Обнаружение объектов минимального контраста на цифровых изображениях

УДК 621. 391: 621.397: 004. 932. 051

ОБНАРУЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ МИНИМАЛЬНОГО КОНТРАСТА НА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ

А.Н. Четвертаков

В работе показана возможность автоматического обнаружения объектов на цифровых изображениях путем использования функции отношений главных миноров З-матрицы изображения. При решении многих практических задач технического зрения необходимо определять момент появления объекта на изображении. В статье рассмотрен случай задачи технического зрения в случае минимального контраста объекта относительно фона. Канонический вид функции эффективности был использован в качестве алгоритма различения объектов. Видеосигнал по всему полю изображения пропорционален контрасту объекта относительно фона. Рассмотрен пример обнаружения прямоугольника на фоне с малым контрастом. Для этого рассматривалась S-матрица (матрица рассеивания) для прямоугольника. В статье приведены график отношения главных миноров для объекта, а также сравнительный график для прямоугольника при различных значениях контраста. В статье делается вывод, что по диагональному виду З-матрицы изображения без постоянной составляющей возможно обнаружение объектов минимального контраста на изображении.

Ключевые слова: функция эффективности, канонический вид функции эффективности, З-матрица изображения, отношения главных миноров.

При решении многих практических задач технического зрения необходимо определять момент появления объекта на изображении. Особенную важность приобретает такая возможность в случаях минимального контраста объекта относительно фона, когда это затруднительно или невозможно установить визуально.

В [1] показано, что основой для построения алгоритмов различения объектов заданной формы может служить канонический вид функции эффективности. Применим этот аппарат для обнаружения момента появления на изображении объекта минимального контраста.

Рассмотрим участок изображения размером М х N пикселей, содержащий объект яркостью Ь. Прилегающий к объекту участок изображения характеризуется яркостью а (рис. 1). Объект имеет площадь Б6 и характеризуется контрастом А = Ь- а.

Постоянная составляющая яркости изображения в соответствии с рисунком 1 будет

иметь вид

Б - Б,

Ь а + ^Ь, Б

где Б = М х N - общая площадь участка изображения.

Будем считать, что видеосигнал изображения пропорционален яркости с единичным размерным коэффициентом. Тогда видеосигнал изображения без постоянной составляющей запишется как

Б

д =--- - А - в области фона;

Б

д =

Б -Б^

Б

-А - в области объекта.

Рис. 1. Участок изображения

Из (2) и (3) следует, что при принятых предположениях видеосигнал по всему полю изображения пропорционален контрасту объекта относительно фона.

При нахождении ^-матрицы [2] ее элементы нормируются на энергию сигнала. Поэтому после вычитания постоянной составляющей из изображения и последующего измерения коэффициентов ^-матрицы, результат перестает зависеть от контраста объекта. Следовательно, диагональный вид ^-матрицы изображения объекта должен формироваться при минимально возможном контрасте (А = 1) и оставаться неизменным при увеличении контраста.

ао =

Рассмотрим влияние контраста объекта на отношения главных миноров S-матрицы. Ниже (рис. 4) приведены графики отношений главных миноров для изображения прямоугольника (рис. 2) при разных значениях контраста, но при наличии постоянной составляющей.

Цифрами 1, 2, 3 обозначены контрасты А = 70, А = —70 и А = —130, соответственно. Яркость фона во всех случаях a = 150 . Пунктирной линией изображен график отношений главных миноров, но при устранении постоянной составляющей. Он совпадает для всех трех значений контраста. Таким образом, при устранении постоянной составляющей из исходного изображения, контраст объектов не влияет на отношения главных миноров ^-матрицы.

ед

G_I_I_!_I_I_I_1-1_I_I-1_I_> I '_I_I I I_I_> I I -1_I_I I I -

1 2 3 4 5 В 7 В 9 10 11 12 13 И 15 1В 17 18 19 20 21 22 23 24 25 2Б 27 2В 29 30 j

Рис. 3. Отношения главных миноров S-матрицы

вд

\ 1 1 .1 1 1 A..... I

1 i А л

1 1 \ / \ ! 1 J i у i / i / 5 2

L \ \ \ 1 ! А 1 1 /\ \ • \ \ ... 1 / 1 'J J fx V /1 ,— 1_ A

\ \ \\ ' \\ ' i /А\ 1 //Лv //Л\ 1 , /AV г П ^ \\ 1 // х\'-I/ /\\Л ^ // у\ NS.1 / л j f / / T 1 / / \ i if л \/ * лЛ ' /A\

\\\V Л i ff / \\\ V: fff/ ' V л Г /// tlf/ tltf -----Г 1 Jt\ ' \W i r i i

I 3 4- Б- Ь 7 У !: I  Г 13 К И I! ^

Рис. 4. Графики отношений главных миноров при различных значениях контраста

Ниже показано тестовое изображение в виде прямоугольника (рис. 2) и график отношений главных миноров ^-матрицы для этого изображения (см. рис. 3), лишенного постоянной составляющей.

Рис. 2. Тестовое изображение

Рассмотрим фрагмент реального изображения (рис. 5а) и тот же фрагмент, но с появившимся малоконтрастным объектом

в виде прямоугольника (рис. 5б). Ниже приведены разности отношений главных миноров двух кадров видеопоследовательности

рисунка 5б и рисунка 5 а (рис. 6). Сплошной линией показан график, если из видеосигнала изображения убирается постоянная составляющая, а штриховой линией - если постоянная составляющая не изменяется. Анализ графика показывает, что определение

момента появления объекта возможно при превышении функцией £(/) некоторого порогового уровня. Данный эффект устойчиво наблюдается, если отношение площади объекта к площади участка изображения более 0,05 [3].

а) б)

Рис. 5. Два соседних кадра видеопоследовательности

Рис. 6. Графики разности отношений главных миноров

Таким образом, по диагональному виду ^-матрицы изображения без постоянной составляющей возможно обнаружение объектов минимального контраста на изображении.

Литература

1. Каноническая форма функции эффективности двумерной дискретной фильтрации / А.В. Богословский [и др.] // Радиотехника. Тамбов, 2009. № 1. С. 73-77.

2. Богословский А.В., Жигулина И.В. Эффективность многомерной дискретной фильтрации // Радиотехника. Тамбов, 2008. № 4. С. 11-16.

3. Богословский А.В., Четвертаков А.Н., Жигулина И.В. Способ обнаружения появления

объектов на изображениях. №2465649 от 27.10.2012 г.

Патент РФ

2.

3.

References

Kanonicheskaya forma funktsii effektivnosti dvumernoy diskretnoy fil'tratsii / A.V. Bogos-lovskiy [i dr.] // Radiotekhnika. Tambov, 2009. № 1. S. 73-77.

Bogoslovskiy A.V., Zhigulina I.V. Effektivnost' mnogomernoy diskretnoy fil'tratsii // Radiotekhnika. Tambov, 2008. № 4. S. 11-16. Bogoslovskiy A.V., Chetvertakov A.N., Zhigulina I.V. Sposob obnaruzheniya poyavleniya ob"ektov na izobrazheniyakh. Patent RF №2465649 ot 27.10.2012 g.

DETECTION OF MINIMUM CONTRAST OBJECTS ON DIGITAL IMAGES

A.N. Chetvertakov

This paper shows the possibility of automatic detection of objects on digital images by using the function relationship of principal minors of S-matrix image. Is necessary determined the time of appearance of the object in the image in solving many practical problems of technical eye. In this paper we consider the case of technical problems in the case of minimum contrast of the object relative to the background. The canonical form of the function of effectiveness was used as an algorithm for distinguishing ob-

jects. The video signal throughout the image is proportional to the contrast of the object relative to the background. Example detection rectangle was considered against the background of low contrast. To do so was considered S-matrix (matrix diffusion) for the rectangle. The article presented plot of the ratio of the principal minors of the object, as well as a comparative graph of the rectangle at different contrast. The article concludes that the diagonal form S-matrix of the image without the constant component of the possible detection of objects minimum contrast of the image.

Key words: the function of efficiency, the effectiveness of the canonical form of the function, S-matrix of the image, the relationship of principal minors.

КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ

УДК 371.64/.69

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ РЕСУРСОВ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ: ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ

Е.А. Акользина

Описаны достоинства и недостатки использования электронных образовательных ресурсов в процессе обучения. В статье приведено определение термина электронные образовательные ресурсы. К достоинствам электронных образовательных ресурсов относят мультимедийное представление информации, моделирование процессов, удобство поиска информации, интерактивность, сетевое распространение, открытость для введения новых записей. К недостаткам относят перенасыщение учебного процесса, возникновение проблемы информационной безопасности личности, возникновение дополнительной когнитивной нагрузки, отклонения пользователя от образовательной траектории. С использованием электронных образовательных ресурсов связаны и проблемы закупки современной техники, структурирования информации, авторского права, подготовки кадров, способных вести обучение с электронными ресурсами. В статье делается вывод, что электронные образовательные ресурсы благоприятствуют развитию информационных компетенций, способствуют формированию конкурентоспособной личности на рынке труда. Электронные образовательные ресурсы повышают значимость самостоятельной образовательной деятельности учащихся. Комплексное использование традиционных и электронных средств обучения поможет сформировать целостную образовательную траекторию, а, следовательно, достичь желаемого результата.

Ключевые слова: электронный образовательный ресурс, информационная культура, информационное общество.

Федеральный государственный стандарт высшего профессионального образования предполагает активное использование электронных образовательных ресурсов в процессе обучения. Такое нововведение является закономерным, так как соответствует основным тенденциям развития общества. Современное общество нуждается в специалистах с высоким уровнем информационной культуры. Информационная культура [1] выражается в наличии у человека комплекса знаний, умений, навыков и рефлексивных установок во взаимодействии с информационной средой. Учитывая специфику исследования, выделим формирования информационной культуры как

главное достоинство использования электронных образовательных ресурсов (ЭОР).

Согласно ГОСТ Р 53620 - 2009 «Информационно-коммуникационные технологии в образовании. Электронные образовательные ресурсы. Общие положения» электронный образовательный ресурс - это образовательный ресурс, представленный в электронной цифровой форме и включающий в себя структуру, предметное содержание и метаданные о них. В работе О.В. Насс, электронные образовательные ресурсы трактуются как «компьютерные средства, которые могут быть спроектированы и использованы педагогами для достижения целей обучения» [2].