Анотація до роботи:

Карпенко А.П. Оцінки розходження між зображеннями та методи їх застосування в задачах розпізнавання образів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.23 - cистеми та засоби штучного інтелекту. - Харківський національний університет радіоелектроніки, Харків, 2003.

Розроблені два види нових числових оцінок розходження між зображеннями та методи їх застосування. В основу першого виду покладені нові оцінки - непропорційності числових функцій. На їх основі розроблені алгоритми локального структурного розпізнавання складних зображень, що складаються з фрагментів еталонів, які зазнають лінійного або нелінійного перетворень, коефіцієнти яких невідомі. Розпізнавання дозволяє виділити фрагменти еталонів в аналізованому зображенні та є інваріантним до коефіцієнтів перетворень.

В основу другого виду оцінок покладені узагальнені числові характеристики випадкової величини, що дозволяють інтегрально описувати будь-які зміни зображень, представлених функціями щільності розподілу випадкової величини. Показана ефективність застосування цих характеристик у технічній діагностиці при дослідженні статистичних взаємозв'язків.

Створені методики використання нових оцінок розходження між зображеннями при аналізі ЕКГ.

У дисертаційній роботі наведено нове вирішення наукової задачі, що полягає в розробці нових числових оцінок розходження між зображеннями, представленими числовими функціями одного параметра та законами розподілу випадкової величини. Отримані методи застосування нових оцінок при аналізі, розпізнаванні та дослідженні зображень. В основу першого виду оцінок покладені характеристики непропорційності числових функцій одного параметру, а в основу другого - узагальнені числові характеристики випадкової величини. При проведенні дисертаційних досліджень одержані такі принципово нові результати.

1. Проведено аналіз основних методів визначення величини розходження між зображеннями. Встановлена необхідність розроблення нових оцінок.

2. Розроблено новий метод розпізнавання образів на основі характеристик непропорційності числових функцій, що дозволяють здійснювати локальне розпізнавання та аналіз, інваріантний до значень коефіцієнтів функції породження зображень -поліноміальної залежності та її окремих випадків (пропорційної, лінійної або степеневої залежності). У рамках цього методу визначені нові властивості інваріантності локального критерію схожості зображень - інваріантність, інваріантність першого роду, інваріантність другого роду. Досліджені властивості інваріантності характеристик непропорційності (непропорційності за похідною, за значенням, відносної непропорційності та m-непропорційності) до значень невідомих коефіцієнтів функцій породження зображень. На основі характеристик непропорційності проведене математичне дослідження внутрішньокласових і міжкласових відношень між елементами.

3. На основі характеристик непропорційності отримані та досліджені нові числові характеристики - інтегральні непропорційності, які оцінюють відхилення залежності між числовими функціями від пропорційної на поточному інтервалі. Ці характеристики інваріантні до коефіцієнта пропорційного перетворення і позбавлені обмежень у використанні, які властиві непропорційностям.

4. Запропоновані абсолютні усереднені непропорційності, що дозволяють оцінювати відхилення залежності між числовими функціями від пропорційної на інтервалі і мають властивості інваріантності характеристик непропорційностей та інтегральних характеристик непропорційностей, що покладені в їх основу.

5. Розроблені алгоритми структурного розпізнавання складних зображень, що представлені числовими функціями параметра . Розглянуті випадки, коли аналізоване зображення являє собою: суму довільних фрагментів еталонів з невідомими ваговими коефіцієнтами; сигнал, що являє собою суму фрагментів еталонів з подальшим підсиленням та стисканням; сигнал, що складається з послідовності фрагментів еталонів, спотворений нелінійним (поліноміальним) перетворенням. Основна відмінність від відомих методів розпізнавання полягає в тому, що розпізнавання здійснюється локально при заданому значенні параметра , інваріантно до значень коефіцієнтів, що наявні у функціональних залежностях, за допомогою яких з фрагментів заданих еталонів формується аналізоване зображення.

6. Розроблено нову оцінку - інформаційну узагальнену числову характеристику випадкової величини, яка дозволяє інтегрально описувати будь-які зміни зображень, представлених функціями щільності розподілу. Ця характеристика узагальнює деякі властивості ентропії і математичного очікування, тобто вона одночасно чутлива як до зміни форми графіка щільності розподілу випадкової величини, так і до його положення на числовій осі, що дозволяє використовувати її для кількісного опису поведінки випадкової величини в інформаційних одиницях. На основі інформаційної узагальненої числової характеристики отримана абсолютна узагальнена числова характеристика, що має розмірність випадкової величини. Проведено дослідження властивостей цих характеристик на прикладі деяких законів розподілу.

7. На базі інформаційної та абсолютної узагальнених числових характеристик запропоновані оцінки розбіжності законів розподілу. Ці характеристики дозволяють кількісно описувати відхилення аналізованого закону розподілу від еталонного, виявляти причину нестабільності контрольованих випадкових параметрів, досліджуючи статистичний, наприклад кореляційний зв'язок відхилень законів розподілу з іншими параметрами. Розмірність інформаційної оцінки дозволяє використовувати її для кількісного опису величини розбіжності двох зображень, які описані системою щільностей розподілу випадкових величин, що вимірюються в різних фізичних одиницях.

8. Показана ефективність застосування узагальнених числових характеристик випадкової величини у технічній діагностиці при дослідженні статистичних взаємозв'язків. Конкретно, на основі використання інформаційної узагальненої числової характеристики, установлений факт появи загального параметричного впливу в системі стохастичних об'єктів, зокрема у багатоканальній системі телеметрії; установлені причини нестабільності контрольованого параметра (діаметра гранул, вироблених віброгранулятором), який описується щільністю розподілу випадкової величини.

9. Створені методики використання інтегральних характеристик непропорційності для кількісного аналізу форми зубців і сегментів ЕКГ інваріантно до невідомого коефіцієнта передачі від серця до електрокардіографа. Розроблені методики використання абсолютної узагальненої інтегральної характеристики та її модифікованого варіанта для виявлення та кількісного опису відхилень законів розподілу контрольованих параметрів ЕКГ в зону патологічних значень та вивчення динаміки їх змін. Розроблено комплект комп'ютерних програм, призначених для дослідження змін, які відбуваються з Т-зубцем ЕКГ у обстежуваних під дією фізичного навантаження, аналізу тривалості електричної систоли та величини відхилення сегмента ST від ізолінії. Ці програми використовуються фахівцями-кардіологами лінійної поліклініки ст. Суми і на кафедрі терапії медичного факультету СумДУ.

Публікації автора:

1. Авраменко В.В., Карпенко А.П. Интегральная оценка плотности распределения случайной величины // Современные технологии машиностроения. Прогрессивные технологии в вузе: Темат. сб. научн. статей. – Сумы: СумГУ, 1997. — Вып.1. — С. 241-245.

2. Карпенко А.П., Авраменко В.В. Использование интегральной оценки плотности распределения случайной величины в технической диагностике // Вiсник Сумського держ. ун-ту. — 1997. — № 2(8). — С. 109-112.

3. Авраменко В.В., Карпенко А.П. Обобщенные числовые характеристики случайных величин // Радиоэлектроника и информатика. – 1998. — №3(04). — C. 136-139.

4. Авраменко В.В., Карпенко А.П. Решение задач технической диагностики и сравнения образов с помощью оценки отличия зависимости между двумя функциями от пропорциональной // Вiсник Сумського держ. ун-ту. — 1999. — №2(13). — С. 103-107.

5. Карпенко А.П. Оценивание расхождения законов распределения с помощью информационной обобщенной числовой характеристики // Вест. Харьковского гос. политехн. ун-та. — 2000. —Вып.№77. — С. 15-17.

6. Карпенко А.П. Интегральные характеристики непропорциональности числовых функций и их применение в диагностике // Вiсник Сумського держ. ун-ту. — 2000. — №16. — С. 20-25.

7. Карпенко А.П., Прилуцкая Г.В., Смеянов В.А. Применение абсолютной обобщенной числовой характеристики случайной величины при диагностике ишемии миокарда // Вiсник Сумського держ. ун-ту. — 2000. — №18. — С. 66-72.

8. Авраменко В.В., Карпенко А.П. Распознавание фрагментов заданных эталонов в сигнале, искаженном нелинейным объектом // Вісник Національного технічного ун-ту „ХПІ”. — 2001. —Вып.№14. — С. 43-50.

9. Карпенко А.П. Классификация множества изображений на образы в точке или на интервале с помощью характеристик непропорциональности числовых функций // Вiсник Сумського держ. ун-ту. — 2002. — №1(34). — С. 101-106.

10. Карпенко А.П., Авраменко В.В. Анализ электрокардиограмм с помощью характеристик непропорциональности числовых функций // 3-й Міжн. молодіжн. форум “Радіоелектроніка і молодь у XXI ст.”: Доповіді. – Харків: ХТУРЕ, 1999. – Ч. 2.– С. 295-298.

11. Карпенко А.П. Использование абсолютной обобщенной числовой характеристики случайной величины при выявлении и оценивании отклонений от нормы в длительности электрической систолы во время физической нагрузки // Информационные технологии в моделировании и управлении: Труды II Международной научно-практической конференции. — С.-Петербург: Изд-во СПбГТУ, 2000. — С. 167-169.

12. Карпенко А.П. Использование характеристик непропорциональности числовых функций при распознавании образов // 6-я Международная конференция “Теория и техника передачи, приема и обработки информации” ("Новые информационные технологии"): Сб. научн. трудов. – Харьков: ХТУРЕ, 2000. — С. 288-290.

13. Карпенко А.П., Авраменко В.В. Распознавание заданных эталонов по искаженному сигналу //5-й Международный молодежный форум “Радиоэлектроника и молодежь в XXI в.”: Сб. научн. трудов – Харьков: ХТУРЕ, 2001. — Ч. 2. — С. 172-173.

14. Авраменко В.В., Карпенко А.П. Использование интегральной оценки плотности распределения случайной величины в статистическом моделировании// Научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов механико-математ. факультета СумГУ. — Сумы: СумГУ, 1997. — С. 16.

15. Карпенко А.П., Авраменко В.В. Использование абсолютной обобщенной числовой характеристики случайной величины в медицинской диагностике // Научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов механико-математ. факультета СумГУ. — Сумы: СумГУ, 2000. — С. 92-94.

16. Карпенко А.П., Авраменко В.В. Исследование взаимосвязи между элементами, принадлежащими разным классам эквивалентности, и характеристиками непропорциональности числовых функций при решении задач распознавания образов // Научно-техническая конференция преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов механико-математ. факультета СумГУ. — Сумы: СумГУ, 2001. — С. 92-94.