Мачнєв Олександр Михайлович. Синтез цифрових панорамних зображень в системах магнітооптичної візуалізації. : Дис... канд. наук: 05.12.13 - 2008.
Анотація до роботи:
Мачнєв О. М. Синтез цифрових панорамних зображень в системах магнітооптичної візуалізації. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.12.13 – «Радіотехнічні пристрої та засоби телекомунікацій». – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2007.
Застосування магнітооптичної візуалізації для експертно-криміналістичних досліджень дозволяє виконувати дослідження, які не можуть бути зроблені іншими засобами, наприклад, одержати магнітну карту банкноти, досліджувати ушкоджені та неформатні магнітні записи, шукати сліди фальсифікації на номерних площадках авто. Проте можливості таких досліджень обмежені розмірами магнітооптичного кристалу. Тому задача програмно-алгоритмічної корекції спотворень та синтезу панорамних зображень є актуальною.
На основі байєсівського підходу та теорії кореляційно-екстремальних методів розроблено оптимальний алгоритм спільної оцінки яскравості та зсуву зображень. Одержані залежності точності позиціювання від відношення сигнал/шум, величини амплітудних та координатних спотворень.
Також запропоновані алгоритми для корекції амплітудної модуляції, оптичної дисторсії, локальних дефектів магнітооптичного кристалу. Для симетричної дисторсії розроблено алгоритм, який не потребує наявності еталонного сигналу для оцінки параметрів дисторсії. Статистичний аналіз вертикального зсуву кадрів дозволяє оцінити кут нахилу телекамери та виключити з обробки неінформативні фрагменти зображення. Для синтезу великих зображень, коли параметри позиціювання, які обчислені по двом зонам, не співпадають, запропоновано спосіб деформації типу „паралелограм”, який узгоджує параметри позиціювання. Розроблена методика включає внутрішньокадрову та міжкадрову обробку. На першому етапі виправляються спотворення окремих кадрів, а на другому – синтезується панорамне зображення.
В дисертації перевірена ефективність застосування методики для експертно-криміналістичних досліджень. Встановлено, що при остаточній смузі запису, яка складає 10% від стандартної можливо відновити запис та встановити зміст повідомлення. Дослідження ідентифікаційних номерів авто за допомогою методики дозволяє вимірювати лінійні розміри з похибкою не більше 0,04 мм.
Рекомендації до програмної реалізації методики спрямовані на зниження витрат для перенесення програмного забезпечення з одної операційної системи до іншої та на зменшення часу синтезу панорамного зображення при конвеєрній роботі обчислювальної системи та приладу позиціювання.
За результатами дисертаційних досліджень, виконаних автором, вирішене важливе наукове завдання розробки методики синтезу цифрових панорамних зображень в умовах похибок позиціювання, амплітудних і координатних спотворень, що забезпечує збільшення поля зору відеосистеми й поліпшення якості зображень.
Основні наукові та практичні результати роботи:
Для вирішення поставленого наукового завдання застосовувалися методи теорії ймовірностей, оптимальної й цифрової обробки сигналів, теорії статистичних рішень, спектрального аналізу, нелінійної апроксимації, статистичного та напівнатурного моделювання, що дозволило одержати нові науково обґрунтовані результати:
синтезовано оптимальний алгоритм зшиття двох зашумлених магнітооптичних зображень за наявності похибок позиціювання, що відрізняється від відомого кореляційно-екстремального алгоритму пошукового типу спільним оцінюванням яскравості й зсуву зображень, і виконано аналіз впливу відношення сигнал/шум, амплітудних і координатних спотворень на точність позиціювання;
розроблено кореляційно-екстремальний алгоритм оцінки параметрів дисторсії, що, на відміну від відомих, у випадку симетричних дисторсійних спотворень дозволяє виключити вимогу наявності еталонного неспотвореного сигналу;
вдосконалені процедури згладжування на основі прямокутного вікна для оцінювання функції модуляції яскравості тестового зображення й медіанної фільтрації для оцінювання спотворень, викликаних нерівномірністю освітлення та дефектами магнітооптичного кристала, у частині обґрунтування розмірів апертури фільтрів;
розроблено спосіб деформації отриманого кадру типу «паралелограм», що дозволяє усунути конфлікт позиціювання при двохкоординатної зшивці, при цьому зменшення коефіцієнта кореляції зображень не перевищує 2% - 5%.
Запропонована методика включає два етапи: обробка окремих кадрів магнітооптичних зображень в умовах оптичних спотворень і синтез із оброблених кадрів цифрових панорамних зображень в умовах похибок позиціювання. На першому етапі виконується компенсація амплітудних і координатних спотворень зображень, послаблення локальних дефектів магнітооптичного кристала, компенсація кутових спотворень. На другому етапі визначаються параметри позиціювання при зшивці по одній або двох координатах, розв’язується конфлікт неоднозначного позиціювання й синтезується панорамне зображення.
Вірогідність отриманих у дисертації наукових результатів підтверджується коректним застосуванням математичного апарата, збігом теоретичних результатів з результатами, отриманими шляхом статистичного моделювання роботи синтезованих алгоритмів на ПЕВМ, і проведенням напівнатурних досліджень на основі програмно-апаратних комплексів «ПАКАМС» й «ВІЙ».
Застосування методики синтезу цифрових панорамних зображень дозволяє підвищити ефективність експертно-криміналістичних досліджень:
відновити фонограму довільного розміру при залишковій ширині доріжки запису 10% - 20% від стандартної. Динамічний діапазон магнітооптичного відновлення аудіо записів становить близько 25 дБ, що забезпечує можливість установлення їхнього змісту;
досліджувати не тільки окремі знаки номерних площадок автомобілів, а весь ідентифікаційний номер цілком, забезпечуючи при цьому високу геометричну точність синтезованого панорамного зображення - не гірше 0.04 мм.
Розроблені рекомендації із програмної реалізації методики забезпечують перенесення програмного забезпечення з однієї операційної системи в іншу, а організація паралельної, конвеєрної роботи пристрою позиціювання стрічки й обчислювальної системи на 40% - 50% скорочує час введення й обробки зображень, що поліпшує споживчі характеристики системи.
Методика може бути використана при модернізації наявних і побудові перспективних автоматизованих експертно-криміналістичних систем, що використовують магнітооптичні методи дослідження. Подальшим напрямком досліджень є розробка алгоритмів внутрішньокадрової обробки при наявності не розглянутих у роботі видів оптичних спотворень, розробки алгоритмів міжкадрової обробки шляхом спільного оцінювання різних видів похибок позиціювання на основі рекуррентно-пошукових методів оцінювання, удосконалювання алгоритмів й обчислювальних процесів з метою скорочення витрат на обробку зображень великої розмірності.
Сукупність отриманих у дисертації нових наукових результатів, позитивна оцінка їхньої вірогідності, наукової й практичної значимості дозволяють вважати поставлене наукове завдання - вирішеним, а поставлену мету - досягнутою.
Публікації автора:
Жук С.Я., Мачнєв А.М. Оптимальний алгоритм сумісного оцінювання яскравості та зсуву двох зображень. //Вісник НТУУ „КПІ”, серія Радіотехніка, радіоапаратобудування. –2007. –№34. –С.67-72.
Левый С.В., Мачнев А.М., Агалиди Ю.С., Магера В.Н., Турбин Д.А. Применение магнитооптического преобразования для восстановления сигнала по неформатным записям // Вестник НТУУ «КПИ». Серия: радиоэлектроника. - 2000. - том 43. - №5. - С. 62-66.
Агаліді Ю.С., Лівий С.В., Мачнєв О.М., Тимчик Г.С. Автоматична оцінка параметрів дисторсії для програмного відновлення форми зображень // Вісник НТУУ “КПІ”. Серія: приладобудування. – 2004. - №27. - С. 28-35.
Агаліді Ю.С., Лівий С.В., Мачнєв О.М. Аналіз геометричних похибок синтезу зображень з окремих кадрів і методи їх мінімізації //Вісник НТУУ “КПІ”. Серія: приладобудування. – 2005. - №29. - С. 85-93.
Агалиди Ю.С., Левый С.В., Мачнев А.М. Программные методы нормализации яркости и контрастности изображений, искажённых ограничениями пучков лучей в оптических системах вода //Вісник НТУУ “КПІ”. Серія: приладобудування. – 2005. - №30. - С. 28-36.
Агалиди Ю.С., Левый С.В., Мачнев А.М. Сравнительный анализ магнитопорошкового и магнитооптического методов визуализации пространственного распределения магнитного поля при исследовании остаточных напряжений //Вісник НТУУ „КПІ”. Серія: приладобудування. – 2006. - №31. – С.18-24.
Агалиди Ю.С., Левый С.В., Мачнев А.М. Экспериментальная оценка чувствительности и достоверности магнитооптической визуализации рельефных трасс. //Вісник НТУУ „КПІ”, серія Приладобудування. – 2006. –№32. –С.39 -47.
Агалиди Ю.С., Левый С.В., Мачнев А.М. Методика исследования сигналов и шумов при магнитооптической дефектоскопии. //Ученые записки Таврического национального университета им. В.И.Вернадского Серия «Физика». т.19(58).2006 г. №1. –С.23-29.
Agalidy U.S., Leviyy S.V., Machnyev A.M. Limitation analysis of magnetic-optical restoration of damaged audio records // Abstr. International Conf. “Functional Materials” ICFM – Ukraine, Crimea, Partenit, 2005. – P. 156.
Agalidy U.S., Leviyy S.V., Machnyev A.M. Efficiency improvement of correlation stitching by low frequency filtration //Abstr. International Conf. “Functional Materials” ICFM – Ukraine, Crimea, Partenit, 2005. – P. 157.
Agalidy U.S., Leviyy S.V., Machnyev A.M. The research of internal tension in ferromagnetic materials by method of magneto-optical visualization of magnetograms //Abstr. International Conf. “Functional Materials” ICFM – Ukraine, Crimea, Partenit, 2007. – P. 193.
