интегрального исчисления, линейной алгебры, теории графов, теории непрерывных и дискретных сигналов и систем, метода оптимизации, моделирования в т.д.

Научная новизна результатов диссертационной работы состоит в слздуюзззи.

Разработан конструктивный кетод цифрового моделирования видеоинформационного тракта опткко-злектронноа СД50Й, заключающийся в реализации модели с максимальной вычислительной эффективностью при заданном уровне адекватности.

Предложена' модель случайных мозаичных изображений, описывающая пространственную йтруктуру земных покровов; разработаны алгоритмы • синтеза, позволяющие получать тестовое мозаики с заданной статистикой и морфологаза контуров.

Разработана "динамическая" модель матричного оптико-электронного ПЗС-датчика с ВЗН. описывающая, в отлична от известных, пространственно-временной процесс формирования сигналов, специфичный для данного типа датчика; оценено влияние на сигнал различных искажающих факторов, выработаны рекомендации по рациональному построению модели датчика.

Выполнен сравнительный анализ адекватности цифровых моделей непрерывных линейных систем с постоянными параметрами ШШ-систем>, описывающих преобразования оптического сигнала в линейных звеньях видеоинформационного тракта.

Предложен кетод усечения спектра сигнала на входа модели тракта, обеспечиваэошиа снижение вычислительной сложности моделирования; получены расчетные соотношения для параметров этого вида обработки б зависимости от требуемой точности моделирования, характеристик сигнала и искажающая ЛИ-системы.

Разработаны эффективные алгоритмы моделирования ЛПП-систем с использованием дискретного преоарззования Фурье (ДПФ), основанные на минимизации размеров ДПФ при-заданных информативных фрагментах входного к выходного сигналов и размахе имлулъсноз характеристики модэлируеког ЛПП-систекы, а такие на оптимальном секционировании быстроа свертки.

РазрсЗэтап кэтод описания класса даровых параллельно-рекурсивных фильтров с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтров), исследованы базисы раздохания импульсных характеристик, построзны систеш разностных уравнений и структура фильтров, даны оцежен их вычислительное сложности.

Разработана об:цзя схена расчета параллельных КИХ-фильтров и ее конкретные варианта для вакнэашх задач моделирования ввдэоинфорыационяого тракта и обработки изображения.

Бшрвнв произведено исследование эффективности парзл-лзльно-регурснзных КИХ-фильтров в задачах моделирования и обработки изображения, показавшее возх:з:июсть супзственного сшггэния слохшости обработки.

Разработгны и исслздовзеу эффективные алгориплы сжатия дагхд, сочэтеютэ учет двуаэрЕоста кодируемых изобраззвкг с еоз:.:о;"л:остьз их декодирования с заданной точасстья, сцзшсзз-еаое по Критер;20 раанокараого щяйликения: алгоритмы, основанные на двумерном предсказании и адаптивных выборках, и алгоритмы с выделением областей и кодированием контуров. Для первого класса алгоритмов предложены методы синтеза процэдур предсказания, инвариантных к прямолинейным контурам. .

Разработан новьее быстрыа алгоритм развертки цифрового изображения ш кривоз Пиьберта-Пеано; установлена связь автоковариацшнноа функции (АКФ) двумерного стационарного случайного поля с АКФ одномерного сигнала после рззверггки Гильбергга-Пэано (РГП); показана возможность использования РГП для повышения качества обработки двумерных сигналов.

Получены зксгориментальные оцэнки эффективности вариантов организации обманов дя*ттпп' с внешней памятью ЭВМ при

выполнении геометрических преобразования изображения, установлена целесообразность формирования отсчетов преобразованного изображения с использованкзп РГП.

Предложен метод оцэнивания импульсноа характеристики искзкакзза ЛПП-скстекы при наблюдении сигнала на выходе и неизвестном кусочно-постоянном входной сигнала, основанный на применении нового рангового- алгоритма восстановления входного сигнала, используемого з процедуре оценивания.

Разработана и исследована информационная технологии статистических экспериментов с моделью видеоинформзционного тракта, основанная на модификации известного кзтода значимся выборки (МЗВ) и уменьшающая число прогонов модели при оценивании малых вероятностеа ошибок обнаружения объектов.

Разработаны принципы построения информационного и программного обеспечения моделирования и обработки изображений, примененные при создании моделирупцш комплексов СД5СИ.

Практическая ценность работы. На основе предложенных в диссертации подходов и глзтодов разработаны и экспериментально исследованы алгоригкы и информационные технологии моделирования процессов формирования и обработки изображений. Динамическая модель ПЗС-датчика с ВЗН открывает возможность болев полного исследования перспективных оцгако-электроЕНых сдаои, базирующихся на орбитальных космических аппаратах. Предложенный кетод усечения спектра сигнала на входе модели ввдэоннфорнациожого тракта в 10-1 СО раз сникает вычислительную, сдагность моделирования. Реализация процедур обработки изображений в решаю скользящего окна на базе параллельно-рекурсивных КИХ-фильтров позволяет снизить сложность обработки еще на порядок {сложность указанных фильтров не зависит от размеров окна обработай, что обеспе-«, чивает рост их преимуществ с увеличением окна), разработанные алгоритмы сжатия данных даюгг двух-трехкратныа выагрш в эффекте сжатия по сравнению с известными алгоритмами подобного назначения, чем обесив'чтзш экономию запоминали* устройств ЭВМ при архивации изображена. Выполнение геометрических преобразования изображения с формированием выходных кадров по РГП на 25-40" сокращает число обменов с внешней памятью. Разработанная информационная технология проведения статистических экспериментов с моделью тракта позволяет

уменьшить число прогонов модели и получить полную зависимость вероятности ошибок обнаружения объектов от уровня шума за единственный цикл моделирования.

Эта и другие результаты диссертации существенно ускоряет- решение практических задач моделирования видеоинформационного тракта при исследовании и автоматизированном проектировании СДФОИ. повышает качество проектных решений по этим системам, а также открывает новые возможности реаения прикладных задач обработки изображений в сменных областях науки и техники: компьютерной оптике, автоматизации экспериментальных исследований технических объектов, медако-бкологи-ческих исследований и т.д. Реализация этих возможностей обеспечена созданием в раджах диссертационной работы соответствующих программных и программно-аппаратных комплексов.

Реализация результатов. Результаты диссертационных исследования внедрены в рамках хоздоговорных НИР в Центральном специализированном конструкторском бюро (г.Самара), где используется при моделировании перспективных оггтико-злзктроЕЕЫх СДФОИ, проводимом с даль» оценки качества голучзекых изображена, исследования алгоритме обработки изображений в ввдэоинфорыадаонном тракте.

Б Томской институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники используется математические модели и алгоритыы синтеза случайных иозаичных изобразила с управляемой статистикой и корфологиэс контуров.

Б Институте систем обработки изображала РАК на базе описанных в диссертации программных средств для ЕС и СМ ЭВЙ создано црограглшоо обеспечение синтеза пространственных * фильтров для оптических систем обработки информации.

Тан же и кроле того в Центральном научно-исследовательском институте специального лашиностроения (г.Хотьково), в отраслевых лабораториях Самарского государственного аэрокосмического университета при экспериментальных исследованиях и контроле качества технических объектов применяется программно -аппаратный коышвкс "АИСТ-мини" и программная система обработки изображений "PCIook".

Алгоритмы и программное обеспечение обработки изображений IPS комплекса "АИСТ-мини" внедрены в Институте леса и древесины Сибирского отделения РАН (г.Красноярск), где

используется при анализе аэрофотоснимков лэсеых массивов.

Базовое программное обеспечение "PCLook" для IEM PC и некоторые разработанные алгоритмы обработки изображений применяются при анализе биомедицинскоа информации в клинике Самарского государственного медицинского университета.

Результаты диссертации используются з учебном процессе Самарского государственного азрокосмичесхого университета по специальности "Прикладная кэтзма-писз" (сгоцзгализзцяя "Математическое обеспечение систем обработки изобраязниа").

Апробация . Основные результаты диссертации докладывались на 1-а, 2-а и 3-й Всесоюзных конференциях "Автоматизированные системы обработки изображений": АСОИз-81 (Москва, 1981), АСОИз-86 (Львов, 1988), АСОИз-89 (.йэнинград, 1989); на 3-й и 4-й Всесоюзных конференциях "Метода и средства обработки сложной графической информации (Горький (Нижний Новгород), 1988, 1991); на 9-а Всесоюзной конференции по теории кодирования и передача информации (Одесса, 1988); на 4-а Всесоюзной конференции "Математические методы распознавания образов" (Рига, 1839); на 7-м и IO-м Всесоюзных симпозиумах по проблекэ избыточности в информационных системах (.Ленинград, 1977, 1289); на 1-а Международной конференции "Information Technologies tor Icsge Analysis and Pattern Recognition" (Львов, 1880), на 1-3 Всесоюзной конфэ-ренции "Распознавание образоз и анализ изображений: новые информационные технологии" (Минск, 1991) и т.д., на научио-технических семинарах кафедры "Техническая кибернетика" Самарского государственного азрожосмического университета.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений, содеригг 78 рисунков, 4 таблицы, список использованных источников из 284 наименований.. Обпца объем работы без оглавления, списка использованных источников, приложений, таблиц и рисунков - 276 страниц машинописного текста.

На защиту выносятся:

I. Модель видэоинформационного тракта оютко-элэктронгоа СДФОИ, обеспечивающая максимальную шчислительную эффективность цифрового моделирования при заданном уровне адекватности, а также модели отдельных звеньев тракта, в частности.

динамическая модель матричного ПЗС-датчика с ВЗН (ее структура, расчетные соотношения, результаты анализа различных факторов искажения сигнала), результата сравнительного анализа адекватности цифровых моделей непрерывных ЛПЛ-систем; рекомендации по рациональному построению моделей звеньев при различных характеристиках видеоинформационного тракта.

2. Методы, алгоритма и информационные технологии повышения эффективности моделирования линешюа части тракта, основанные на усечении спектра тестовых сигналов на входе модели, на определении минимально допустимых размеров Д® по заданным размерам информативных фрагментов входного, выходного сигнала и импульсное характеристики моделируемой ЛПП-систекы, на оптимальном секционировании быстрой свертки.

3. !.!.этод описания класса параллельно-рекурсивных цифровых КИХ-фильтров, результаты анализа базисов разложения их импульсных характеристик, структуры и оценки вычислительной слогкности фильтров; сбцая схема расчета параллельно-рекурсивных КИХ-фальтров, результаты конкретизации зтоа схемы для рассмотренных задач моделирования к обработки изображений; результаты исследования сффекгпшности параллельно-рекурсивных ЮК-фкльтров, рекомендации по их применении.

4. Метода и алгорггсы обработки изсбр&жошы, обеспечива»-П5Э зффекпзнсз фуикцкоЕнрованю ходелхрувдз кокплзксоз: авгоршкы саатия видеоданных с двумерным предсказании и адаптивными выборками, с ввдзлэниза областей и кодированием контуров; бистрл: злгорхптг развертки Гл'шбэрта-Пзано к катода обработки кзсбраяйний, используют РГП; алгоритмы обменов данными с внэанза память» ЭВМ при геометрических преобразованиях изображений; кетод оценки характеристик искажавдза ЯШ-системы при неизвестном входном сигнала; теоретически и эксгариг.:актальЕьэ результаты, подтверкйзхзгиз БффекгиБностъ разработанных методов и алгоритмов.

5. Кетод и информационная технология приведения, статистических эксгархшентоа с шдзлью тракта, предназначенная для оцэнхи палых вероятностей оашСок обнаружения объектов; результата исследования эффективности котода.

6. Принципы построения информационно-программного обеспе-чзния, инфоркацкопнь» технологии моделирования опшхо-злзкт-ронного тракта СДЗОИ и обработки изобразила.

СОДЕЕШКЕ РАБОТЫ

В первом р а з л э л в произведзя анализ моделей формирования изображения в высокоразрэтасщос оптико-электронных СДФОИ, базирующихся на орбитальных космических аппаратах. Дана характеристика таких систем, описана структура их видзоиЕформашонного тракта» в которую входят последовательные звенья: источник информации, аткосОзра, оптачес-кая система, видзодатчкк и аналого-цифровой преобразователь, бортовая обработка, цифровой канал, наземная обработка, получатель информации. Введены основные группы показателей качества СДФОИ. Рассмотрены общие вопросы математического моделирования видеоинфорлационного тракта, обоснована ключевая роль моделирования в создании СДФОИ, выделены звенья тракта, для которых актуальна разработка новых математических моделей. Сформулированы основные требования к моделям:

- адекватность, трактуемая как близость контролкруеных информационных показателей качества рззльной системы и ее модели, обеспечивающая правильный выбор проектных рзгениа по результатам моделирования;

- вычислительная эффективность» кшвдоацда числа машинных операций, необходимого для выполнения прогргигы модэлкрова-ния, при условии обеспечения заданного уровня адекватности.

Поставлена задача создания коделирувдшс комплексов СДФОИ как специфических автоматизированных систем обработки изображений. Показано, что для создания алгорзткзгеэсксй базы кодел!фования необходима разработка эффективных гатодов и алгоритмов решения, основеьк задач обработки информации в моделирующих комплексах: синтеза тестовых входных сигналов, моделирования преобразования непрерывных сигналов в тракте, сжатия данных, оценки параметров линейных искажений изображений, геометрических преобразования изображения, проведения статистических зкспэрккентов с моделью тракта.

Для решения задачи синтеза тестовых входных сигналов видеоинформационного тракта СДФОИ прэдлоягена статистическая модель контуров случайных мозаичных изображений. Пусть отсчеты х(п ,п ) дкскрэтизированного мозаичного поля яркости представлены в виде квадратных ячеек, покрывающих плоцадь изображения. При произвольных „ пя парам соседних отсчетов х(п1-1.п2) И х(п1-1.г>г-1 ), х(п ,п2-1) и х(п1-1,па-1 >,

xjri .n ) и x(ni.n2-l>. x(n ,n > 15 x(n -l.r> ) поставлэеы в

соответствие бинарные "контурные элементы" ^, . » ,

г i - кззду отсчетами проходкт контурная .линия, " 1

t о - в противном случае, i = 1,2,3,« ,

и введено предположение, что свойства контуров не зависят от положения на плоскости изображения и полностью определяются четырехмерным распределением вероятностей p<as .а-.а3.а<>. Практический интерес прздставляет изотропный вариант коде ли, когда статистические свойства контуров одинаковы во взаимно перпендикулярных направлениях и указанное распределение задается тремя парачзетрг;,!:!: р, р* - коэффициентами корреляции соседних отсчетов изображения соответственно в горизонтальном к даагонзльпок направлениях, гг - вероятностью того, что в узла точки сопр.чнгзния контурных злекектоз контурная линия язляэтся прямолидеаноа п не »:езт разветвлений. ограничения. на стационарность модели, допустимые значения коэффициентов корреляции и вероятностей устанавливает диапазон бог:;оааого изкэзения этих параштров:

О £ р < 1, р3 < р* < ein [ 2p1, pS+(l-p)2J ,

1-2(1 -р)*-р* £ га < 2 (р-р° ) .

На база такой иодзли разргботан глгор;ггл синтеза, позвакш-цка генерировать нозаихи с заданноа статистикой к корфологи-еа границ облаете г.. Он трзбуэт двух проходов хю изобргаэнкю: сначала форьщруются контурные линии, а затем осуществляется "раскраска" получэнеых однородных сблзстег. Разработан также упрощенный однопрожодныа алторитв синтеза мозаик с пряколи-езеньши контурами и квазиизотропноа АКФ, основанный на разбиении плоско ста изображения набором случайных пряшх линий.

Далзэ осуществлена разработка динамической (т.е'. учитывала пространстЕеЕно-вреЕеЕнод характер процесса формирования сигналов) шдели катрлчного ПЗС-датчика с. вреженноа задерккоа и накоавзниэй заря^гз. Преобразовала оптического сигнала ПЗС-датчикоа с БЗН в шрвон приближении соответствует идаалшзированноа кодели, ядро» которой является двумерная непрерывная ЛПП-система - "эквивалентная апзрггура", отражающая влияние на сигнал геометрии датчика и динамики накопления заряда. Для такоа кодели процесс формования дискрет-

.1.0

ного изображения описывается двухшаговоа схемоа: на пзрвш шаге происходит сглаживание непрерывного сигнала эквивалент-ноя аперггуроа; на втором - производится дискретизация сигнала. Получены выражения для характеристик эквивалентноз апертуры идеализированного датчика. Так, ее частотная характеристика имеет вид кратного произведения, в котором каждыз из пяти сомножителей' имеет свою физическую интерпретацию:

Н(П1-°,>= Но<П.-П,) Н.<°.--°,> Н2Ч'П*> Нз<П,-П2> н.<°4-п2>»

где о1, ог - пространстЕенныэ частота; но(п1.пг) описывает усреднение сигнала по площади фоточувствительного электрода;

- формирование накалливакщез ячейки из нескольгсп электродов; н2(о ,п2) - "смаз" сигнала из-за различия непрерывного движения изображения и скачкообразного движения накашивающей ячейки; н^о^п^) - "смаз"'за счет накопления зарядового пакета з последовательных положениях ячейки при рассогласовании средней скорости ее движения со скоростью изображения; н^(п1.пх) - чисто фазовая компонента,, отражающая сдвиг выходного сигнала датчика относительно входного.

Разработаны уточненные модели ПЗС-датчика, учитывающие дополнительные факторы искажения .сигнала:

- влияние первых тактов накопления заряда» в которых накапливающая ячейка имеет неполный верггикальныз размер;

- случайный разброс электрофизических параметров электродов: значений "темнового" тока и фоточувствительноста электродов;

- неэффективность переноса зарядов в датчике: вертикального (при движении ячейки по матрице элэктродов) и горизонтального (при снятии информации с выходного регистра датчика);

- диффузионное расплываниз зарядов.

Влияние на сигнал указанных искажающих факторов исследовано по введенной методике сравнения математических моделей, основанной на принятой в метрологи! концепции "образцового призора". Величина искажений оценивалась по расхождению выходных сигналов образцовой модели (в качестве которой была принята идеализированная) и уточненной модели, построенной с учетом каждого дополнительного искажающего фактора. Для входного сигнала - стационарного (пространственно-однородного) случайного поля получены аналитические оценки дисперсии разности сигналов на выходе идеализированной и уточненных

1в

Для эффективного моделирования ЛПП-системы с применением даскротного преобразования Фурье разработан алгорют расчета минимально допустимых размеров ДПФ по заданным размерам информативных частей входного и выходного сигналов и известной ширине конечной импульсной характеристики системы. Алго-р>гги обеспечивает выбор таких параметров преобразования, при которых вычисляемая с помощью ДПФ циклическая свертка содержит "безопасные" эффекты наложений, ко затрагивавшие анализируемую область сигнала на выходе модели линейной системы.

В случае, когда сирина югпульсной характеристики моделируемой ЛПП-системы мала по сравнению с областью ненулевых значений входного сигнала, возможно дальне2200 повышение эффективности моделирования за счет оптимального (по критерию вычислительно," сложности) секционирования свертки. Разработан и проанализирован способ расчета оптимального разгара секцна при вычислении частичных сверток с помощью быстрого алгоритм ДГК>. Показано, что отклонение размера секции от оптимума в сторону увеличения достаточно безопасно и лшь незначительно повышает сложность вычислений. Показано также, что с росток размаха импульсной характеристики полохашэ оттаука гарестгэт зависеть от конкретного алгоритма ДПФ.

I р е т и £ раздел содэрют материалы по разработка и щджзнзнео гарзллзльво-рзкурсивных КИХ-фильтроз в задачах коделирозаиия ввдзоиЕфориационного тракта и обработки изобразила. Излагается кзтод описания фхяьтрсв дзнеого класса. В одномерно:: случае пзрзляэльно-рекурсивЕьа КИХ-фильтр с гслульсноа характеристикой ь(п> длины к представляется в виде к параллельных звеньев при к « н :

где - коэффициенты, ьк(ш) - линейно независим© базисные функции разлонзния ь(т) в ряд (ивдульснь» характеристики КНХ-звоньев). Причем к каздоку звену предъявляется требование эффективной рекурсивной реализации, т.е. описания достаточно простым разности уравнением. Определен общий вид импульсных характеристик одномерных рекурсивно реализуемых КИХ-звеньев. Передаточные функции этих звеньев (2-преобразования импульсных характеристик) могут быть представлены

как дробно-рациональные с устранимыми особыми точками.

Для двумерного сигнала (изображения) требования к импульсной характеристике параллельно-рекурсивного КЙХ-фильтра записываются аналогично:

К-1

х I г' I к 4 » 2' »

к = о

при малых к и рекурсивно реализуемых двумерных КИХ-звэнь-ях с импульсными характеристиками ьк • т2) ■ Если ограничиться рассмотрением разделимых ззеньев:

( 1 > I г >

*\<т,'гаг> = Ьк (я^) Ьк (тг) ,

то для каздого записанного сомножителя монно воспользоваться разработанным выше "одномерным" общим описанием. Реализация разделимого звена заключается в последовательной {каскадной) обработке двумерного сигнала по координатам.

Исследованы конкретные семейства базисных функций рзз-ложения импульсной характеристики: прямоугольный • базис и модифицированные (для минимизации вычислительной сложности) заринты базисов комплексных дискретных экспонент, вещественного Фурьэ и косинусного. Построены системы разностных уравнений да звеньев, структурные схемы одно- и двумерных параллвльно-рехурсивных КИХ-фильтров. Даны оценки вычислительной сложности фильтров з зависимости от числа паралгзль-еых звеньев. Сложность таких фильтров определяется параметре?! к и не зависит от размеров окна обработки сигнала, что обесшчивает рост их прешуиеств при увеличении окна.

При конструировании параллельно-рекурсивного КИХ-фильт-ра необходимо решить три задачи: I) выбрать размеры окна обработки и класс базисных функций разложения импульсной характеристики, 2) из полного множества базисных функций выбранного класса выделить фактически используемые в разложении к функций, 3) рассчитать коэффициенты фильтра. Первая задача решается эвристически, вторая и третья - с помощью переборной численной процедуры. Дня выбора подмножества базисных функций предложено использовать известный субоптимальный метод последовательного присоединения. Согласно ему, сначала выбирается единственная функция, обеспечивающая максимум некоторого показателя качества я , затем к ней присо-

единяется екз одна. шг-т.

выбранной, к т.д. до пслуч-ония набора " позлено .что для шюпгх задач обработка расчетов показателя качзствг и гг~ V

оказьюается одинаковой. Бекгор-столЗец г.--;: : • -

Л = I задается катр:г-С£Ы.1 соотнс;:-:-I- " ■) к = о

а = рг'с .

а показатель качества, .~.зкс1кизкруркьа- :; базисных функций, соотнсвезиеи

к = А1 С- = С1В~*С .

где В = {ь1к}- - невырсгздзнная СК.^ГТЧ:'

(ззрхнка индекс -1 - ее обращение), С '

столбец ( ъ - трэзспонипоЕлпав вектора). С" • фильтра в конкретно«! ситуации заключаете.: ^ элекентов В и С.

Произведена копкреткззгкя указанно:1, х-г" дены соотношения, по которым рассчитывав для прикладных задач мсдал^трсназия и сзр^г- .-•

- цифровой фильтрации гзгл зшроквгге^'Л' частотной характеристик ЛПП-схстекы;

- коделирсБгж'л ЖГ-систыгг при дзтер;-.:и-:;-:,:сг нам входном сигнале;

- лшосного преобразовгзгг. с синтеза ста: ..

процессов к полей с заданное АКб;

- восстановления сигналов, янааенкъпг ЛГЛ-сис-

- обнаружения детериинирозаиншс объегк;з4 . стационарной случайной фона.

Произведено исследование эффективное П: . лвльно-рекурсивных КИХ-фильтров. Его р^ул.-что в большинстве случаев лучший эффект , рекурсивные КИХ-фильтры, построенные ;;? т.-у угольном базисе. При это-д обеспечивается , порядок и более) сшга-.еныз вычислительной ел-, вания ЛПП-систем и обработки изебрзже'ж ;. использованием традиционных ККХ-фйльтров, реа: или быстрой сверткоа.

1Й

■1 >■. р а д р е рассмотрены >*".з-•.г^сс/г^г.:, з5езпл'¡¡гвалте »|фек-комплексов СрГСИ. •ее? алгсрьт-с® сузткл данная з ход*-■ т.п-ызгга-з дзуу.грнсстъ изображения л зльнно .илзкретиго изсбрзггузия с з»-. .з-вуз:: Г:С грлгот^зо рглогьряого пэч-■з-зого :".г.асс.'з, ос^оззниьк на .¡5у>"-рйом . ы? зьйгтхгаг -ЛП/АЗ). осупгст:оя:.гг : .гзк-гыг г; тэмп5 построчной р.-'зп-ззткя о:—сгг в тс'% тго грг. рзз^.рткз изо.'--•^здсзазггкз каждсх с его отсчета пз

• .'тзчстоз, ззгздсляется зка"е*;:"о сгиЗаи

.т\,тк::ость зтж: е-л'-бок подвергается .-■угр.кг з.'тзрг-пгл^-з гл'пт^;:;:" вьйпро:: йкпьг знача.:-* восстзазвлхветгся . .—5!; ¿сотерн ст.тпчгвтся ст .".спелых

.....з, чэ" "э :"з:сс;з г авизую пзгрогаюсть

" 'С'- АЗ}. Послз сукжфсвазкя

.тате,::: тзхдскззснйя на ••пр^глоп" ..-;":■ гта.-огчг:л"-ч стс"7":оз поп.

рзу>-?р23Г0 прелзизззеж! для 2.т0-

• прои-зх^рз: стройся тарзз сгтгоз ¡ргсбрзг;тсс^го .дакщэз ярксст:: в

- ; л - ссзс^едо'ггь ¿тсзэгоз ¿сзобрз-••' у № с льляется предсказание. Прздазьш

е., состояний в том, что из меомзст-,: функции яркости в окрестности пред-

г--ца»»тся тдхзой®ство о нз1йо.л-?е ссстояпиг, н простоя опэрзтер, та-

:-'.<■..?■. тго

< - О лрч к с О^ с С .

ОТВЗСЙГЬ СОСТОЯШ'Г ж, соотгет-р.^-епня с пргиолипеяжгг;! конторами.

¡:~'.ехс;устс£чивоста лиезйеого .1КА НЗЛЗ^ яркости с Ь'ЛСОККЙ уро»згм

текстурной компоненты. Разработаны также инвариантные к контурам нелинейные процедуры предсказания, действие которых заключается в анализе поля яркости в окрестности предсказываемого отсчета, выявлении контура и предсказании "вдоль" него. Даны рекомендации по сочетанию конкретных процедур предсказания и алгоритмов АВ в алгоритмах ДП/АВ при различных свойствах обрабатываемых изображений.

Алгоритмы второго класса - с выделением областей и кодированием контуров (ВО/КК) ориентированы на сжатие изображений, хранящихся в памяти ЭВМ. Они осуществляют аппроксимацию поля яркости двумерной кусочно-постоянной функцией с последующим кодированием ее границ (контуров) и запоминанием значений в областях. Предложен алгоритм выделения областей за один проход по изображению при его построчной развертке, являющийся обобщением на двумерный случай известного алгоритма АВ - шгтерполятора нулевого порядка. Кодирование контуров, осуществляемое при втором проходе по изображению, основано на их статистической модели, введенной в первом разделе, и известном методе фиксации "новых" значений. По условному распределению вероятностей р(аэ ), оцени-

ваемому после выделения областей, предсказывается пара величин {аэ,а4>„ ИСХОДЯ ИЗ ЗНачеНИЙ {а1,а2>. Пара {аэ,а4} СЧИТЭ-ется "новой" и фиксируется вместе с необходимой датирующей информацией-при ее несовпадении с результатом предсказания.

Предложены и проанализированы структуры и формы представления выходных данных, формируемых алгоритмами ДП/АВ и ВО/КК, даны рекомендации по их практическому применению .

Ясследованио разработанных алгоритмов сжатия данных в составе прикладного • программного обеспечения показало, что они позволяют получить двух-трехкратное увеличение коэффициента сжатия по сравнению с известными алгоритмами АВ при возрастании затрат времени на обработку в 1.1-3 раза.

Далее показано, что качество обработки изображений можно повысить заменой обычной построчной развертки при формировании обрабатываемой последовательности на криволинейную развертку Гильбергта-Пезно. Построен новый быстрый алгоритм вычисления координат отсчетов изображения при РГП, основанный на использовании блочной структуры и рекурсивных свойств развертки. Установлена приближенная связь радиально симмет-

ричноз АКФ вх(Р) двумерною стационарного случайного поля с АКФ в*(р > одномерно?. последовательности после РГП:

Г в (Р) при -р = о, 1

в„<р> "

I * в I

(1.1 "/"р~) при р

Преимущества РГП, вытекающие из -растления" АКФ формируемого сигнала, продемонстрированы на примерах фильтрации изображений и сжатия двумерных данных одномерным алгоритмом АВ.

Анализ задач геометрических преобразований изображений показал, что при хранении информации во внешней памяти ЭВМ основные затраты времени на выполнение преобразования связаны с обменом данных. Рассмотрены варианты организации обменов при хранении изображений в виде квадратных блоков в файле с прямым доступом. По результата?« вычислительных экспериментов сделаны выводы, что для принятого блочного представления изображения эффективность обменов, как правило, несущественно зависит от параметров геометрического преобразования (угла поворота, коэффициента масштабирования), причем эта зависимость ослабляется с увеличением объема буферной области в оперативной памяти. Форяфованиз отсчетов выходного изображения в порядке, определяемом РГП, гложет на 25-40% сократить число обменов по сравнению с традиционной построчно-блочной рззвврггкоа выходных блоков.

Предяоязи метод оценки гащульсной характеристики искажающей ЛПП-снстемл в ситуации, часто встречающейся в практике исследования вадеоинформационного тракта СДЗОИ, когда наблюдению доступно только искаженное изображение. Метод основан на грубом непараметрическом восстановлении ненаблюдаемого сигнала на входе системы в предположении, что истинное поле яркости имеёт вид двумерной кусочно-постоянной функции, а затем - на использовании восстановленного входного и имеющегося выходного сигнала в любой известной процедуре идентификации ЛПП-системы. Для восстановления кусочно-постоянного сигнала предложен простой ранговый алгоритм -"обоб ¡данный экстремальный фильтр", действие которого состоит в следующем. Для я-точечного скользящего окна обработки при положении его центра в точке (п> ,пг) строится вариационный

ряд по отсчетам окна: {х \ , где х <ха<...<х , и выходное

значение фильтра принимается равный 1-му или (к-и-О-му члену вариационного ряда (при ¿ы) в зависимости от того, какой из них ближе по значению к отсчету х(п ,п ) искаженного сигнала в центре окна. Итерационное применение этого алгоритма дзет ряд оценок сигнала, быстро сходящийся к кусочно-постоянной функции. Результата проведенных вычислительных экспериментов показали работоспособность и высокую эффективность предложенного метода при весьма ограниченной информации о сигнале на входе искажающей ЛПП-системы.

В последней части раздела рассмотрена задача проведения статистических экспериментов с моделью видеоинформационного тракта СДФОИ при оценке вероятностей ошибок обнаружения объектов на изображениях. Пусть система обнаружения описывается бинарной функцией е(х) с аргументом х - ь-компонентным вектором случайного сигнала на входе. Эта функция принимает значение 0 или 1 при решении, соответственно, об отсутствии объекта в сигнале (гипотеза но) или о его наличии (гипотеза н4). Качество системы характеризуется вероятностью ложного обнаружения:

и "симметричной" вероятностью пропуска объекта, которая ниже не рассматривается. В записанном выражении и(х/но) - плотность распределения вероятностей сигнала при справедливости гипотезы но. Оценка вероятности а строится по н независимым наблюдениям над системой о. в известном методе прямого статистического моделирования она имеет вид:

где х<п> - реализация вектора х с плотностью w(x/hq) в п-ном эксперименте. При ограниченных n и малых а дисперсия такой оценки получается большой. Для ее. уменьшения предлагается использовать известный метод значимой выборки (M3B). Пусть все возможные входные векторы имеют плотности, различающиеся только значениями некоторого параметра с (для случая оценивания а это позволяет сделать переобозначение: w(x/hq> = w(x;«г) ).-Суть M3B состоит в том, что входное воздействие с плотностью заменяется модифицированным.

а = J G(X) W(X/H ) dX ,

rl

имевшим плотность а затем отклик системы g кор-

ректируется специальным весовым коэффициентом. При этом используется оценка вила

-Е

n i—

g(xct°)

w<x;t7 >

где - реализация вектора х с модифицированной плотностью в п-ном эксперименте. Для конкретного значения а можно наата <?п, минимизирующее дисперсии этой оценки, что при заданных требованиях к точности моделирования позволит уменьшить число прогонов модели. Установлено, что МЗВ открывает и более широкую возможность снижения объема моделирования, позволяя оцэнивать сразу вся зависимость а (¡у) на основе одних и тех х» откликов систем о.

При обнаружении объекгоз на изображениях входное воздействие является существенно кногомерньм. Экспериментально получено и теоретически обосновано,, что эффективность МЗВ быстро снижается с ростом размерности х. В подобных ситуациях при параметре с, имеющем с?*ысл среднеквадратичного отклонения компонент х, предложено производить дополнительную рандоккзацию входного воздействия путем его умножения на неотрицательную случайную величину ? с плотностью wf (?). Такая рандомизация позволяет свести многомерный случай к одномерному и использовать МЗВ в скалярной варианте, модифицируя плотность нэ вектора х. а гздоовы ?. При зтоа непосредственно оценивается не искомая зависимость а (б), а другая - g(k), связанная с искомой интегральным уравнением:

со

g(k) -J а(у> dy ,

о

и эта оценка имеет вид:

5(к) - — ys(xCr°i: >

Hr V4->

* Ь-о »?«>

Для приближенного решения записанного интегрального уравне-нкя в общем случае нежно использовать итерационные метода с естественны?«! для <*(у) ограничения?.?!! на положительность и монотоннее возрастанка. Найден однако специальный вид плотности:

а-1

»ь ГС при О < £ < 1 ,

К (? ) - - 1 ' Ь . ( а > О, Ь < О )

5 Ь—а I при г > 1 . при котором решение уравнения записывается в явном виде:

а+Ь+1 , 1

<*(к ) = 9 (к > + - к Я (к > + - кг д (к ) ,

аЬ аЬ

где д'оо, д (к) - первая и вторая производные от д(к). При такой плотности ) и конечном м оценка д (к > не является дифференцируемой по к функцией (хотя сама д(к) -гладкая), поэтому предложено перед численным дифференцированием и подстановкой в записанное решение сглаживать эту оценку с помощью кубических сплайнов.

Экспериментально подтверждено, что предложенная модификация МЗЗ и следующая из нее информационная технология проведения статистических экспериментов с моделью системы обнаружения может обеспечить существенное сокращение необходимых прогонов модели при оценивании зависимостей вероятностей ошибок от уровня шумов наблюдения.

Пятый раздел содержит изложение принципов построения и описание разработанного информационного и программного обеспечения моделирующих комплексов СДООИ.

Программное обеспечение моделирования видеоинформационного тракта строится на трех уровнях, и включает в себя систему управления базой данных, пакеты программ (процедур, задач), функционирующие над СУБД.и реализующие алгоритмы работы с изображениями, диалоговую надстройку над пакетами для формирования информационных технологий обработки изображений, задания структуры и параметров модели тракта. Кавдая прикладная программа кроме своих основных фушщка выполняет ряд служебных операций, оговоренных принятыми системными соглашениями, в частности, обеспечивает настройку на размеры и формат обрабатываемых изображений. Информационный обмен изображениями между прикладными программами ведется через базу видеоданных с использованием функций СУБД.

разработано программное обеспечение моделирующего комплекса на ЕС ЭВМ, основой которого является проблемно-ориентированный пакет прикладных программ обработки изображений. Для решения задач моделирования видеоинформационного тракта

сдай создана программная система "Моделъ-88", организованная в виде надстройки над этим пакетом.

Создан программно-аппаратный комплекс моделирования и обработки изображений "АИСТ-мини". Комплекс базируется на мини-ЭВМ класса СМ, дополненной специализированным оборудованием ввода-вывода и обработки изображений в конструктиве КАМАК. Разработано прикладное программное обеспечение комплекса, ориентированное на интерэктивный режим работы с изображениями. Вместе с программным обеспечением для ЕС ЭВМ комплекс "АИСТ-мини" образует двухуровневую автоматизированную систему обработки изображений, предназначенную для решения широкого круга исследовательских задач обработки изображений и моделирования видеоинформашонного тракта СДФОИ.

Разработано программное обеспечение моделирования и обработки изображений для ПЭВМ класса IBM PC. Оно основано на программной системе обработки изображений "PCLook", включающей в себя СУБД, базовые пакеты прикладных функций и задач, расширение и диалоговую оболочку работы с изображениями. В ражзх расширения создана проблемно-ориентированная вторичная оболочка, реализующая полную информационную технологию цифрового моделирования видзоинформационного тракта оптако-злоктронной СДФОИ.

В конце раздела дан краткий обзор применений разработанных комплексов в прикладных задачах моделирования нидзо-инфоризциоЕвого тракта и обработки изображений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны методы цифрового моделирования высокоразрешающих ошуко-злекгронных С®ОИ, базирующихся на орбитальных космических аппаратах, в задачах их исследования и оптимизации по критериям качества получаемой видеоинформации. Разработаны эффективные алгоритмы и информационные технологии моделирования видеоинформационного тракта сдеои и математической обработки изображений. Созданы программные моделирующие комплексы, обеспечивающие решение важной научно-технической проблемы цифровой имитации СДФОИ, а также широкого круга исследовательских и црикладных задач обработки изображений.

Основные результаты диссертационной работы состоят в' следующем:

1. Показано, что при исследовании высокоразрешающих оптико-электронных СДФОИ, представляющих собой сложные физико-технические комплексы с многозвенным процессом преобразований и обработки оптических сигналов, ключевую роль играет моделирование видеоинформационного тракта, позволяющее оценить качество получаемых изображений; что создание соответствующих методов, алгоритмов, информационных технологий и программных моделирующих комплексов до настоящего времени представляло собой нерешенную научно-техническую проблему.

2. Сформулирован общий принцип цифровой моделирования видеоинформационного тракта СДФОИ, заключающийся в обеспечении максимальной вычислительной эффективности цифровой модели тракта при заданном уровне ее адекватности.

3. Предложена модель контуров случайных мозаичных изображений, разработаны алгоритмы синтеза, позволяющий генерировать тестовые мозаики с заданной статистикой и морфологией границ однородных областей.

4. Разработана динамическая модель матричного ПЗС-датчика с временной задержкой и накоплением: определены характеристики эквивалентной апертуры датчика, исследованы дополнительные факторы* искажения' сигнала, выработаны рекомендации по рациональному моделированию датчика.

5. Выполнен сравнительный анализ адекватности цифровых моделей непрерывных линейных систем, преобразующих оптические сигналы, выработаны рекомендации по применению моделей при различных характеристиках моделируемых непрерывных линейных звеньев видеоинформационного тракта.

6. Предложен метод повышения эффективности моделирования линейной части видеоинформационного тракта, заключающийся в усечении спектра сигнала на входе модели; получены соотношения для расчета параметров усечения исходя из требуемой точности моделирования и заданных характеристик сигнала и тракта; показано, что такая обработка входных тестовых изображений может уменьшить их объем и, соответственно, снизить вычислительную сложность моделирования на несколько порядков.

- 7. Для моделирования ЛПП-системы с использованием дискретного преобразования Фурье разработан алгоритм расчета

йинкмально допустимого размера ДПФ по заданным фрагментам входного и выходного сигнала и размаху импульсной характеристики системы; разработан способ оптимального (по критерию вычислительной сложности) секционирования быстрой свертки.

8. Разработан метод описания клзссов одно- и двумерных параллельно-рекурсивных цифровых КИХ-фильтров; исследованы базисы разложения их импульсных характеристик; определены структуры фильтров, произведена оценка их вычислительной сложности. Сложность таких фильтров определяется числом звеньев и не зависит от размеров иена обработки сигнала, что обеспечивает рост их преимуществ при увеличении окна. Разработана общая схема расчета параллельных КИХ-фильтров, произведена ее конкретизация для важнейших задач моделирования и обработки изображений. Проведено исследование эффективности двумерных параллельно-рекурсивных КИХ-фильтров, показавшее, что они могут обеспечить радикальное (на порядок и более) сниженкэ сложности цифровой обработки изображений по сравнению с прямой и быстрой сверткой.

9. Разработаны алгоритмы сжатия видеоданных, учитывающие двукерность изображения- и обеспечивающие их восстановление с заданной точностно, оцениваемой по критерию равномерного приближения. Алгоритмы, основанные на двумерном предсказании и адаптивных выборках, осуществляет обработку данных в те?ше построчного сканирования изобракзнка. Алгоритмы с выделение:! областей и кодированием кентуров ориентированы на работу с изображениями, хранящийся в памяти ЭВМ. Для первого класса алгоритмов разработаны процедуры предсказания отсчетов, инвариантные к контурам заданного множества направленна. Исследование разработанных алгоритмов показало, что они обеспечивает двух-треххрэТный выигрыш в эффекте сжатия по сравнении с известными алгоритмами при незначительном увеличении затрат времени на обработку.

10. Показано, что качество обработки изображения можно повысить формированием обрабатываемого сигнала . с помощью развертки Гильберта-Пеано; построен быстрый алгоритм РГП; установлена связь изотропной АКФ двумерного стационарного случайного поля с АКФ одномерного сигнала после РГП.

11. Найдены эффективные варианты организации обменов данными с внешней памятью ЭВМ при выполнении геометрических

преобразований изображения; показано, что формирование отсчетов выходного изображения в порядке,' соответствующем РГП, может сократить число обменов на 25-40% .

12. Предложен метод оценки характеристик искажающей ЛПП-системы при наблюдении сигнала только на ее выходе и неизвестном кусочно-постоянном входном сигнале, основанный на применении простого рангового алгоритма восстановления входного сигнала; экспериментально продемонстрирована работоспособность и эффективность метода при ограниченной информации сигнале на входе системы.

13. Разработана и экспериментально исследована информационная технология статистических экспериментов с моделью тракта, основанная на известном методе значимой выборки, модифицированном для случая многомерного входного воздействия. Информационная технология позволяет уменьшить число прогонов модели и получить зависимость оцениваемой вероятности ошибок обнаружения объектов от варьируемого параметра распределения сигнала за один цикл моделирования.

14. разработаны принципы построения информационного и программного обеспечения моделирующих комплексов СДФОИ; созданы программные.средства моделирования ввдеоинформационного тракта и обработки изображений для ЭВМ классов ЕС и СМ, также персональных ЭВМ класса IEM PC.

По материалам выполненных исследований и разработок опубликовано 108 научных работ ( 76 из них приведены в списке использованных источников диссертации), в том числе одна монография, 23 статьи в международных, центральных и региональных научных изданиях, три авторских свидетельства.

Содержание диссертации отражено в следующих основных публикациях:

1. Виггах В.А., Сергеев В.В. Метод сжатия изображений с предсказанием и адаптивной дискретизацией // Известия вузов. Приборостроение. - 1976. - N 12. - С.15-18.

2. Сергеев В.В. Применение' методов адаптивной дискретизации при сжатии двумерных сигналов // Автоматизация эксш-

- риментальных исследований. - Куйбышев, 1976. - Вып.9. - С.72-75.

'3. Сергеев B.B. Некоторые алгоритмы предсказания для дифференциального кодирования изображения // Тез. докл. VII Всес. симп. по проблеме избыточности в информационных системах. - Л., 197?. - Часть 2. - C.I28-I3I.

4. Вигтах В.А., Сергеев В.В. Устройство формирования сигнала отсчета для дифференциального кодера изображения / A.c. 633162 СССР // Билл, изобретений. - 1978. - N 42.

5. Сергеев В.В. Метод сжатия видеоданных с использованием критерия равномерного приближения // Вопросы кибернетики. Вып.42. Кодирование и передача информации в вычислительных сетях. II. - М.: Научный совет по .комплексной проблеме "Кибернетика" АН СССР, 1978. - С.146-149.

6. Сергеев В.В., Сойфер В.А. Имитационная модель изображения и метод сжатия данных // Автоматика и вычислительная техника. - 1978. - КЗ, - С.76-78.

7. Карпеев C.B., Сергеев В.В., Тахтаров Я.Е. Программное обеспечение обработки изображений в операционных системах ЕС ЭВМ // Тез. докл. I Всес. конф. "Автоматизированные системы обработки изображений"(АСОИз-81).- M.: 1981.

- С.41-42.

8. Виттих В.А., Сергеев В.В., Сойфер В.А. Обработка изображений в автоматизированных системах научных исследований. - М.: Наука, 1982. - 214 с.

9. Сергеев В.В. Выбор способа кодирования данных в методах адаптизных выборок // Автоматизация экспериментальных исследований. - Куйбышев. 1882. - С.142-147.

10. Сергеев В.В. Устройство формирования сигнала отсчета для дифференциального кодера изображений /A.c. 906033 СССР // Бшл. изобретений. - 1982. - N 6.

11. Сергеев В.В. Обработка изображений с использованием раз-' вертки Гильберта-Пеано // Автометрия. - 1984. - N 2.

- С.30-36.

12. Сергеев В.В., Сигунова О.Н. Алгоритм генерации тестовых мозаичных изображений' // Автоматизация научных исследований. - Куйбышев, 1984. - С.129-134.

13. Арефьев Е.Ю., Сергеев В.В. Фильтрация изображений с использованием развертки Гильбергта-Пеано // Методы статистической обработки изображений и полей. - Новосибирск, 1985. - С.10-17.

14. Арефьев Е.Ю., Сергеев В.В., Тихонов Д.Н. Программно-аппаратный комплекс первичной обработки изображений // Тез. докл. II Всес. конф. "Автоматизированные системы обработки изображений" (АСОИз-86). - Львов, 1986. - С. 238-240.

15. Сергеев В.В., Сойфер В.А. Автоматизированная система моделирования и обработки изображений // Тез. докл. II Всес. конф. "Автоматизированные системы обработки изображений" (АСОИз-86). - Львов, 1986. - С.222-224.

16. Сергеев В.В., Усачев A.B.- Цифровое моделирование двумерной линейной системы с радиально-симметричной частотной характеристикой // Автоматизация научных исследований.

- Куйбышев, 1987. - С.84-94.

17. Белоусова М.П., Сергеев В.В. Организация обменов данными при геометрических преобразованиях изображений // Оптическая запись и обработка информации. - Куйбышев, 1888.

- С.66-70.

18. Маслов А.М., Сергеев В.В. Использование ранговой обработки сигналов в задаче идентификации линейной искажающей системы .// Тез. докл. IX Всес.' конф. по теории кодирования и передачи информации. - Одесса,1988. - Часть

- С.35-38.

19. Сергеев В.В. Предварительная обработка сигналов при цифровом моделировании линейных систем // Оптическая запись и обработка информации. - Куйбышев, 1988. - С.92-101.

20. Сергеев В.В., Усачев A.B. Цифровое моделирование двумер-рных линейных систем // Компьютерная оптика. - М., 1988.

- Вып.З. - С.28-34.

21. Сергеев В.В.„ Чичева М.А. Восстановление сигналов рекурсивно-реализуемыми КИХ-системами // Тез. докл. IX Всес. конф. по теории кодирования и передаче информации.

- Одесса, 1988. - Часть 2. -С.35-38.

22. Автоматизированная система моделирования и обработки изображений "АИСТ-мини" / Арефьев Е.Ю., Васин А.Г., Сергеев В.В., Сойфер В.А. // Управляющие системы и машины. - 1989. - N I. - C.II4-II8.

23. Белоусова М.П., Сергеев В.В., Усачев A.B. Сокращение вычислительной избыточности щфровоа модели системы технического зрения // Тез. докл. X Всес. симп. по проблема

избыточности в информационных системах. - Л.. 1989.

- Часть 4. - C.II2-II4.

24. Диалоговая система моделирования процессов получения изображения в системе технического зрения "Модель-88" /

Белоусова М.П., Маслов А.М.....Сергеев В.В. и др. //

Тез. докл. III Всес. конф. "Автоматизированные системы обработки изображения" (АСОИз-89). - Л., 1989. - С.128.

25. Коломиец Э.И., Сергеев В.В. Метод значимой выборки в задаче исследования процедуры обнаружения объектов // Тез. докл. 17 Всес. конф. "Математические мэтоды распознавания образов" (MMPO-IV). - Рига, 1989.• - Часть 2.

- С.69-70.

26. Программный комплекс моделирования изображающей системы для исследования алгоритмов распознавания образов "Модель-SS" / Белоусова М.П., Маслов А.М.....Сергеев В.В.

и др. // Тез. докл. IV Всес. конф. "Математические кетода распознавания образов" (MMPO-IV). - Рига, 1989.

- Часть 5. - С.56-57.

27. Маслов A.M., Сергеев В.В. Идевтификалдо линейное искажа-юзеа систеш с использованием ранговой обработки сигналов // Коетылврная оптика. - М., 1990. - Вып.6.

- С.97-102.

28. Овчинников К.В., Сергеев В.В. Устройство обработки изображений /A.c. I6I7450 СССР // Билл, изобретений. -1990.'

- N 4S.

29. Сергеев В.В. Параллельно-рекурсивные КИХ-фильтры в задачах обработки изображений // Радиотехника. - 1990.

- N 8. - С.38-41.

30. Interactive Software System lor the Picture Synthesis,

Processing and Analysis / Vasildev Yu., Maslov A.M.....

Sergeyev V.V. e.a. // Pirat Int. ~Coni. "Information Technologies for Image Analysis and Pattern Recognition" (ITIAPR'90), LyIy, USSR, Oct.22-28, 1990: Proceedings.

- iTiY, 1990. - pp.94-98.

31. Sergeyev V.V., Usachev A.V. Numerical Simulation oi Two-diaensional linear зузгетз // Computer Optics. - 1990.

- N 1. - pp.23-28.

32. Белоусова Ы.П., Коломивц Э.И.» Сергеев B.B. Исследование качества функционирования систеш обнаружения с помощью

.¡тзционного моделирования. // "Проблемы информатики": докл. научно-практ. конф. с меадунар. участием, '-¡мара, 1991. - С.77-78. ""оусова М.П., Сергеев В.В. Математическое моделирование ПЗС-видеодатчика с временной задержкой и накоплением / Самарский авиационный институт. - Самара, 1991.

- 45 с. - Рук. деп. в ВИНИТИ, N 3950-B9I от II.10.91.

л. Коломиец Э.И., Сергеев В.В. Статистический анализ качества системы обнаружения объектов // Тез. докл. I Всес. конф. "Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии" (РОАИ-1-91). .- Минск, 1991. - Часть I. - С.81-65. 35. Магистрально-модульные средства обработки изображений

/ Арефьев Е.Ю., Овчинников К.В.....Сергеев В.В. и др.

// Компьютерная оптика. - М., 1991. - Вып.9. -С. 69-72. 38. the rast Algorithm oi Image Approximation in a Sliding Window / Glumov N.I., RrainuKov N.I., Sergeyev V.V., Khramov A.G. // Pattern Recognition end Image Analysis.

- 1991. - N 4. - pp.424-426.

37. Мурызин С.А., Сергеев B.B., Фролова Л.Г. Исследование эффективности двумерных параллельно-рекурсивных КИХ-фильтров // Компьютерная оптика. - М., 1992. - Вып. 12.

- С.65-71.

38. Овчинников К.В. .Сергеев В.В. Аппаратная реализация двумерного параллельно-рекурсивного КИХ-филыра // Компьютерная оптика. - М., 1992. - Вып.10-11. - С.177-185.

39. Сергеев В.В. Параллельно -рекурсивные КИХ-фильтры для обработки изображений // Компьютерная оптика. - И., 1992.

- Вып.10-11. - С.186-201.

40. Сергеев В.В., Фролова Л.Г. Расчет параллельных КИХ-фильтров для некоторых задач обработки сигналов и изображений // Компьютерная оптика. - М, 1992. - Вып.12.

- С.72-81.

Подписано в печать S.-iOs 9S Формат 60 х 34 1/16.

Офсетная печать. Усл.п.л. 2.0 . Уч.-изд.л. 2.0. Тиран 100 экз. л-'-. ■ г.Самара, СГАУ, Ульяновская, 18.

Участок оперативной полиграфии.