автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методики обработки изображений объектов с периодически изменяющимися параметрами формы

ВВЕДЕНИЕ.

1. ПРОБЛЕМНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

1.1. Общая характеристика задач и алгоритмов обработки изображений.

1.2. Априорная оценка возможностей преобразования

Хоуга для решения задач обработки изображений.

1.3. Специфика и проблемные вопросы обработки видеоматериалов с плохими визуализационными свойствами.

1.4. Задачи диссертационных исследований.

Актуальность работы.

Средства обработки изображений являются составной частью большого числа современных технических систем и приборов. Распространение технологий работы с изображениями обусловлено их высокой информационной емкостью, а также революционным развитием и удешевлением, как вычислительных средств, так и оптико-электронных датчиков получения видеоматериалов. Эти технологии уже не относятся к разряду уникальных и реализуются, в том числе, в аппаратуре и средствах массового применения.

Высокий уровень технического совершенства аппаратных средств изменил содержание задач обработки изображений. В настоящем в обработке главными являются не проблемы улучшения картинки с точки зрения ее восприятия, а классификация и оценка характеристик объектов, которые на ней представлены.

В технических системах все большую важность приобретает обработка изображений, формируемых не световыми лучами, а другим образом, например, волнами рентгеновского диапазона, тепловыми л)Д1ами, которые испускает объект исследования, ультразвуковыми сканерами и другими способами. Особенность изображений волновой природы состоит в том, что их визуализационное качество падает с увеличением длин волн, которые используются для их формирования.

Для изображений с низким качеством визуализации обработка имеет большее значение, чем для фотографических снимков, и требует специальных алгоритмов. Эта специфика, в первую очередь, состоит в том, что для повышения качества оценки характеристик объекта необходимо привлекать максимально возможный объем априорной информации об изображенном объекте. Если известно, что объект изменяет свою форму периодическим образом по известному закону, более качественные результаты могут быть получены за счет совместной обработки снимков, фиксирующих объект в динамике. В настоящее время достаточная проработка таких алгоритмов отсутствует.

Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена и и и и недостаточной проработкой и большой практической значимостью вопросов обработки изображений, которые формируются сканерами с невысоким разрешением и представляют объекты в динамике.

Цель диссертационных исследований состоит в разработке алгоритмов обработки изображений низкого качества, представляющих объекты с периодически изменяющимися параметрами формы.

Задачи обработки этих видеоматериалов состоят в следующем.

1. Выделить на имеющемся снимке контур искомого объекта, оценить уровень полноты и достоверность его определения. Повысить уровень полноты и достоверности результатов, определяемых по одному снимку, за счет совместной обработки изображений, представляющих объект в разные моменты времени.

2. Построить и идентифицировать математическую модель, которая позволяет рассчитывать расположение контура объекта в любой известный момент времени.

Методология исследований базируется на математических методах обработки изображений, теории среднеквадратической аппроксимации функций и методах идентификации математических моделей.

Научная новизна материалов работы заключается в следующем:

1. Предложена новая схема использования преобразования Хоуга для выделения на поле изображения элементов контура искомого объекта, которая обеспечивает максимально возможную точность пространственной оценки положения определяемых элементов, и применима к более широкому чем фотоснимки классу изображений.

2. Разработан комплекс алгоритмов совместной обработки отдельных кадров, представляющих исследуемый объект в различных состояниях. Этот алгоритм обеспечивает максимально полное выделение из исходных материалов данных о контуре объекга, форма которого изменяется во времени периодическим образом.

3. Разработана методика определения полноты и достоверности оценки параметров формы объекта по результатам обработки исходных видеоматериалов.

Обоснованность и достоверность результатов диссертационных исследований: обеспечиваются корректным применением математических методов; обеспечены щироким обсуждением и экспертизой основных материалов диссертации научной общественностью и специалистами в области обработки изображений.

Практическая значимость исследования и полученных результатов заключается в следующем.

1. Разработаны новые алгоритмы выделения контуров объектов с периодически изменяющейся формой применимые для снимков, формируемых сканерами с невысоким разрешением.

2. Предложенные алгоритмы позволили автоматизировать процедуру обработки материалов эхокардиографических исследований и в рамках одной технологии определять как статические, так и динамические характеристики сердца. Это нашло свое отражение в ползЛенных актах внедрения результатов диссертационной работы в работу медицинских учреждений.

3. Выполненные разработки легли в основу лабораторных работ по предмету «Обработка аудио и видеоматериалов», использованы при чтении лекций по курсу «Проектирование информационных систем» на кафедре № 308 МАИ.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Методика выделения на поле снимка контура объекта.

2. Алгоритмы построения математического описания контзфа объекта.

3. Математическая модель описания объекта с периодически измеряющимися параметрами формы.

4. Методика идентификации математической модели по результатам обработки видеоматериалов.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались, обсуждались и получили одобрение на:

1. Научно-технических конференциях "Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации", проведенных МАИ в 1997, 1999,2000 гг.

2. Научно-технической конференции "Современные научно-технические проблемы гражданской авиации", проведенной 20-21 апреля 1999 года Московским Государственным техническим университетом гражданской авиации.

3. На третьей научно-практической конференции «Неинвазивное мониторирование состояния сердечно-сосудистой системы в клинической практике», проведенной Российским кардиологическим научно-производственным комплексом Минздрава России и Главным клиническим госпиталем МВД РФ 22 марта 2001 г. в Москве.

Результаты исследований представлялись и заняли первое место:

- по разделу «Новые информационные технологии» на открытом конкурсе лучщих научных работ студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации, который был проведен в 1999 году Рязанской государственной радиотехнической академией;

- на Всероссийском открытом конкурсе научно-исследовательских, проектно-конструкторских и технологических работ студентов, аспирантов и молодых зленых, посвященном 70-летию Московского авиационного института, который был проведен в 2000 г.

Публикации. Основные результаты диссертационных исследований опубликованы в 10 назЛных работах. В их числе 9 статей и докладов в специализированных печатных изданиях, а также тезисы докладов на ведомственных методических конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, заключения, списка литературы и одного приложения, изложенных на 154 страницах машинописного текста. Работа содержит 38 рисунков и 3 таблицы. В библиографрпо включено 92 наименования литературных источников.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ