Анотація до роботи:

Степаненко О.О. Методи, моделі та програмні засоби обробки ехо-імпульсних зображень шаруватих структур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 01.05.02 – математичне моделювання і обчислювальні методи. – Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2009.

У дисертаційній роботі запропоновано, досліджено, створено та застосовано адекватні математичні моделі шаруватих структур, методи, адаптивні алгоритми і програмний комплекс «Зондер-Х» для аналізу й обробки малоконтрастних ехо-імпульсних зображень різної фізичної сутності, як суперпозицій сигналів з різними й апріорі невідомими формами елементарних імпульсів, що перекриваються, при наявності вимірювального й структурного шумів.

Розроблено структуру нового адаптивного алгоритму обробки сигналів для аналізу шаруватих об'єктів, а також модель і метод синтезу нового «відфільтрованого» ехо-імпульсного зображення. Візуалізація результатів належить до області методів комп’ютерного бачення, оскільки візуалізуються полюси (математичні амплітуди), а не реальні фізичні амплітуди, що відповідають моделям. Використання інтегрального перетворення Вігнера-Вілля дозволило поліпшити чутливість візуальної інтерпретації сейсмічних і медичних ехо-імпульсних зображень. Проведено чисельне моделювання процесу обробки класичних і реальних зашумлених імпульсних послідовностей на основі застосування розроблених методів і алгоритмів.

Моделювання проводилося з використанням реальних радіосигналів.

У дисертаційній роботі успішно вирішено наступні актуальні завдання:

1.Проведено огляд і аналіз існуючих методів оцінки параметрів суперпозицій сигналів, що перекриваються. Показано, що жоден з відомих методів (інверсної фільтрації, кепстрального аналізу) не в змозі вирішити поставлене завдання.

2.Зроблено аналіз фізичної моделі шаруватої структури як джерела багаторазових перевіддзеркалень, з наступним синтезом математичної моделі, задля можливості нейтралізації впливу таких перевіддзеркалень. Відомий метод фільтрації Калмана через складність синтезу стохастичної математичної моделі й розходження алгоритму не дозволяє нейтралізувати багаторазові перевіддзеркалення.

3.Розроблено структуру і реалізовано новий адаптивний алгоритм обробки сигналів у вигляді параметричного методу лінійного передбачення (МЛП) і додаткового методу сигнального підпростору (МСП) задля підвищення роздільної здатності, чутливості й вірогідності візуального аналізу ехо-імпульсних зображень різної фізичної сутності, а також нейтралізації впливу паразитних перевіддзеркалень. Суть нового методу базується на послідовному використанні двох різних алгоритмів спектрального аналізу, що дозволяє підвищити інформаційні можливості візуального аналізу ехо-імпульсних зображень стосовно виявлення меж малоконтрастних ділянок.

4.Розроблено модель і метод побудови нового «відфільтрованого» ехо-імпульсного зображення. Візуалізація результатів аналізу ехо-імпульсних зображень у рамках МЛП і МСП належить до області методів комп'ютерного бачення, оскільки візуалізуються полюси (математичні амплітуди), а не реальні фізичні амплітуди відповідних моделей.

5.Проведено чисельне моделювання процесу обробки класичних і реальних зашумлених імпульсних послідовностей на основі застосування розроблених методів, моделей та алгоритмів.

6.Наявність квадратурних компонентів дозволяє формально ввести псевдоеліпсометричну систему координат і підвищити чутливість КІУД в області «низько-амплітудних» (малоконтрастних) ділянок без використання системи часового автоматичного регулювання рівня сигналів. Зроблено порівняльну характеристику можливості використання перетворення Гільберта, короткочасного перетворення Фур'є та інтегрального перетворення Вігнера-Вілля для поліпшення чутливості й візуальної інтерпретації сейсмічних і медичних ехо-імпульсних зображень. Перетворення Гільберта не забезпечує необхідної чутливості для виділення локальних ділянок. Використання методу короткочасного перетворення Фур'є також не дає позитивних результатів через недостатню роздільну здатність як у часовій, так і в частотній областях. Використання час-частотного перетворення Вігнера-Вілля стосовно до аналізу сейсмічних зображень дозволяє підвищити чутливість аналізу.

7. Розроблено структуру, компоненти і реалізовано програмний комплекс «Зондер-Х» для обробки різних типів дійсних ехо-імпульсних зображень.

8. Експериментально апробовано розроблені моделі та методи на прикладі реальних ехо-імпульсних медичних КІУД і НІУД і сейсмічних зображень різних типів; проаналізовано й зіставлено результати застосування методів МЛП і МСП.

МЛП і МСП є доповняючими один одного методами, з погляду необхідності розв’язку різних задач аналізу ехо-імпульсних зображень різної фізичної сутності. Реальне розв’язання задач ідентифікації базується на використанні ітераційних алгоритмів методів МЛП і МСП і візуального оцінювання результатів імпульсного зондування досліджуваних шаруватих структур.

Публікації автора:

1. Степаненко А.А. Разложение суперпозиций неизвестных импульсных сигналов адаптивным спектральным методом линейного предсказания / A.А. Степаненко, А.М. Ахметшин, // Вестник информационных и компьютерных технологий, – М.: Машиностроение. – 2006. – №10. – С. 2 – 12.

2. Степаненко А.А. Анализ эхо-импульсных изображений слоистых структур: метод сигнального подпространства / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Радиоэлектроника. Информатика. Управление. – 2004. – №1. – С. 5 – 9.

3. Степаненко А.А. Разложение суперпозиций неизвестных импульсных сигналов методом адаптивного спектрального анализа второго порядка / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Искусственный интеллект. – 2005 – №3. – С. 610 – 618.

4. Степаненко А.А. Повышение чувствительности ультразвуковой диагностики на основе псевдоэллипсометрических параметров аналитических импульсных характеристик / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Автоматика, Автоматизация, Электротехнические комплексы и системы. – 2005. – №1(15). – С. 90 – 94.

5. Степаненко А.А. Повышение чувствительности ультразвуковой диагностики на основе метода параметрического спектрального анализа второго порядка / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Клиническая информатика и телемедицина. – 2005. – Т.2. – №1. С – 98 – 100.

6. Степаненко А.А. Нейтрализация влияния переотражений в эхо-импульсных изображениях как задача адаптивного спектрального анализа второго порядка / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Питання прикладної математики і математичного моделювання. – 2005. – С. 15 – 22.

7. Степаненко А.А. Анализ эхо-импульсных изображений методом полосовой фильтрации пространства признаков преобразования Вигнера-Вилля / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Системні технології. – 2004. – № 6(35).– С. 113 – 121.

8. Степаненко А.А. Сегментация ультразвуковых медицинских изображений на основе метода нечеткой кластеризации / А.А. Степаненко, Д.М. Пиза // Радиоэлектроника. Информатика. Управление. – 2008. – №1. – С. 24 – 27.

9. Степаненко О.О. Метод сигнального підпростору для аналізу шаруватих структур / О.О. Степаненко, О.М. Ахметшин // Proc. 7 All-Ukranian Int. Conf. on Signal/Image Processing and Pattern Recognition., on October, 11–14, – 2004 р.: collection of the articles. – Kyjiv, 2004. – PP. 127 – 130.

10. Степаненко А.А. Нейтрализация влияния переотражений в эхо-импульсных изображениях как задача адаптивного спектрального анализа второго порядка / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // Друга міжнародна науково–практична конференція "Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем", 17–19 листопада 2004 р.: тези доповідей. – Дніпропетровськ, 2004. – С. 7.

11. Степаненко А.А. Разложение суперпозиций неизвестных импульсных сигналов методом адаптивного спектрального анализа второго порядка / А.А. Степаненко, А.М. Ахметшин // 6-я международная научно-техническая конференция "Интеллектуальные и многопроцессорные системы ИМС'2005", 26 сентября – 1 октября 2005 г.: сб. материалов. – Дивноморск, Россия, 2005. – Т.3. – С. 141 – 145.