Автореферат (Разработка и исследование алгоритмов совмещения изображений от бортовых видеодатчиков с виртуальной моделью местности), страница 4

Нахождение множества отрезков Г r ⊂ I r , Г r = γ r | γ r ≥ Δ , I r -{}множество всех отрезков в составе линий, найденных на реальном изображении, Г r- подмножество отрезков, имеющих длину больше или равную Δ .2. Нахождение множества отрезков Г v ⊂ I v , Г v = γ v | γ v ≥ Δ , I v множество всех отрезков в составе линий, найденных на виртуальном изображении,Г v - подмножество отрезков, имеющих длину больше или равную Δ .3. Нахождение области Dk для каждого отрезка γ k ∈ Г v .{γk4.

Определение для каждого отрезка}отрезков γ m ∈ Г r , для которых∃( x , y ) ∈ γ m | ( x , y ) ∈ Dk , и число точек отрезка γ m , принадлежащих области Dkпревышает 25 % от общего числа точек в отрезкеγm .5. Нахождение среди пар γ k и γ m пары с минимальным расстоянием друг от⎛ ^ ⎞друга d k и нахождение значения K k = d k ⋅ cos⎜⎜ γ k , γ m ⎟⎟ .⎝⎠ 13 Оценка качества совмещения определяется как K = (∑ K k ) / k . Иллюстрацияданного способа определения качества совмещения приведена на рисунке 4.γkРисунок 4 – Иллюстрация принципа нахождения парных отрезковНа рисунке 4 область Dk ограничена прямоугольником, тонкой линиейотображены отрезки из множества Г v , толстой – отрезки из множества Г r .

Дляодного из отрезков γ k из множества Г v (самого верхнего), построена область, вкоторой отрезки из множества Г r будут образовывать пары с γ k . Ближайший к γ kотрезок из Г r отмечен пунктиром.Применение предлагаемых алгоритмов позволяет избежать необходимостиэкспертных оценок качества совмещения изображений и объективно определятьпоказатели качества функционирования алгоритмов совмещения, благодаря чемустановится возможным сравнение различных алгоритмов совмещения между собой.В четвертой главе «Программно-алгоритмические средства исследования иапробации предлагаемых алгоритмов» на основе предъявляемых требованийразработано программное средство, позволяющее осуществить сравнительныйанализ разработанных алгоритмов совмещения изображений и производитьавтоматическую оценку качества получаемых результатов.Разработанноепрограммноеобеспечение,информационнаясхемаорганизации которого представлена на рисунке 5, состоит из следующихвзаимосвязанных модулей:- модуль предварительной обработки и детектирование границ;- модуль удаления малоинформативных объектов;- модуль нахождения на контурном препарате ключевых точек;- модуль совмещения изображений;- модуль оценки качества получаемого совмещения;- интерфейсные элементы для обеспечения взаимодействия с оператором.Разработана методика проведения эксперимента с использованиемпрограммных средств.

Приведено обоснование статистической состоятельностиобъема проводимых испытаний. Показано, что общее число проведения тестовыхиспытаний (обработаны видеопоследовательности общей длительностью 2ч 36 мин)является достаточным для утверждения, что выводы, сделанные по результатамиспытаний, являются обоснованными.Экспериментальные исследования проводились на платформе:- CPU Intel Core i7-3630QM 2.4 ГГц;- ОЗУ 8 Гб, тип памяти DDR3; 14 - видеопоследовательность обрабатывается кодеком h-264, частота сменыкадров 25 Гц.Рисунок 5 – Информационная схема организации ПО исследования и отладкиалгоритмов совмещения изображений и оценки качестваВ случае решения задачи совмещения реального и виртуального изображениянаиболее трудоемкой операцией является создание большого количестваизображений, генерируемых по виртуальной модели.

Для известных алгоритмовсовмещения необходимо:- в среднем 700 виртуальных изображений для корреляционного совмещения(в случае применения генетического алгоритма);- в среднем 490 виртуальных изображений для корреляционного совмещения(в случае использования неравномерной сетки перебора);- в среднем 50 виртуальных изображений при использовании предлагаемогоалгоритма совмещения, использующем единственную пару ключевых точек.Предлагаемый алгоритм совмещения по единственной паре ключевых точекобеспечивает выигрыш в быстродействии в сравнении с корреляционнымсовмещением на 52-58 %, алгоритм совмещения с применением пошаговогоалгоритма поиска матрицы гомографии – на 42-46%.Проработана аппаратная реализация основных алгоритмов, предлагаемых внастоящей диссертационной работе, в программируемых логических интегральныхсхемах. Сравнительный анализ времени выполнения с использованием классическойархитектуры и ПЛИС показал, что решение задачи на ПЛИС дополнительносокращает временные затраты до 8 раз.ЗАКЛЮЧЕНИЕВ представленной работе выполнены исследования и разработка алгоритмовпо совмещению изображений в бортовом вычислительном комплексе, в том числе: 15 1.

Обоснован набор критериальных функций, применимых в системахкомбинированного видения летательных аппаратов.2. Предложен алгоритм совмещения изображений, основанный на поискеединственной пары ключевых точек, позволяющий сократить число изображенийВММ, требуемых для совмещения, в 10-12 раз и ускоряющий процесс совмещенияна 52-58%.3. Предложен пошаговый алгоритм поиска матрицы гомографии,применяемый в случае наличия недостоверных пар точек, использующийнахождение элементов матрицы гомографии по произвольному числу ключевыхточек, позволяющий ускорить совмещение изображений на 42-46% в сравнении скорреляционными алгоритмами.4.

Предложен алгоритм выделения на изображениях значимых объектов,позволяющий повысить качество получаемых совмещения α на 0,15–0,18.5. Предложен алгоритм отсеивания из произвольных наборов недостоверныхпар ключевых точек.6. Предложены алгоритмы оценки качества результатов совмещенияизображений, основанные на определении расстояния между точками контуров ивзаимного расположения протяженных линий, позволяющие производитьавтоматический сравнительный анализ результатов работы различных алгоритмовсовмещения.7. Разработано программное обеспечение, позволяющее выполнятьисследованиеэффективностиалгоритмовсовмещенияизображенийиавтоматическую оценку получаемых результатов.Разработанное алгоритмическое и программное обеспечение внедрены на АО«Государственный Рязанский приборный завод» и в учебном процессе кафедрыЭВМ Рязанского государственного радиотехнического университета.СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕДИССЕРТАЦИИРаботы, опубликованные в рецензируемых научных журналах:1.

Елесина, С.И. Отбор критериальных функций для систем улучшенного икомбинированного видения [Текст] / С.И. Елесина, А.И. Ефимов // Известия ТулГУ,технические науки. – 2013. – № 9, ч.1. – С. 229-236.2. Новиков, А.И. Предварительное совмещение изображений и методы оценкикачества совмещения [Текст] / А.И. Новиков, А.И. Ефимов // Цифровая обработкасигналов. – 2014. – №3. – С. 23-29.3.

Дудко, И.С. Автоматизация исследования и отладки алгоритмов ипрограмм обработки изображений [Текст] / И.С. Дудко, А.И. Ефимов, А.А. Логинови др. // Известия ТулГУ. Технические науки. – 2015. – № 9. – С. 87-95.Работы, опубликованные в рецензируемых научных журналах,включенных в базу индексирования Scopus:4. Novikov, A.I.

Combining images using key point method [Text] / A.I. Novikov,A.I. Efimov // Proceedings of the 3rd Mediterranean Conference on Embedded Computing.– Budva, Montenegro. – 2014. – P. 108-111.Работы, опубликованные в других изданиях и материалах конференций:5. Ефимов, А.И. Использование преобразования Радона для системсовмещения изображений [Текст] / А.И. Ефимов, С.И.

Елесина, Я.К. Шевченко // 16 Наука и образование в жизни современного общества: сб. науч. тр. по мат-ламМеждунар. науч.-практ. конф. 29 октября 2012: в 12 ч. – Тамбов, 2012. – Ч. 8. –С. 50-52.6. Ефимов, А.И. Использование быстрого преобразования Фурье для системсовмещения изображений [Текст] / А.И. Ефимов, С.И. Елесина, Я.К. Шевченко //Наука и образование в жизни современного общества: сб. науч. тр. по мат-ламМеждунар. науч.-практ. конф. 25 июня 2012: в 3 ч. – Тамбов, 2012. – Ч. 3.

– С. 48-50.7. Елесина, С.И. Использование преобразования Радона и быстрогопреобразования Фурье для систем совмещения изображений [Текст] / С.И. Елесина,А.И. Ефимов, Я.К. Шевченко // Методы и средства обработки и храненияинформации: межвуз. сб. науч. тр. – Рязань, 2012. – С.

138-142.8. Nikiforov, M.B. Criterial Functions Selection for Combined and EnhancedVision Systems of the Aircraft [Text] // M.B. Nikiforov, S.I. Elesina, A.I. Efimov //Proceedings of the VIIIth International Scientific and Technical Conference CSIT’2013. –Lviv, Ukraine, 2013. – P. 56-58.9. Ефимов, А.И. Совмещение изображений и оценка качества совмещения всистемах технического зрения [Текст]: доклады / А.И. Ефимов, А.И. Новиков //Цифровая обработки сигналов и ее применение – DSPA-2014. – М., 2014.

– Т. 2. –С. 491-494.10. Novikov, A.I. Image Superimposition and the Problem of Selecting the Set ofCorresponding Point Pairs [Text] / A.I. Novikov, V.A. Sablina, A.I. Efimov // Proceedings4th Mediterranean Conference on Embedded Computing (MECO). – Budva, Montenegro.– 2015. – P. 139-142.11.

Новиков, А.И. Совмещение изображений в системах технического зренияметодами проективной геометрии [Текст] / А.И. Новиков, В.А. Саблина,А.И. Ефимов // Научно-техническая конференция «Техническое зрение в системахуправления – 2015»; М.:ИКИ РАН. – 2015. – С. 51.12. Новиков, А.И. Совмещение изображений и проблема выбора множествапар ключевых точек [Текст] / А.И. Новиков, В.А. Саблина, А.И.

Ефимов //Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондированияЗемли; М.: ОАО «Корпорация ВНИИЭМ». – 2015. – С. 143-144.13. Ефимов, А.И. Построение матрицы гомографии на основе произвольногоколичества пар ключевых точек [Текст] / А.И. Ефимов, А.А. Логинов,М.Б. Никифоров и др. // Проблемы передачи и обработки информации в сетях исистемах телекоммуникаций, Горячая-линия Телеком.

– 2015. – С. 137-139.Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ:14. Елесина С.И., Ефимов А.И. Программа для определения и исследованияхарактеристик критериальных функций. Свидетельство о государственнойрегистрации программы для ЭВМ №2015610172 от 12.01.2015г.15. Ефимов А.И., Новиков А.И. Программа для построения проективныхпреобразований изображений. Свидетельство о государственной регистрациипрограммы для ЭВМ №2015660419 от 30.09.2015г.16. Ефимов А.И., Новиков А.И., Никифоров М.Б.

Программа для определениякачества совмещения изображений. Свидетельство о государственной регистрациипрограммы для ЭВМ №2015660721 от 7.10.2015г. .