Введение к работе
Актуальность проблемы. Обработка и анализ изображений, с помощью средств вычислительной техники находит все более широкое применение в ядерных и космических исследованиях, медицинской диагностики, построении систем автоматизированного производства, военном деле, геоинформационных системах.
Довольно часто градационные характеристики исходных данных изображений не пригодны для дальнейшей обработки и индикации. Количество градаций уровней яркости монохромных изображений оказывает прямое влияние на сложность требуемых технических средств и недет к увеличению (уменьшению) разрядности ячеек памяти и данных, мощности процессора и т.д.
Другим аспектом этой проблемы яеляєтся то, что современные системы индикации позволяют визуализировать изображения с определенным количеством уровней градаций яркости, а некоторые - лишь с оптеделенным набором уроєней градаций.
Эти причины обуславливают актуальность исследований методов преобразования изображений, позволяющих уменьшить количество уровней градаций шкалы квантования при обеспечении максимального сходства преобразованных изображений с исходными с точки зрения их визуального восприятия.
Специфичность требуемых вычислений характеризуется, во-первых, двумерным представлением информации, во-вторых, функциональной обособленностью рассматриваемого класса градационных преобразований по отношению либо к последующей визуализации результатов преобразований, либо к последующим процедурам их обработки и анализа. При этой решение большинства задач обработки и анализа изображений в целом требует обеспечения высокого быстродействия. Зто требование усугубляется необходимостью проводить однотипные, как правило, вычисления для каждого элемента (отсчета) изображения, обрабатывая огромное количество видеоданных. Все это приводит к необходимости искать аппаратные реиения по реализации градационных преобразований з Еиде отдельных специализированных Функциональных устройств.
Цель сабота. Целью данной работы является разработка методов понижения числа градаций изображений, обеспечивающих макси-
мальное сохранение визуальной информации как для адекватной визуализации изображений, так и для повышения быстродействия дальнейшей обработки, а также создание устройств, реализующих такие методы.
Методика исследований. Для решения поставленных задач использованы методы теории вероятностей и математической статистики, теории информации и дискретной обработки сигналов, элементы статистической теории распознавания образов, математические методы компьютерной графики, принципы проектирования узлов ЭВМ.
Научная новизна. В результате проведенных исследований
определен критерий адекватности визуального восприятия исходного и бинаризованного изображений, которому должна соответствовать оптимальная процедура бинаризации:
показано, что применительно к бинаризации числовых нормированных последовательностей полученному критерию адекватности соответствует процедура дельта-сигма-модуляции:
доказано, что при дельта-сигма-модуляции обеспечивается эффективность несмещенных оценок восстановления средних значений исходных отсчетов, а также состоятельность оценки среднего значения дельта-сигма-модулированных последовательностей:
на основе метода бинаризации изображений Флойда-Сгейн-берга разработана обобщенная процедура дельта-сигма-модуляции, обеспечивающая оптимальную бинаризацию изображений с точки зрения визуального восприятия:
- разработаны процедуры преобразования изображений с
уменьшением количества градаций, обеспечивающие адекватное вос
приятие преобразованных изображений при их визуализации, соот
ветственно при равномерной и неравномерной шкалах квантования, а
также разработаны устройства, позволяющие реализовать такие пре
образования:
создана методика определения значений уроєней оптимальной неравномерной шкалы квантования конкретного изображения, подлежащего визуализации, при заданном количество градаций:
на основе обобщенной процедуры дельта-сигма-модуляции разработан метод распознавания полутоновых изображений с помощью оптимальных растров, исследованы его статистические свойства, проведен анализ возможности его применения для определения координат фрагментов изображений. Рассмотрены вопросы аппаратной pea-
лизати этого метода.
Практическая ценность работы. Разработанные в диссертации методы и устройства преобразования изображений позволяют эффективно решать широкий класс задач, требующих уменьшения количества используемых градаций при обеспечении адекватной визуализации преобразованных изображений. В диссертации также представлен новый метод распознавания полутоновых изображений, который позволяет получать результаты, аналогичные распознаванию методом сравнения с эталоном при более высоком быстродействии и простоте вычислений, что делает аппаратную реализацию этого метода для большинства приложений более предпочтительной.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на xli и научно-технических конференциях МИРЭА (Москва, 1992 г. и 1993 г.), на 2-ом съезде Российской Ассоциации Нейроинформатики (Москва, 1992 г.), на Международной выставке-семинаре "Компьютерная геометрия и графика в образовании" (Нижний Новгород, 1993 г.), на семинаре "Н-ейроинформатика л нейрокомпьютеры" (Красноярск, 1993 г.).
Реализация работы. Результаты исследований были внедрены в ТОО "ВВДАР" при создании комплексов медицинской диагностики для обеспечения высококачественной визуализации томографических и УЗ изображений, а также использованы предприятием "СТИШЕЕР-СОФТ" при создании системы компьютерной факсмодемной связи для передачи изображений с последующей визуализацией на различных устройствах. Программно-аппаратная реализация метода распознавания полутоновых изображений с помощью оптимальных растров была внедрена на предприятии "СТИПЛЕР-СОФТ" при создании автоматизированной системы ввода в ЭВМ большеформатных изображений.
Дубдикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Объем работы, диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (49 наименований) и приложений. Объем диссертации составляет 164 страницы, в том числе 116 страниц основного машинописного текста и 30 страниц рисунков.
