Введение к работе
Актуальность темы. Микрофильмирование является одним из наиболее распространенных способов долговременного хранения информации. Микрофильмы обладают рядом преимуществ по сравнению с другими, в частности, электронными носителями информации. В числе основных достоинств микрофильма по сравнению с электронными носителями при решении задач долговременного хранения можно отметить значительно больший срок гарантийного хранения, высокую плотность записи информации и отсутствие необходимости сохранять вместе с носителем информации аппаратуру и программное обеспечение для воспроизведения информации.
Наиболее перспективными являются технологии гибридного аналого-цифрового микрофильмирования, позволяющие, с одной стороны, интегрировать аналоговый носитель — микрофильм, в современные цифровые системы обработки информации, и, с другой стороны, не имеющие ограничений по типу сохраняемой документации.
Вместе с тем остаётся нерешённым до конца вопрос обеспечения точной цветопередачи и тонопередачи, сохраняются сложности устранения геометрических искажений. Такие искажения могут возникнуть на различных этапах получения цифрового изображения микрофильма, и носят случайный характер. Существующие методы частично позволяют решить данную задачу, однако в некоторых случаях не обеспечивают необходимое качество изображения.
Все это делает задачу разработки математического и алгоритмического обеспечения особенно актуальной и вместе с тем создает предпосылки для научного и технического решения подобной задачи.
Объектом исследования диссертационной работы является информационно-измерительная система гибридного микрофильмирования цветной документации, состоящая из: фотоэлектронной системы считывания информации с бумажного носителя с цветовым кодированием (сканера); системы вывода графической информации из ЭВМ на микрофильм (CОM-системы); системы считывания информации с микрофильма и цифрового ввода в ЭВМ (CIM-системы); математического, алгоритмического и программного обеспечения, реализующего необходимые преобразования информации в процессе подготовки к хранению и последующему восстановлению.
Предметом исследования диссертационной работы являются технические характеристики систем гибридного микрофильмирования, а также математические методы и программные средства, обеспечивающие в процессе микрофильмирования требуемую точность передачи размеров и цветопередачи.
Методы исследования. В работе используются методы теории сигналов, теории обработки изображений. Разработка алгоритмов и программ осуществлялась на основе объектно-ориентированного подхода к организации данных и алгоритмов.
Общими вопросами теории создания систем репрографии, в том числе компонентов комплекса гибридного микрофильмирования, занимались отечественные ученые: Р.Н. Иванов, Г.П. Катыс, А.А. Слуцкин, А.П. Гаврилин, А.К. Талалаев, Л.И. Бобылёв, зарубежные ученые Т. Джеймс, А. Папулис. Проблемам обработки изображений посвятили свои исследования Л.П. Ярославский, Р. Гонсалес Р. Вудс, У. Прэтт и др.
Цель диссертационной работы состоит в повышении качества изображений в системах гибридного микрофильмирования, заключающегося в уменьшении геометрических искажений и повышении точности тоно- и цветопередачи, путём разработки математического, алгоритмического и программного обеспечения цифровой коррекции изображений.
В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи.
1. На основе анализа существующих систем микрофильмирования и способов преобразования информации в них выполнена классификация возникающих искажений, которые присутствуют на различных этапах получения изображения микрофильма.
2. Произведен анализ существующих методов обеспечения точности цветопередачи и геометрии в полиграфии и репрографии, показана невозможность непосредственного применения существующих методов.
3. Выполнено исследование геометрических искажений, возникающих в системах с последовательным выводом информации при цветоделённом микрофильмировании на чёрно-белые микрографические носители. Разработан метод коррекции геометрических искажений.
4. Выполнено исследование искажений тоно- и цветопередачи в системах с параллельным выводом информации на цветные микрографические носители.
5. Разработаны метод повышения равномерности тонопередачи по пространству кадра и метод повышения точности цветопередачи изображений на микрофильмах в системах с параллельным выводом информации.
6. Проведены экспериментальные исследования, подтверждающие эффективность предложенных методов коррекции изображений.
Методы исследования. В работе используются методы теории сигналов, теории обработки изображений. Разработка алгоритмов и программ осуществлялась на основе объектно-ориентированного подхода к организации данных.
Научная новизна результатов диссертационного исследования заключается в следующем:
1. Выполнена оценка величины геометрических искажений и разработан метод коррекции геометрических искажений, отличительной особенностью, которого является возможность коррекции искажений в автоматическом режиме.
2. Разработан метод повышения равномерности тонопередачи по пространству кадра в гибридных системах с параллельным выводом информации, позволяющий компенсировать неоднородность свечения элементов экспонирующей матрицы COM-системы.
3. Разработан метод повышения точности цветопередачи изображений в гибридных системах с параллельным выводом информации путём предварительной коррекции цифровых изображений, компенсирующей искажения цвета в цепочке «COM-микрофильм-CIM».
4. На основе анализа особенностей микрофильмирования изображения предложен подход поиска маркеров на служебном поле микрофильма, инвариантный к углу поворота и масштабу исследуемой фигуры.
Положения, выносимые на защиту.
1. Метод коррекции геометрических искажений изображения в системах с последовательным выводом информации на микрофильм.
2. Метод повышения равномерности тонопередачи по пространству кадра в системах с параллельным выводом информации на микрофильм.
3. Метод повышения точности цветопередачи изображений в системах с параллельным выводом информации на микрофильм.
4. Комплекс специального программного обеспечения, осуществляющий пред- и пост-коррекцию изображений в системе гибридного аналого-цифрового микрофильмирования цветной и черно-белой документации.
Практическая ценность работы заключается в том, что предлагаемые методы обработки цветных и черно-белых изображений ориентированы на использование в существующих информационно-измерительных комплексах гибридного микрофильмирования, что позволяет адаптировать их к хранению микрофильмированных копий документов с цветовым кодированием информации.
Реализация результатов диссертационной работы. Прикладные результаты диссертационной работы были внедрены в ООО «ТПП Конус», 2010 г., в рамках работ по тематике «Разработка программного обеспечения автоматизированного восстановления цветных картографических документов с цветоделённых микрофильмов страхового фонда документации и методики контроля их качества».
Теоретические результаты работы внедрены в учебном курсе «Основы технического зрения и цифровой обработки изображений» на кафедре робототехники и автоматизации производства Тульского государственного университета.
Апробация работы. Содержание и основные результаты диссертации докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные и информационные системы» (Тула, Тульский государственный университет, 2009 г.); Международной научной конференции «XXXVI Гагаринские чтения» (Москва, МАТИ, 2010 г.); заочной электронной научно-технической конференции «Современные проблемы науки и образования» (Москва, 2010 г.); I-ой магистерской научно-технической конференции (Тула, ТулГУ, 2006 г.), а также на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (2007-10 гг.) и научных семинарах кафедры РТиАП ТулГУ.
Публикации. По теме диссертации опубликованы 9 работ, в том числе: 2 тезиса докладов на всероссийских конференциях и семинарах, 7 статей.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения и трех приложений, изложенных на 148 страницах машинописного текста и включающих 76 рисунков, 6 таблиц и списка использованной литературы из 93 наименований.
