Реализация системы обработки изображений линейчатых объектов

РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИИ ЛИНЕЙЧАТЫХ ОБЪЕКТОВ

А.А. Орлов, к.т.н.

Для большинства классов изображений наибольшую ценность представляют данные препарата протяженных линейчатых объектов. Таковыми являются, например, контуры на изображениях. По границам (контурам) человек распознает и анализирует форму объектов на рассматриваемой сцене. Сообразно с этим в области компьютерной обработки изображений существует большее количество работ, связанных с выделением и анализом границ (напр.: Методы компьютерной обработки изображений. М.: Физматлит, 2003 и Yin Y., Tian G.Y., Automatic X-Ray Image characterization for Non-Destructive Evaluation, School of Computing and Engineering Researchers' Conference, University of Hudders-field, Dec 2006). Имеются также сцены, на которых непосредственно присутствуют изображения объектов в виде полос (линейчатых образов). Это изображения рукописей, треков движения объектов и частиц, сварных соединений, ребер на флюорограммах и многое другое.

На простых изображениях выделение и анализ таких полосовых объектов (или просто полос) не составляет трудности, но на сложных и малоконтрастных реальных сценах выделяемые объекты разрушены шумом и присутствием других образов. Анализ таких изображений является весьма малоизученной предметной областью: большинство методов данной сферы являются эмпирическими, а некоторые важные ее задачи до сих пор не решены.

Актуальным является создание новой математической теории, позволяющей построить алгоритм (связанный с полосовым анализом) для реализации системы обработки линейчатых изображений.

Целью работы является создание системы обработки и анализа полосовых растровых образов.

Можно показать, что на многих изображениях среднестатистически профиль (срез) яркости полосы на полутоновом изображении аппроксимируется второй производной гауссиана j(x)=

--(1-x2 ) e

Для анализа таких перепадов яркости будем использовать вэйвлет-преобразование (Малла С. Вэйвлеты в обработке сигналов. М.: Мир, 2005):

Л

W(u,s)=s J

1M'f.

dt,

где f(t) - профиль функции яркости исходного изображения; s - масштаб, равный полуширине полосы.

Коэффициент L обеспечивает

равновесо-

мость откликов на перепады яркости различных масштабов.

Для обратного вэйвлет-преобразования используется выражение:

I

Л.

g(')=с J J W(u,s)j C 0

ft \ t—u

s

ds dt—,

Ss

где С - нормирующий множитель; у/(ю) - Фурье-спектр Y(t).

В работе С. Малла (ссылку см. выше) показано, что Фурье-спектр g(t):

g(a)=

f

C

1И H 2т

0s

Будем полагать, что, интегрируя не от -ж до +ж, а в промежутке мы подавляем (фильт-

руем) перепады с масштабом не из этого промежутка, то есть выделяем перепады яркости с масштабом от s1 до В результате образуется фильтр, подчеркивающий средние частоты, соответствующие [^,52].

Обобщим формулы на двухмерный случай. Будем решать задачу выделения полосы, заданной функцией /: Я2 ^Я. Для этого представим полосу как объект, состоящий из некоторых сегментов. Каждый сегмент аппроксимируем второй произ-

х2+/

водной гауссоида р(х,у)=(1—х2 )е 2 .

В таком случае фильтрация полосы запишет-

ся:

g(œ,v)-

J(q,v) с

J Ijj sœ,my)\2—

J I is

2 2 2

где *Р(ю,у)=[1-( 1—ш )е~а ]е~у ; т - параметр, характеризующий длину сегмента полосы.

Обозначим данное преобразование как и(х,у)=Р/(х,у)^^2]. Введем интегральное преобразование, учитывающее ориентацию сегмента полосы:

g(x,yß)=F

f (Icose -sine\lx\^ s s f ((sine cose)(y))'si's2

где в- угол поворота поверхности г=у(х,у) вокруг оси аппликат.

Введенное выражение назовем интегральным преобразованием по сегменту полосы полушириной [$1, S2].

s

s

x

2

Таким образом, алгоритм выделения полос будет состоять из двух шагов:

1) формирование функции д(х,у,0;

2) поиск максимальных значений по углам из заданного промежутка [01 ,&].

На основе полученной теории на языке программирования С++ разработана система для вы-

деления полосовых образов. Созданная система исследовалась на тестовых образах и апробирована на реальных изображениях ребер на флюоро-граммах, текстах рукописей и дефектоскопических снимках для выделения трещин. Получены хорошие результаты, подтверждающие высокое качество работы алгоритмов системы.

СТРУКТУРА ПОДСИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕХОДНЫХ КРИВЫХ И ЭЛЕМЕНТОВ ПЛИТНОГО ПОКРЫТИЯ КОЛЕСОПРОВОДА

Е.А. Аникеев, к.т.н.

Эффективная компьютерная поддержка совершенствования технологии процессов вывозки древесины путем моделирования и расчета элементов плитного покрытия на переходных кривых лесовозных автомобильных дорог (ЛАД) требует решения многочисленных задач. В первую очередь, это системные задачи для создания подсистемы соответствующего назначения в составе САПР ЛАД, интегрированной с САПР технологической подготовки производства и организации вывозки древесины. Развивая идеи построения интегрированных САПР применительно к системной организации прикладных и обслуживающих проектных процедур, используемых при моделировании переходных кривых и элементов плитного покрытия колесопровода, предложена структурная схема подсистемы моделирования переходных кривых (ПК) ЛАД, отличающаяся использованием конвейерной модели системы с унифицированным системным интерфейсом контейнерного типа.

Использование подобных системных решений позволяет структурировать рассматриваемую подсистему моделирования ПК и элементов плитного покрытия колесопровода в виде функциональных и обслуживающих подсистем, таких как:

- мониторная подсистема, обеспечивающая взаимосвязь функциональных подсистем при моделировании переходных кривых и элементов плитного покрытия колесопровода и взаимодействие при работе в составе интегрированной САПР ЛАД;

- информационная подсистема, обеспечивающая ведение проектной базы данных подсистемы, включающей оперативную базу данных проектных решений, библиотеки объектов унифицированных проектных элементов, а также типовые нормы и правила, используемые при проектировании лесовозных автомобильных дорог;

- архивная подсистема;

- подсистема моделирования зоны плитного покрытия колесопровода на переходных кривых ЛАД, обеспечивающая расчет и оптимизацию параметров переходных кривых;

- подсистема моделирования элементов плитного покрытия колесопровода на переходных кривых ЛАД;

- подсистема формирования табличных данных для типовых технологических карт;

- подсистема повторного использования проектных решений;

- проектирование трассы переходной кривой, в том числе с виражем или без него в зависимости от конкретных условий рельефа;

- трассирование зон плитного покрытия ко-лесопровода;

- вариационное моделирование кинематических особенностей движения подвижного состава лесовозного автомобильного транспорта;

- моделирование зон плитного покрытия ко-лесопровода.

Подсистема моделирования элементов плитного покрытия (ЭПП) предусматривает решение основных функциональных задач, таких как предварительное моделирование конфигурации плитных элементов колесопровода, оптимизация набора плитных элементов, формирование ряда унифицированных плитных элементов (УПЭ), моделирование плитного покрытия монтажных зон ко-лесопровода, оптимизация конфигурации УПЭ.

Структурная схема подсистемы моделирования ПК приведена на рисунке.

Три первые подсистемы являются обслуживающими и обеспечивают системную организацию функциональных подсистем подсистемы моделирования ПК, а также интеграцию этой подсистемы через коммуникационную подсистему САПР в интегрированную информационную среду САПР ЛАД и формирование технологии вывозки древесины. Остальные подсистемы являются функциональными, обеспечивающими формирование проектных данных для типовых технологических таблиц процесса вывозки древесины лесовозным автомобильным транспортом.

Подсистемы функционального моделирования плитного покрытия переходных кривых ЛАД системно организованы по схеме «звезда», в центре