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
Теоретические основы информатики

Диссертационная работа:

Заливин Александр Николаевич. Разработка субполосных методов и алгоритмов предварительной обработки изображений земной поверхности: автореферат дис. ... кандидата технических наук: 05.13.17 / Заливин Александр Николаевич;[Место защиты: Белгородский государственный национальный исследовательский университете].- Белгород, 2012.- 24 с.

смотреть введение
Введение к работе:

Актуальность работы.

Изображения земной поверхности (ИЗП) широко используются для решения задач информационного обеспечения в сельском и лесном хозяйстве, экологии, мониторинге и контроле чрезвычайных ситуаций, при проведении научных и прикладных исследований окружающей среды и др.

В большинстве случаев ИЗП получают в ходе проведения дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) при помощи установленных на космических аппаратах различных оптико-электронных датчиков, которые реагируют на энергию в определенных диапазонах длин электромагнитных волн (разно-спектральные ИЗП). Использование нескольких диапазонов длин волн обусловлено необходимостью получения дополнительной информации об изучаемых объектах. При этом возникает задача комплексирования таких изображений с целью повышения общей информативности относительно одних и тех же участков земной поверхности. Для установления закономерностей широко применяется сопоставление ИЗП или их фрагментов, полученных в различные моменты времени, что принято называть совмещением. При анализе фрагментов ИЗП часто возникает необходимость изменения их размеров (масштабирование). Достоверность результатов анализа и обоснованность выводов во многом зависят от контрастности и резкости контуров фрагментов ИЗП, что принято называть визуальным качеством.

Обработку ИЗП с целью повышения визуального качества, комплексирования и совмещения принято называть предварительной обработкой.

Применяемые в настоящее время методы повышения резкости и выделения контуров фрагментов изображений чувствительны к воздействиям флуктуационных шумов, что часто приводит к появлению лишних деталей (ложные контуры) на результирующих изображениях. Поэтому возникает необходимость разработки градиентных операторов менее чувствительных к указанным искажениям исходных данных, что можно осуществить на основе создания методов оценивания производных компонент ИЗП из отдельных интервалов пространственных частот (ПЧ).

Для повышения резкости изображений обычно используют усиление компонент из области высоких ПЧ, что осуществляется на основе их выделения и добавления результата фильтрации к исходному изображению. Однако необходимо провести дополнительные исследования по уточнению области ПЧ, которые содержат компоненты изображений, дающие наибольший эффект в повышении резкости, и выбрать наилучший метод их выделения.

Масштабирование обычно реализуется на основе прореживания (уменьшение размеров) или интерполяции (увеличение размеров). Применяемые в настоящее время методы интерполяции не позволяют учесть свойства ИЗП, которые проявляются в наличии повышенных долей их энергий в областях ПЧ достаточно малых размеров.

В основе метода определения одних и тех же фрагментов земной поверхности присутствующих на разных изображениях, применяется оценива-

ниє их идентичности с использованием меры близости в виде пространственного коэффициента корреляции, который недостаточно чувствителен к различиям в значениях сравниваемых наборов пикселей. Поэтому необходимо усовершенствовать этот метод на основе разработки таких преобразований ИЗП, к результатам которых указанная мера идентичности будет более чувствительна, чем к исходным данным.

Комплексирование разноспектральных ИЗП обычно сводится к созданию (синтезу) нового изображения, на котором с повышенной резкостью были бы представлены все объекты наблюдаемой сцены, что часто реализуется на основе суммирования с некоторыми весовыми коэффициентами либо самих изображений, либо их компонент из областей высоких ПЧ. Повысить качество синтезируемого изображения можно на основе усиления соответствующих компонент из адаптивно определяемых интервалов ПЧ.

Таким образом, актуальность темы диссертационных исследований определяется тем, что информативность ИЗП в задачах их анализа может быть повышена на основе использования компонент из различных интервалов ПЧ. Методы и алгоритмы предварительной обработки ИЗП, усовершенствованные на основе использования их компонент из адаптивно определяемых интервалов ПЧ, представляется естественным называть субполосными.

Целью данной работы является совершенствование предварительной обработки изображений земной поверхности на основе разработки и применения методов и алгоритмов субполосного анализа и синтеза их компонент в определяемых в процессе обработки ( адаптивно) интервалах пространственных частот.

Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:

  1. Разработка метода и алгоритма адаптивной субполосной обработки ИЗП для повышения их резкости;

  2. Разработка метода и алгоритма субполосной интерполяции фрагментов изображений для повышения точности их масштабирования;

  3. Разработка субполосного градиентного оператора, устойчивого к воздействию на исходные данные флуктуационных шумов, и соответствующих алгоритмов решения задач выделения и повышения контрастности контуров фрагментов изображений;

  4. Повышение эффективности метода совмещения ИЗП на основе преобразований исходных данных, позволяющих повысить чувствительность пространственного коэффициента корреляции к идентичности их совмещаемых фрагментов;

  5. Разработка и исследование алгоритмов комплексирования разно-спектральных ИЗП на основе адаптивного выделения компонент ПЧ, позволяющих повысить резкость синтезируемого изображения;

  6. Разработка программных реализаций созданных алгоритмов предварительной обработки изображений.

Объект исследований: изображение земной поверхности. Предмет исследования: методы предварительной обработки ИЗП.

Методы исследований. В работе использованы методы субполосного анализа/синтеза, статистического анализа, цифровой обработки изображений, линейной алгебры и вычислительных экспериментов.

Научную новизну работы составляет следующее:

  1. Эмпирически установленные связи резкости изображений, включая ориентацию их линейных структур, с компонентами из различных интервалов ПЧ.

  2. Субполосные методы численного дифференцирования и интерполяции изображений, позволяющие учесть распределение их энергий по интервалам ПЧ.

  3. Субполосный градиентный оператор на основе субполосного численного дифференцирования, обладающий большей устойчивостью к воздействиям на исходные данные флуктуационных шумов, чем операторы, применяемые в настоящее время для выделения контуров фрагментов изображений.

  4. Метод повышения чувствительности пространственного коэффициента корреляции к идентичности сравниваемых фрагментов совмещаемых изображений на основе применения субполосного градиентного оператора.

Практическая значимость работы определяется алгоритмами, которые позволяют повысить качество предварительной обработки изображений.

Диссертационное исследование выполнялось в рамках следующих федеральных проектов: ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры для инновационной России» на 2009-2013 годы, Госконтракт № 14.740.11.0390; аналитическая ведомственная целевая программа МОН РФ «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2011 годы)», проекты 2.1.2/656 и 2.1.2/9382.

Полученные результаты также используются при проведении НИР и ОКР ЗАО «НЛП «СПЕЦ-РАДИО», что подтверждается соответствующим актом, а так же в учебном процессе магистрантов факультета КНиТ НИУ «БелГУ».

Область исследования. Содержание диссертации соответствует паспорту специальности 05.13.17 «Теоретические основы информатики» (технические науки) по следующим областям исследований:

п. 5. Разработка и исследование моделей и алгоритмов анализа данных, обнаружения закономерностей в данных и их извлечениях разработка и исследование методов и алгоритмов анализа текста, устной речи и изображений.

п. 7. Разработка методов распознавания образов, фильтрации, распознавания и синтеза изображений, решающих правил. Моделирование формирования эмпирического знания.

Положения, выносимые на защиту:

  1. Субполосные методы и алгоритмы численного дифференцирования и интерполяции изображений, устойчивые к воздействию флуктуационных помех.

  2. Методы и алгоритмы повышения резкости ИЗП и контрастности контуров их фрагментов на основе оптимального выделения компонент из

адаптивно определяемых интервалов ПЧ и применения субполосного градиентного оператора.

  1. Метод и алгоритмы совмещения изображений на основе применения субполосного градиентного оператора, повышающего чувствительность меры идентичности, а, следовательно, обоснованность результата.

  2. Алгоритмы комплексирования разноспектральных изображений на основе субполосной интерполяции и оптимального выделения компонент из адаптивно определяемых интервалов ПЧ.

Достоверность выводов и рекомендаций обусловлена адекватностью субполосных методов задачам предварительной обработки ИЗП, корректностью применяемых математических преобразований, а также подтверждается результатами вычислительных экспериментов с реальными эмпирическими и модельными изображениями.

Личный вклад соискателя. Все изложенные в диссертации результаты исследования получены либо соискателем лично, либо при его непосредственном участии.

Апробация результатов диссертационного исследования.

Результаты диссертационного исследования обсуждались на следующих научно-технических конференциях: Первая и Вторая Международная научно-техническая конференция, «Компьютерные науки и технологии», 2009 г., 2011 гг., Белгород, Россия; Областная научно-практическая конференция «Белгородская область: прошлое, настоящее и будущее», 22-23 декабря 2009 г., Белгород, Россия; IX международная научно-техническая конференция «Проблемы информатики и моделирования (ПИМ-2009)», 26-28 ноября 2009 г, Харьков, Украина; XXIII международная научной конференция «Математические методы в технике и технологиях ММТТ-23», 22-25 июня 2010 г, Саратов, Россия; Международная научно-практическая Интернет-конференция: «Инновационные подходы к применению информационных технологий в профессиональной деятельности», 2-25 июня 2010 г, Белгород, Россия; 13-я Международная конференция «Цифровая обработка сигналов и ее применение - DSPA - 2011», 30 марта - 01 апреля 2011 года, Москва, Россия; Одиннадцатая международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» 27-29 апреля 2011 года, Санкт-Петербург, Россия; Международная научно-техническая интернет-конференция «Информационные системы и технологии» 1 апреля - 31 мая 2011, Орел, Россия; XIV Международная научно-техническая конференция «Медико-экологические информационные технологии - 2011», 4-8 июня 2011 г.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 17 печатных работ (из них 4 в журналах из списка ВАК РФ), в том числе два Свидетельства Роспатента РФ о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и Приложений. Работа изложена на 155 страницах машинописного текста, включая 45 рисунков, 18 таблиц и список литературных источников из 116 наименований.


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