Введение к работе
Актуальность проблемы. Новые информационные технологии все активнее внедряются в различные области хозяйственной, производственной и научно-исследовательской деятельности человека. Это в значительной степени относится и к такой об ласти, как аналитические и аналитико-технологические исследования количественного и качественного состава многокомпонентных веществ.
В настоящее время одним из базовых аналитических средств является растровый электронный микроскоп (РЗМ), позволяющий с достаточной полнотой и надежностью решать огромное число научных и технических задач локального исследования и анализа вещества.
Однако дальнейшее увеличение локальности исследований затруднено в силу, по крайней мере мере, трех причин:
недостаточной ясности физического механизма взаимодействия электронного зонда РЗМ с образцом;
значительных шумовых искажений в РЭМ при работе на пределе разрешения;
практического отсутствия метрологического обеспечения (мер, методик и т.п.).
Указанные причины приводят к естественным физическим ограничениям основных технических параметров РЭМ - разрешения и контраста и, следовательно, требуется предшествующая анализу оператором РЭМ электронномикроскопического изображения (ЭМИ) предварительная его обработка, позволяющая существенно повысить качество визуального восприятия ЭМИ.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка методов обработки электронномикроскопических изображений для повышения качества их визуального восприятия, а также быстрых вычислительных алгоритмов, реализующих эти методы.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- анализ проблем цифровой обработки ЭМИ,' вытекающих из
особенностей формирования и использования РЭМ-изображений.
анализ математических моделей формирования ЭМИ о целью Еыработки требований к методам их обработки.
исследование и анализ методов и алгоритмов обработки изображений с целью определения базовых быстрых алгоритмических процедур, позволяющих решить комплекс вадач улучшения качества визуального восприятия ЭМИ.
разработка и исследование алгоритмических и программных средств, обеспечивающих автоматизацию обработки аналитической информации.
Методы исследования. Представленные в работе результаты основаны на использовании методов теории распознавания образов, методов математической статистики, цифровой обработки сигналов, алгебраической теории групп и их представлений, теории структурной обработки данных.
Научная новизна работы заключается в следующем:
предложена методика обработки ЭМИ в рамках модели детального (структурно - информационного) типа, учитывающей разбиение ЭМИ на области наиболее характерных типов;
в рамках предложенной модели разработан составной, адаптивный к локальному поведению полезного сигнала фильтр, который сочетает оптимальные свойства оценки Ходжеса-Лемана в подавлении аддитивных гауссовых шумов, засоренных выбросами импульсного шума, и оптимальные свойства медианного фильтра в сохранении перепадов яркости с подавлением импульсных помех, маскирующих перепад;
предложена структура адаптивных робастных фильтров в виде последовательности базовых вычислительных процедур;
разработан алгоритм вычисления коротких двумерных сверток, позволяющий ' уменьшить время вычислений приблизительно на тридцать процентов за счет Солее эффективной организации процесса вычислений;
для многомерных БПФ получена оценка нижней мультипликативной границы вычислений как линейная от размерности преобразования ;
результаты проведенной работы программно реализованы в рамках автоматизированной системы обработки электронномик-роскопических изображений (АСОЭМИ).
Практическая ценность. Предложенная методика обработки ЭМИ позволяет повысить качество визуального восприятия изображений оператором РЭМ либо распознающей системой. Разработанные быстрые алгоритмы делают процедуру обработки ЭМИ оперативной. Применение разработанных методов и алгоритмов в АСОЭМИ позволяет автоматизировать режимы работы РЭМ, связанные с качеством изображений - автофокусировку, автостигмиро-вание, автоматическую ориентацию объектов.
Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты работы были использованы в научно-исследовательских работах по созданию аналитических приборов нового поколения, выполненных на кафедре Автоматики и процессов управления .СПбГЭТУ совместно с Красногорским механическим заводом.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на:
XIII Всесоюзной конференции по электронной микроскопии (г. Сумы, 1987);
X Научно - техническом семинаре секции "Теория и информация" ЦП НТО РЭС им. А.С.Попова (Ленинград, 1987);
I Всесоюзной школе - семинаре "Разработка и внедрение ПЭВМ в народном хозяйстве" (г. Минск, 1988);
II Всесоюзной конференции " Теория и техника пространственно - временной обработки сигналов" (г. Свердловск, 1989);
Международном симпозиума "Инфо-89" (г. Минск, 1989);
I Всесоюзной конференции " Автоматизация, интенсификация, интеграция процессов технологии микроэлектроники" (Ленинград, 1989);
Всесоюзной конференции " Методы обработки многомерных сигналов в измерительных системах" (г. Одесса, 1991);
X Научной конференции " Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях" (г. Москва, 1992).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 печатных работ, в том числе 8 статей и 7 тезисов к докладам.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы, вклю-
- 4 -чающего 100 наименований, и приложения. Основная часть работы наложена на 140 страницах машинописного текста. Работа содержит 23 рисунка и 12 таблиц.
