Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Системный анализ, управление и обработка информации

Диссертационная работа:

Брянцев Андрей Анатольевич. Алгоритмы вейвлет-анализа изображений в системах компьютерной обработки информации при производстве герконов и генераторных ламп : диссертация ... кандидата технических наук : 05.13.01 / Брянцев Андрей Анатольевич; [Место защиты: Рязан. гос. радиотехн. ун-т].- Рязань, 2009.- 147 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/1191

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

Глава 1. Анализ состояния проблемы автоматизации визуального контроля качества изделий мета л л окерамического производства 10

1.1. Общая характеристика отечественного металлокерамического производства 10

1.2. Обзор промышленных систем технического зрения. Обобщенная функциональная схема промышленных систем технического зрения 12

1.3. Модели формирования изображений и шумов в промышленных системах технического зрения 33

Выводы 39

Глава 2. Разработка методов и алгоритмов предварительной обработки и текстурного анализа зашумленных изображений 40

2.1. Сравнение методов пространственной фильтрации при подавлении мультипликативного шума на изображениях 40

2.2. Результаты исследования описанных методов пространственной фильтрации для изображений с мультипликативным шумом 56

2.3. Алгоритм предварительного текстурного анализа и сегментации 59

2.4. Комбинированный метод пространственной фильтрации изображений с мультипликативным шумом 68

Выводы 75

Глава 3. Разработка методов и алгоритмов вейвлет-анализа, фильтрации и компрессии зашумленных изображений 76

3.1. Сравнение алгоритмов компрессии при сжатии данных зашумленных изображений 76

3.2. Алгоритм вейвлет-сжатия зашумленных изображений с использованием предварительной текстурной сегментации 85

3.3. Алгоритм вейвлет-сжатия зашумленных изображений с использованием текстурной сегментации на уровне вейвлет-преобразования 93

В ы вод ы 108

Глава 4. Разработка системы компьютерного анализа и обработки изображений металлокерамических изделий 109

4.1. Структурная схема системы компьютерного анализа и обработки изображений металлокерамических изделий 109

4.2. Система компьютерного анализа и обработки изображений контакт-деталей на этапе штамповки 112

4.3. Экспериментальные исследования разработанной системы анализа и обработки изображений 123

Выводы 129

Заключение 130

Список использованных источников 132

Приложения 141 

Введение к работе:

Актуальность темы. Современное отечественное производство металлокерамических изделий характеризуется значительной долей ручного труда, обуславливающего высокий процент брака. Кроме того, визуальный контроль качества выпускаемых изделий человеком-оператором отличается субъективизмом и малой производительностью, что также снижает эффективность производства

Для автоматизации процесса контроля качества изготовления металлокерамических изделий целесообразно разрабатывать новые или модифицировать известные системы компьютерной обработки информации на базе систем технического зрения (СТЗ) с учетом особенностей металлокерамического производства. Точность оценок параметров изделий зависит от качества обрабатываемых изображений, формируемых в СТЗ в условиях запыленности, вибрации работающих механизмов, недостаточной освещенности и т.п. Так, например, если для изображения контакт-детали геркона отношение сигнал-шум снижается до 22 дБ, то погрешность определения его геометрических параметров может составлять 0,5 мм, тогда как минимальная требуемая точность должна быть не менее ±0,15 мм (согласно технологической выписке к/д №8-1 для изделия КЭМ-2 СЯ 7.730.002 Штамп-Ш-557). Воздействия производственных факторов, в частности взвешенной пыли, проявляются на изображениях в виде мультипликативного шума с единичным средним, имеющим, в общем случае, распределение, не совпадающее с нормальным. Кроме того, формируемые в СТЗ изображения имеют большой объем, их требуется передавать, хранить для отчетной статистики, дополнительных исследований и т.п. Применяемые в известных СТЗ методы и алгоритмы цифровой обработки зашумленных изображений эффективны для аддитивного гауссовского шума, а операции фильтрации и компрессии проводятся, как правило, раздельно во времени, что приводит к замедлению ритма производства Таким образом, актуальной становится задача разработки методов, алгоритмов, технических и программных средств анализа зашумленных изображений для систем компьютерной обработки информации на базе СТЗ, ориентированных на использование в производстве металлокерамических изделий.

Диссертационная работа выполнена в рамках госбюджетных НИР по автоматизации производства промышленных предприятий г.Рязани, проведенных на кафедре автоматики и информационных технологий в управлении Рязанского государственного радиотехнического университета в 2004-2008 гг.

Степень разработанности темы. Несмотря на относительно подробную освещенность вопросов бесконтактного (неразрушающего) контроля качества изделий в многочисленной литературе, технические решения для металлокерамического производства практически не встречаются. Известные варианты систем компьютерной обработки информации на базе СТЗ не могут без модификаций использоваться при производстве герконов и генераторно-

модуляторных ламп из-за специфики шумов в изображениях контролируемых изделий.

Эффективным решением задачи анализа и обработки зашумленных изображений на металлокерамическом производстве является применение вейвлет-преобразования, где фильтрация и компрессия осуществляются с помощью одной и той же операции - пороговой обработки вейвлет-коэффициентов. Однако в большинстве известных публикаций зарубежных и отечественных авторов задачи фильтрации и сжатия решаются независимо, причем компрессия проводится преимущественно для неискаженных сигналов и изображений.

Известны работы О.-К.Снайх (Al-Snaykh), Р.Мерсеро (Мегсегеаи), где
проведено исследование вейвлет-кодеков EZW (Embedded Zero-Tree), SPIHT (Set
Partitioning in Hierarchical Trees), JPEG2000 при сжатии искаженных аддитивным
гауссовским шумом сигналов и изображений, введено понятие оптимальной
рабочей точки (optimal operation point) - степени сжатия, на которой кодек
обеспечивает наилучшее шумоподавление. В работах К.Егиязаряна
(Финляндия), Н.Пономаренко, В.Лукина (Украина) используются фильтрация
вейвлет-коэффициентов и различные свойства известных кодеков с учетом
анализа кривых вида «степень сжатия - искажения». Однако такие методы
эффективны для изображений конкретных классов, выбор кодека возлагается на
пользователя. При этом отсутствуют данные при сжатии кодеками изображений,
искаженных мультипликативным шумом. Другой аспект проблемы, который
вообще не обсуждается в известных работах, связан с включением в процесс
вейвлет-обработки зашумленных изображений текстурного анализа и
сегментации, необходимых для обнаружения изделия и оценок его параметров.
Наконец, отсутствуют данные по известным СТЗ, показывающие относительное
повышение точности оценки параметров контролируемых изделий после
фильтрации их зашумленных' изображений (в том числе после вейвлет-
обработки).' ,

Таким образом, перспективным следует считать разработку таких методов, алгоритмов вейвлет-обработки зашумленных изображений контролируемых изделий, которые совмещают во времени текстурный' анализ, сегментацию изображений, фильтрацию мультипликативных помех и компрессию данных.

Цель и задачи работы. Целью диссертации является разработка основанных на текстурном вейвлет-анализе методов, алгоритмов, технических и программных средств фильтрации и компрессии зашумленных изображений в системах компьютерной обработки информации, предназначенных для повышения эффективности существующих Методов контроля качества изготовления герконов и генераторных ламп.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи.

1. Анализ производственных факторов для оценки их воздействия на визуальный контроль качества металлокерамических изделий, а также специфики формирования сигналов и помех (зашумленных изображений) при использовании известных СТЗ.

  1. Исследование эффективности основных методов и алгоритмов цифровой обработки изображений, вейвлет-фильтрации и вейвлет-кодеков EZW, SPIHT, JPEG2000 при воздействии мультипликативных помех.

  2. Разработка и исследование методов и алгоритмов текстурного анализа и сегментации зашумленного изображения, выделения объекта (детали), а также алгоритмов предварительной фильтрации и оценки параметров изделий на их основе.

  3. Разработка и исследование алгоритмов фильтрации изображений при одновременном сжатии данных с применением текстурно-зависимой обработки вейвлет-коэффициентов, а также известных вейвлет-кодеков.

  4. Разработка системы вейвлет-анализа и обработки изображений контакт-деталей герконов и генераторно-модуляторных ламп, а также ее алгоритмического и программного обеспечения с учетом специфики металлокерамического производства.

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие новые научные результаты.

  1. Впервые предложен метод комбинированной фильтрации изображений, полученных на этапах штамповки контакт-деталей герконов, запаивания выводов геркона в стеклянную трубку, изготовления сеток, катодов и анодов генераторно-модуляторных ламп, позволяющий в зависимости от вида текстуры сегмента и закона распределения шума в нем применить оптимальный из заданного набора алгоритм фильтрации.

  2. Разработан новый алгоритм предварительной текстурно-зависимой обработки изображений, получаемых на этапе штамповки контакт-деталей, на основе локальных коэффициентов вариации при использовании вейвлет-кодека SPIHT.

  3. Разработан новый текстурно-зависимый алгоритм вейвли> обработки и компрессии зашумленного изображения с использованием локальных коэффициентов вариации и оценок вейвлет-коэффициентов по максимуму апостериорной плотности вероятности на основе обобщенного распределения Гаусса, .. ...

  4. Впервые в отечественной практике разработана система компьютерной обработки изображений контакт-деталей на этапе штамповки, позволяющая с помощью полученных алгоритмов вейвлет-анализа обрабатывать данные о контакт-деталях с высокой точностью и в реальном масштабе времени.

Практическая ценность работы. Впервые разработана система анализа и
обработки информации на этапе штамповки контакт-деталей, ускоряющая
процесс производства и уменьшающая долю ручного труда. Предложенные
технические решения позволяют проводить автоматизацию различных этапов
металлокерамического производства. .:.-

Разработанное программно-алгоритмическое обеспечение системы анализа и обработки данных о контакт-деталях эффективно подавляет мультипликативный шум в изображениях в процессе их компрессии, что обеспечивает значительный выигрыш во времени и точности оценки геометрических параметров изделий по сравнению с известными методами

визуального (субъективного) контроля. Предложенные методы и алгоритмы вейвлет-анализа и обработки зашумленных изображений могут быть относительно легко адаптированы для использования в других приложениях.

Методы исследований и достоверность результатов. В работе использованы методы цифровой обработки изображений, элементы теории вероятностей, вейвлет-преобразования и математической статистики. Достоверность результатов и выводов диссертации подтверждается результатами статистического моделирования на ЭВМ, экспериментальными исследованиями разработанной системы компьютерной обработки изображений контакт-деталей на этапе штамповки, соответствующими актами внедрения и протоколами испытаний.

Реализация результатов. Предложенные в диссертации методы, алгоритмы, технические и программные решения были реализованы при выполнении научно-исследовательских работ, проводимых в ГОУВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» (НИР 2-06Г, 35-06Г, 7-06Г) и ООО «Инновационный центр при РГРТУ» (НИР 5427р/7953, 4564р/6890). Результаты диссертации внедрены на предприятиях 000 НПП «Фон», ОАО «Рязанский завод металлокерамических приборов (РЗМКП)».

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: 8-й международной научно-технической конференции (МНТК) «Цифровая обработка сигналов и её применение», г. Москва - 2006; 13-й, 15-й МНТК «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций», г. Рязань - 2005, 2008; 7-й, 8-й МНЖ «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации», г. Курск - 2005, 2008; 11-й всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов «Новые информационные технологии в научных исследованиях и в образовании», г. Рязань - 2006; 5-й МНТК «К.Э.Циолковский - 150 лет со дня рождения. Космонавтика. Радиоэлектроника. Геоинформатика», г. Рязань - 2007; Всероссийской конференции победителей конкурсного отбора инновационных проектов лучших научно-технических коллективов молодых ученых, аспирантов и студентов, г. Москва - 2006; 2-й международной научно-практической конференции «Магнитоуправляемые контакты (герконы) и изделия на их основе», г. Рязань - 2008.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, включая 4 статьи, 3 из которых - в журналах, рекомендованных ВАК, 9 тезисов в материалах научных конференций и 1 патент на способ и устройство.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (77 источников), приложения, изложенных на 147 страницах, содержит 51 рисунок и 10 таблиц.

Подобные работы
Хамухин Анатолий Владимирович
Разработка и анализ высокоэффективных способов и алгоритмов автоматического сопряжения, синхронизации, юстировки изображений, управления поворотными камерами и обработки информации в приборах и системах видеонаблюдения
Вакунов Николай Вячеславович
Разработка и исследование многомасштабных алгоритмов обработки и анализа изображений в производственных системах контроля качества
Яковлев Александр Владимирович
Методы, модели и алгоритмы формирования и анализа изображений в системе контроля качества материалов и продукции машиностроительного предприятия
Вершинина Валентина Владимировна
Метод и алгоритмы анализа контурных изображений в визуальных информационных системах на основе неоднородной нечеткой семантической сети
Белков Александр Владимирович
Разработка и исследование алгоритмов первичного анализа и схем индексации изображений в визуальных информационных системах
Егошкин Николай Анатольевич
Система обработки и анализа изображений колесных тележек железнодорожных составов на основе сканерной тепловизионной съемки
Бобков Александр Валентинович
Разработка и исследование алгоритмов анализа видимого изображения и их применение в задачах управления
Мурат Дмитрий Павлович
Разработка и реализация алгоритмов метода фотометрического анализа изображений структуры материалов
Карапетян Геворк Карлосович
Разработка, исследование и практическая реализация алгоритмов обработки и анализа графических изображений
Кудряшов Павел Павлович
Алгоритмы обнаружения лица человека для решения прикладных задач анализа и обработки изображений

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net