Анотація до роботи:

Машталір С.В. Методи морфологічної нормалізації бінарних перерізів зображень. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання та обчислювальні методи. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2004.

Дисертація присвячена розв’язанню задачі обробки зображень в умовах афінних перетворень, а саме – нормалізації зображень для систем технічного зору.

На основі нетрадиційних моделей зображень у виді множин бінарних перерізів напівтонових функцій розподілу яскравостей вивчені умови, що накладаються на бінарні і n-арні відношення, властивості яких забезпечують аналіз зв’язків між окремими елементами або областями двоградаційних зо-бражень і їх сімейств. Досліджено властивості тризначних індикаторних функцій і перетворень їхніх аргументів.

Шляхом встановлення афінно-еквівалентних точок (серед крайніх точок зображень і їх скелетонів) на основі операцій математичної морфології обґрунтовані, розроблені, теоретично та експериментально досліджені методи пошуку параметрів перетворень зображень.

Характерною рисою морфологічної нормалізації є достатня простота і висока ступінь уніфікації всіх операцій при програмно-апаратній реалізації.

У дисертаційній роботі для систем технічного зору знайдене нове рішення актуальної задачі обробки та аналізу зображень в умовах геометричних перетворень, що полягає в розробці методів морфологічної нормалізації напівтонових зображень при афінних трансформаціях на основі представлення відеоданих множинами бінарних перерізів. При проведенні досліджень отримані наступні основні результати:

1. Встановлено, що для підвищення ефективності обробки візуальної інформації в умовах геометричних перетворень доцільно використовувати нетрадиційні моделі відеоданих, що забезпечує передумови для створення перспективних швидкодіючих і надійних методів. Безсумнівний інтерес представляє формалізація зображень у виді множин бінарних перерізів, які відповідають «еквіпотенційним» рівням функцій розподілу яскравостей, що дозволяє на базі досить розвиненого апарату математичної морфології одержувати нові методи та алгоритми, орієнтовані на спрощення та уніфікацію програмно-апаратних засобів.

2. Для множин бінарних перерізів введені і вивчені тризначні індикаторні функції, що оперують з окремими елементами зображень, фрагментами і сімействами перерізів. Результати вивчення зв’язків між перетвореннями двоградаційних зображень і бінарними (n-арними) відношеннями дозволяють виконувати обробку розбивок і покрить поля зору з обліком використовуваних при аналізі форми об’єктів відношень (толерантності, еквівалентності, часткового порядку), що забезпечують їхню стійку інтерпретацію.

3. Показано, що в якості бінарних (n-арних) відношень при обробці двоградаційних зображень в індикаторних функціях може використовуватися суперпозиція теоретико-множинних (перетинання, об’єднання, включення) і алгебраїчних (добуток, транзитивне замикання) операцій, що істотно розширює діапазон розв’язуваних задач аналізу та інтерпретації візуальної інформації.

4. Обґрунтовано правомірність і ефективність обробки бінарних перерізів в умовах геометричних перетворень на базі операцій алгебри Мінковського, а отже, і математичної морфології, що забезпечує простоту та уніфікацію алгоритмів і їхніх обчислювальних моделей, ефективне розпаралелювання на MIMD і SIMD архітектурах.

5. Розроблені, обґрунтовані та досліджені методи морфологічної нормалізації зображень при афінних перетвореннях з досить високими показниками швидкодії, завадостійкості та точності. На відмінність від найбільш відомих методів інтегрального плану морфологічна нормалізація базується на основі пошуку внутрішніх чи граничних (особливих) точок бінарних перері зів, що дозволяє проводити локальну обробку. За рахунок одночасного використання декількох перерізів (усереднення помилок) підвищується надійність обчислень.

6. Синтезовано процедури впорядкування підмножин особливих точок, що дозволяють одержувати і селектувати по точності та надійності набори афінно-еквівалентних (характерних) точок, а в підсумку формувати перевизначені системи лінійних рівнянь для пошуку афінітету з урахуванням компромісу між швидкістю і надійністю алгоритмів нормалізації в залежності від властивостей оброблюваної відеоінформації, характеристик її цифрового представлення і вимог до програмно-апаратної реалізації.

7. Шляхом експериментальних досліджень з бінарними і напівтоновими зображеннями продемонстровані високі показники точності і завадостійкості морфологічної нормалізації. Встановлено, що точність і надійність пошуку параметрів перетворень зображень за допомогою скелетонів не залежить від виду вхідних зображень. Пошук параметрів з використанням крайніх точок менш стійкий, але він більш швидкодійніший.

8. Досліджено шляхи підвищення точності і надійності обчислювальних моделей методів морфологічної нормалізації. Запропоновано використовувати морфологічні методи фільтрації, а також використовувати чисельні методи, за допомогою яких усувається «сходовий» ефект при виділенні контурів бінарних зображень.

9. Результати теоретико-експериментальних досліджень реалізовані та впроваджені у виді прикладних і дослідницьких програмних комплексів, два з яких сертифіковані УкрСЕПРО. Результати дисертації орієнтовані на ефективне використання в системах технічного зору, які призначені для обробки та інтерпретації відеоданих при геометричних перетвореннях в реальному масштабі часу.

Публікації автора:

1. Машталир С.В. Модель обработки множеств бинарных сечений // Вестник Херсонского государственного технического университета. – 2004. – № 1(19). – С. 92–95.

2. Машталир С.В., Мегель Ю.Е., Путятин Е.П. Анализ изображений биологических объектов по бинарным сечениям // Радиоэлектроника и информатика. – 2004. – № 2. – С. 116–121.

3. Машталир С.В. Поиск аффинитета на основе скелетонизации бинарных изображений // Прикладная радиоэлектроника. – 2003. – Т. 2, № 2. – С. 188–192.

4. Машталир С.В., Путятин Е.П. Морфологическая обработка изображений динамических объектов // Автомобильный транспорт. Вып. 12. – Харьков: ХНАДУ, 2003. – С. 55–58.

5. Машталир С.В., Путятин Е.П. Свойства отношений на множествах бинарных изображений // Матер. междунар. научно-техн. конф. «Искусственный интеллект. Интеллектуальные и многопроцессорные системы». – Таганрог: ТГРУ, 2004. – Т.2. – С. 259–263.

6. Chupikov A, Mashtalir S., Yegorova E. Morphological normalization of image binary cuts // Book of abstracts of International Conference on Computer Vision and Graphics. – Warsaw: PJIIT. – 2004. – P. 47.

7. Машталир С.В. Операции над множеством бинарных сечений изображений // Матер. 8 междунар. молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков: ХНУРЭ, 2004. – Т. 2. – С. 84.

8. Машталир С.В., Путятин Е.П. Нормализация изображений динамических объектов // Матер. 11-ої міжнар. конф. по автоматичному управлінню «Автоматика – 2004». – Київ: НУПТ, 2004. – Т.1. – С. 78.

9. Машталир С.В. Представление структурных элементов при обработке бинарных сечений изображений // Матер. 7 междунар. молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков: ХНУРЭ, 2003. – С. 520.

10. Машталир С.В. Применение скелетонов для поиска аффинно-эквива-лентных характерных точек изображений // Сб. тез. докл. по матер. меж-дунар. научн. конф. «Теория и техника передачи приема и обработки информации». – Харьков: ХНУРЭ, 2003. – С. 319–320.

11. Машталир С.В., Путятин Е.П. Предварительная обработка бинарных сечений изображений // Сб. научн. трудов по матер. 8 междунар. конф. «Теория и техника передачи приема и обработки информации». – Харьков: ХНУРЭ, 2002. – С. 539–540.

12. Машталир С.В. Геометрические преобразования бинарных сечений изображений // Сб. научн. трудов по матер. 5 междунар. молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков: ХГТУРЭ, 2001. – Т. 1. – С. 73–74.

13. Машталир С.В., Путятин Е.П. Прямые методы нормализации изображений // Сб. научн. трудов по матер. 6 междунар. конф. «Теория и техника передачи приема и обработки информации». – Харьков: ХГТУРЭ, 2000. – С. 320–322.

14. Машталир С.В. Модели геометрических преобразований изображений на базе алгебры Минковского // Сб. научн. трудов по матер. 4 междунар. молодежного форума «Радиоэлектроника и молодежь в XXI веке». – Харьков: ХГТУРЭ, 2000. – Ч. 2. – С. 112–113.