Автореферат (Измерение границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия), страница 5

Измерение импульсного отклика для системыДОВ-1 осложняется малой глубиной резкости и наличием аберраций оптическойсистемы. Для решения данной проблемы, с помощью микрозеркальной матрицы испециального стенда для калибровки, было проведено натурное моделированиемножества расфокусированных изображений квазиточечного объекта. По полученнымизображениям расфокусированного импульсного отклика была построенаматематическая модель импульсного отклика на основе разложения поля искаженийволнового фронта оптической системы в базисе полиномов Цернике.

После установкисистемы и образца в штатное положение, фактическая величина расфокусировки исоответствующий ей импульсный отклик системы определялся по изображению краяобразца путем решения оптимизационной задачи (4) с оценкой коэффициентарасфокусировки как параметра математической модели изображения.19В заключении сформулированы основные результаты, полученные автором входе работы над диссертацией (заключение приведено).ЗАКЛЮЧЕНИЕ1.В результате проведения анализа известных решений для оценки границобъектов по оптическим изображениям выявлены основные факторы, приводящие кухудшению результата оценивания границ объектов известными методами:дифракционное ограничение полосы частот изображения, аберрации оптическойсистемы, неравномерная яркость объекта и фона, пониженная частота дискретизацииизображения.2.Разработан метод оценки границ объектов по размытым изображениям,основанный на аппроксимации регистрируемого камерой изображения численноймоделью.

В отличие от ранее известных аппроксимационных методов оценки границобъектов для размытых изображений, основанных на упрощенных одномерных моделяхсигнала в виде гладких функций, разработанный метод основан на двумерной моделирегистрируемого камерой изображения.3.Разработан алгоритм аппроксимации изображения численной моделью наоснове двухуровневой численной минимизации функционала невязки регистрируемогои моделируемого изображений (алгоритм решения обратной задачи).

Предложенарегуляризация решения на основе гипотезы плавности контура объекта.4.Предложен вычислительно-эффективный алгоритм моделированиядифракционно-размытого изображения объекта с заданной границей (алгоритмрешения прямой задачи). Алгоритм основан на аналитическом расчете фурье-образаограничивающего объект многоугольника и обеспечивает высокую чувствительностьмодели к изменениям координат точек границы. Продемонстрировано, чтопредложенный алгоритм позволяет на 2-3 порядка снизить время моделированияизображений по сравнению решениями, основанными на субпиксельной дискретизациипри чувствительности порядка 10-2..10-3 пикселя.

Обоснована эффективностьприменения разработанного алгоритма для предложенного метода оценки границ.5.В результате исследования выявлено, что в условиях дифракционногоразмытия и сложной формы границы объекта эффект от применения разработанногометода приблизительно эквивалентен 2х-3х кратному увеличению разрешающейспособности оптической системы с последующим применением известных методовоценки границ. Также установлено, что при сравнении с предварительнымвосстановлением изображений известными методами приблизительный эквивалентувеличения разрешающей способности системы составляет 20%-30%.6.Показано, что разработанный метод устойчив к влиянию шума,20неравномерности яркости, пониженной частоте дискретизации и отклонениюфактического импульсного отклика системы от модельного.

Дополнительно выявлено,что в условиях неравномерной яркости объекта и/или фона, при условии адекватновыбранной модели распределения яркости разработанный метод является не толькоустойчивым к неравномерности яркости, но также позволяет получить более точнуюоценку координат элементов границы по сравнению с известными методами.7.Разработано программное обеспечение, реализующее предложенныйметод оценки границ и позволяющее применять его для обработки изображений винтерактивном и пакетном режимах. С целью повышения быстродействия примененатехнология параллельных вычислений OpenCL.8.В результате применения разработанного метода в прикладной задачеоптического измерения температурного коэффициента линейного расширения былодостигнуто 3-х кратное снижение методической составляющей погрешности измеренияпо сравнению с известными методами оценки границ.

Для этого были разработаны иреализованы:– методика калибровки импульсного отклика измерительной системы в условияхмалой глубины резко изображаемого пространства оптической системы;– алгоритм оценки смещения контура края образца при его линейной деформациисо случайной (паразитной) составляющей;– специализированное программное обеспечение измерительной системывысокотемпературного дилатометра ДОВ-1, обеспечивающее регистрацию и обработкуизображений с применением разработанных алгоритмов.ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИВ изданиях, включенных в перечень ВАК:1. Иночкин Ф. М., Круглов С.

К., Бронштейн И. Г. Преодоление дифракционногопредела при оптических измерениях границ объектов // Информационноуправляющие системы. 2018. № 1. С. 96–105. doi:10.15217/issn1684-8853.2018.1.96.2. Иночкин Ф. М., Белашенков Н. Р. Вычислительно-эффективный метод численногомоделирования дифракционно-размытых изображений объектов с кусочнолинейным контуром границы // Научно-технический вестник информационныхтехнологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. No 5. С. 826–833. doi: 10.17586/22261494-2018-18-5-826-8333. И.

Г. Бронштейн, Ф. М. Иночкин, С. К. Круглов, Т. А. Компан, С. В. Кондратьев,А. С. Коренев, Н. Ф. Пухов. Оптико-электронная измерительная системавысокотемпературного дилатометра // Измерительная техника. 2015. №12, С. 38-42.I. G. Bronshtein, F. M. Inochkin, S. K. Kruglov, T. A.

Kompan, S. V. Kondratiev, A. S.21Korenev, N. F. Puhov. Optoelectronic Measurement System for a High-TemperatureDilatometer. Measurement Techniques, 2016. vol. 58. issue 12. pp. 1347-1353.4. Т. А. Компан, С. В. Кондратьев, А. С. Коренев, Н. Ф. Пухов, И. Г. Бронштейн, Ф. М.Иночкин, С. К. Круглов. Расширение температурного диапазона государственногопервичного эталона единицы температурного коэффициента линейного расширениятвердых тел // Измерительная техника. 2015. №12, С. 34-38.T. A. Kompan, S.

V. Kondratiev, A. S. Korenev, N. F. Puhov, F. M. Inochkin, S. K.Kruglov, I. G. Bronshtein. Extending the Temperature Range of the National PrimaryStandard for the Unit of the Thermal Linear Expansion Coefficient. MeasurementTechniques, 2016. vol. 58. issue 12. pp. 1341-1346.В журналах, включенных в международную базу цитирований Scopus:5. T. A. Kompan, S. V. Kondratiev, A.

S. Korenev, N. F. Puhov, F. M. Inochkin, S. K.Kruglov, I. G. Bronshtein. Measurement of the Thermal Expansion Coefficient for UltraHigh Temperatures up to 3000 K. International Journal of Thermophysics, (2018) 39: 40doi: 10.1007/s10765-017-2353-0.Патенты на изобретения:6. Пат. 2529369 Российская Федерация, МПК H04N3/00.

Способ формирования сигналаизображения с помощью матричных приборов с зарядовой связью / Бронштейн И. Г.,Круглов С. К., Иночкин Ф. М.; заявл. 21.10.2013; опубл. 27.09.2014, Бюл. №27. – 9 с.Сборники конференций:7. F. M. Inochkin, S. K. Kruglov, I. G. Bronshtein, T. A.

Kompan, S. V. Kondratjev, A. S.Korenev, N. F. Puhov, "Superresolution Contour Reconstruction Approach to a LinearThermal Expansion Measurement," 2018 25th IEEE International Conference on ImageProcessing (ICIP), Athens, Greece, 2018, pp. 3843-3847. doi: 10.1109/ICIP.2018.8451081.8. Иночкин Ф. М. Регуляризация решения в задаче сверхразрешающего восстановленияконтура объекта // Материалы XXI-й м/н конференции по мягким вычислениям иизмерениям, SCM 2018. – Санкт-Петербург, 2018. Т.2 С. 151-154.9. Иночкин Ф. М., Круглов С. К., Бронштейн И. Г.

Применение методов восстановленияизображений для повышения точности измерения контуров объектов в условияхдифракционного размытия // Тезисы докладов 15-й м/н конференции "Телевидение:передача и обработка изображений". – Санкт-Петербург, 2018. С. 208-211.10. Inochkin F. M., Kruglov S. K., Bronshtein I.

G., Kompan T. A., Kondratjev S. V., KorenevA. S., Pukhov N. F. Subpixel Edge Estimation with Lens Aberrations Compensation Basedon the Iterative Image Approximation for High-Precision Thermal ExpansionMeasurements of Solids // Optical Measurement Systems for Industrial Inspection X: Proc.SPIE. Munich, 2017. Vol. 10329.

doi:10.1117/12.2270204.2211. Inochkin F. M., Pozzi, P., Bezzubik, V.V., Belashenkov, N.R. Increasing the space-timeproduct of super-resolution structured illumination microscopy by means of two-patternillumination // Optical Measurement Systems for Industrial Inspection X: Proc. SPIE.Munich, 2017. Vol. 10330. doi: 10.1117/12.2271835.12. Иночкин Ф.

М., Круглов С. К., Васильев В.Б., Бронштейн И. Г. Компенсациянеопределенности масштаба в задачах измерения геометрии объекта методомаппроксимации его оптического изображения с субпиксельной точностью //Материалы XX-й м/н конференции по мягким вычислениям и измерениям, SCM2017. – Санкт-Петербург, 2017. С. 264-267.F. M. Inochkin, S. K. Kruglov, V. B. Vasiliev and I. G. Bronshtein, "Scale uncertaintycompensation for the problem of object's geometry estimations by means of its opticalimage approximation with subpixel accuracy," 2017 XX IEEE International Conference onSoft Computing and Measurements (SCM), St. Petersburg, 2017, pp. 600-602. doi:10.1109/SCM.2017.7970662.13.