Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХОХА В ОБРАБОТКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ 11
-
Классическое преобразование Хоха для прямых линий 11
-
Представление прямых линий 11
-
Параметризация 11
-
Параметрическое пространство. 13
-
Анализ параметрического пространства 14
-
Модификации преобразования Хоха 17
-
Использование градиентной информации 17
-
Иерархическое преобразование Хоха 18
-
Обнаружение толстых сегментов линий 19
-
Обнаружение коротких сегментов линий 22
-
Преобразования Хоха для кривых высших порядков 24
-
Общий принцип преобразования Хоха для выделения кривых высших порядков 24
-
Обнаружение окружностей 25
-
Обнаружение эллипсов 26
-
Обобщенное преобразование Хоха 27
-
Обнаружение объектов заданных гладкими кривыми 30
-
Сегментация изображений с использованием преобразования Хоха 33
Выводы по главе 1 34
Постановка задачи исследования 36
Г Л А В А 2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ
ХОХА 38
2.1. Измерение шума и выбор порога бинаризации градиентных изображений 38
-
Обнаружение отрезков линий на полутоновых изображениях .41
-
Обнаружение осевой линии контуров на полутоновых изображениях... 50
-
Непосредственное выделение границ объектов с помощью преобразования Хоха 55
-
Соединение точек перепадов 59
-
Подавление шума на полутоновых изображениях 63
-
Подчеркивание границ объектов на полутоновых изображениях 64
-
Восстановление полутоновых изображений из контурного препарата... 68
-
Сегментация полутоновых изображений 71
2.9.1. Сегментация квантованием мод гистограмм полутоновых
изображений 71
2.9.1. Сегментация изображений методами наращивания областей 75
Выводы по главе 2 78
Г Л А В А 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАЬШЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХОХА 80
-
Формирование и обоснование тестовых изображений 80
-
Исследование алгоритма измерения шума на полутоновом изображении 84
-
Исследование работы разработанных алгоритмов выделения границ объектов на тестовых изображениях 85
-
Исследование алгоритмов выделения границ объектов на реальном изображении 90
-
Исследование алгоритма подавления шума 95
-
Исследование алгоритма восстановления полутоновых изображений из
контурного препарата 97
Выводы по главе 3 98
Г Л А В А 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХОХА, ДЛЯ ОБРАБОТКИ И
АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ 100
Предварительная обработка изображений 103
Обработка и анализ микроскопических снимков шлифов металлов и сплавов. 101
Обработка и анализ снимков поверхности деталей 105
Обработка и анализ рентгеновских снимков сварных швов 106
Обработка аэроснимков 108
Обработка и анализ ультразвуковых снимков 109
Обработка и анализ медицинских рентгеновских снимков. 112
Обработка и анализ ангиограмм 113
Обработка и анализ томограмм 114
Обработка и анализ флюорограмм 116
Структура библиотеки программ алгоритмов. 123
Выводы по главе 4 129
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
ЛИТЕРАТУРА 131
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Результаты обработки тестовых изображений 138
Введение к работе
Основными подходами в теории распознавания образов являются геометрический и структурный. Многие задачи распознавания изображений и объектов на них не могут быть решены методами достаточного развитого и широко используемого геометрического подхода. Поэтому в последние 20 лет в теории распознавания образов большое внимание уделяется вопросам разработки структурных методов распознавания. При этом успешно решаются задачи структурного распознавания модельных изображений и объектов на них. Сложным оказалось решение практических задач структурного распознавания реальных полутоновых изображений. Это связано с тем, что выходные данные подавляющего большинства существующих методов и алгоритмов выделения структурных элементов изображений и объектов на них не удовлетворяют требованиям методов и алгоритмов структурного распознавания.
В связи с этим актуальным является создание эффективных методов и алгоритмов предварительной обработки и выделения структурных элементов реальных полутоновых изображений и объектов на них.
Целью диссертационной работы является разработка и исследование алгоритмов обработки и выделения структурных элементов реальных полутоновых изображений на основе преобразования Хоха, позволяющие построение безразрывных границ и контуров, локализацию отдельных объектов на изображении.
Исходя из цели работы задачами исследования являются:
Обзор и анализ использования известных методов и алгоритмов преобразования Хоха в обработке изображений.
Разработка алгоритмов выделения линий, границ и областей, изображений на основе преобразования Хоха.
Разработка алгоритмов улучшения, препарирования и восстановления полутоновых изображений на основе преобразования Хоха.
Исследование сушествуюш:их и разработанных алгоритмов обработки и выделения структурных элементов реальных полутоновых изображений.
Применение разработанных алгоритмов для решения практических задач.
Методы исследования. В работе использованы методы дискретной математики, математической логики, основные понятия математического анализа и теории множеств, методы цифровой обработки сигналов и изображений.
Научная новизна.
В процессе проведенных исследований разработаны новые алгоритмы и решены задачи: подавления шума и подчеркивания границ на полутоновых изображениях; выбора оптимального глобального порога бинаризации изображений; выделения границ на полутоновых изображениях: обнаружение отрезков линий, построение осевых линий, непосредственное выделение границ объектов с помопхью преобразования Хоха, соединение контурных точек; восстановления полутоновых изображений из контурного препарата; сегментации полутоновых изображений, квантованием мод гистограмм и наращиванием областей, основанные на предобработке исходного изображения с помощью преобразования Хоха.
Практическая ценность работы. Включенные в диссертацию результаты получены автором при выполнении хоздоговорной ПИР № 1902/97 и госбюджетной №340/98.
Результаты работы позволяют решать следующие практические задачи:
Измерение шума на реальных полутоновых изображениях.
Подавление шума на полутоновых изображениях и увеличение их четкости.
Качественное выделение границ и контуров объектов на полутоновых изображениях.
Преобразование полутонового изображения в контзфный препарат и восстановление его обратно в полутоновое изображение.
Сегментирование полутоновых изображений и пол5Д1ение безразрывных замкнутых контуров на полутоновых изображениях любого типа.
На защиту выносятся следующие результаты работы:
Алгоритмы выделения линий, границ и областей на любых реальных полутоновых изображениях и результаты их исследований.
Алгоритмы улучшения и препарирования полутоновых изображений и результаты их исследований.
Результаты сравнительного анализа и экспериментальных исследований разработанных алгоритмов.
Результаты практического применения разработанных алгоритмов обработки и выделения структурных элементов реальных полутоновых изображений.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технической конференции «Управление в технических системах» (г. Ковров, 1998 г.); на всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (г. Рязань, 1998 г.); на всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (г. Рязань, 1999 г.); на УШ Всероссийском семинаре «Нейроинформатика и ее приложения» (г.
Красноярск, 2000 г.); на 5-й международной конференции «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии» (г. Самара, 2000 г.); на 6-й международной конференции «Pattera recognition and information processing» (г. Минск, 2001 г.); на научно-технических конференциях преподавателей и сотрудников Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета (г. Муром, 1998-2001 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 работ, включая 8 статей, 8 тезисов докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, имеющего 90 наименований.
Общий объем диссертации 146 с, в том числе 131 с. основного текста, 6 с. списка литературы, 9 с. приложений. Таблиц 4, рисунков 45.
Работа выполнена на кафедре "Информационные системы" Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета.
Краткое содержание работы.
В первой главе рассмотрены известные методы и алгоритмы преобразования Хоха в обработке изображений: классическое преобразование Хоха для выделения прямых линий, модификации преобразования Хоха для повышения эффективности обработки изображений, преобразования Хоха для кривых высших порядков, обобщенное преобразование Хоха для выделения неаналитически заданных кривых, обнаружения объектов заданных гладкими кривыми, сегментация изображений с использованием преобразования Хоха.
Определены цели и задачи диссертационной работы, направленные на разработку новых алгоритмов обработки и анализа изображений, основанные на преобразовании Хоха.
Во второй главе проводится разработка новых алгоритмов. Разработаны алгоритмы измерения шума и выбора порога бинаризации градиентных изображений; алгоритм обнаружения отрезков линий на полутоновых изображениях; алгоритм обнаружения осевых линий на полутоновых изображениях; алгоритм непосредственного выделение границ объектов на полутоновых изображениях с помощью преобразования Хоха; алгоритм соединения точек перепадов; алгоритм выделения границ, позволяющий получить безразрывные контурные линии на полутоновых изображениях; алгоритм подавления шума на полутоновых изображениях; алгоритм подчеркивания границ объектов на полутоновых изображениях; алгоритм восстановления полутоновых изображений из контурного препарата; алгоритм квантования мод гистограмм полутоновых изображений; алгоритм выделения областей на основе квантования мод и предобработке исходного изображения с помощью преобразования Хоха; алгоритмы наращивания областей по яркостному и градиентному признакам, основанные на предобработке исходного изображения с помощью преобразования Хоха.
В третьей главе выполнено исследование разработанных алгоритмов на искусственных и реальных тестовых изображениях. Показана эффективность разработанных алгоритмов.
В четвертой главе приведены результаты практического применения разработанных алгоритмов, основанных на преобразовании Хоха, для обработки и анализа различных изображений: микроскопических снимков шлифов металлов и сплавов, снимков поверхности деталей, рентгеновских снимков сварных швов, аэроснимков, ультразвуковых (УЗ), медицинских рентгеновских снимков, ангиограмм, томограмм, флюорограмм.
Дана структура библиотеки программ обработки и анализа изображений с помощью разработанных алгоритмов.
Б заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. в приложении даны результаты дополнительных исследований для сравнительного анализа по обработке и анализу собственными алгоритмами и алгоритмами других авторов. Приведены документы, подтверждающие практическое использование результатов исследований.
