47568 (665855)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”

Акимишин Орест Ігорович

УДК 004.932; 004.04

Методи та засоби зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії

05.13.05 – комп’ютерні системи та компоненти

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Львів-2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті “Львівська політехніка” Міністерства освіти і науки України

Захист відбудеться “ 11 ” липня 2008 р. о 16 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.052.08 у Національному університеті “Львівська політехніка” (79013, Львів-13, вул. С. Бандери,

12) З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного університету “Львівська політехніка” (79013, Львів, вул. Професорська,

1) Автореферат розісланий “ 10 ” червня 2008 р.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Важливим завданням у високотехнологічних галузях промисловості, зокрема авіаційній, космічній, атомній, машинобудуванні тощо є неруйнівний контроль та дефектоскопія. Дистанційне знаходження дефектів (порожнин, тріщин, неоднорідностей матеріалів) забезпечують методи, що ґрунтуються на комп’ютерній томографії. У неруйнівному контролі вони дозволяють визначити розміри, форму, місцеположення дефектів у суцільних середовищах та конструкційних матеріалах.

Із розвитком технології комп’ютерної томографії актуальною стає задача обробки об'ємних зображень, зокрема виділення та опис об’єктів, класифікація об’єктів, сегментація зображень. Для подання тривимірних об’єктів комп’ютерної томографії застосовується опис їхніх поверхонь тріангуляційними сітками. Як правило, такі описи забезпечують заданий рівень деталізації, проте часто містять мільйони трикутників, що для подання багатьох об’єктів є надлишковими.

За останні кілька років значно зросла роздільна здатність промислових комп’ютерних томографів, що, в свою чергу, зумовило стрімке збільшення кількості даних у вихідних тривимірних томограмах. При відтворенні об’єктів із воксельних зрізів (сканів) реальні моделі містять велику кількість даних. У зв’язку з цим виникають дві основні проблеми:

обробка моделей, об’єми даних для представлення яких не поміщаються в основній пам’яті комп’ютера, що суттєво сповільнює їх обробку;

забезпечення швидкого відображення моделі тривимірного об’єкту на дисплеї комп’ютера;

Друга проблема є складнішою, оскільки в багатьох випадках є вимога роботи в реальному масштабі часу. Тому актуальною є задача зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів перед їх обробкою та візуалізацією.

Крім того, час, за який необхідно забезпечити зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів, є обмежений специфікою використання комп’ютерного томографа. Незважаючи на стрімке зростання характеристик універсальної обчислювальної техніки, їх можливостей замало для розв’язання цієї задачі за прийнятний час. Тому актуальною є задача розроблення спеціалізованих прискорювачів зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами і темами. Представлені в дисертації дослідження виконувалися згідно з планом наукових досліджень, що проводились кафедрою електронних обчислювальних машин Національного університету "Львівська політехніка" в рамках держбюджетної теми ДБ-АВАГ (номер держреєстрації 0104U002284)"Конфігуровані вимірювально-обчислювальні мережі інтелектуальних автономних агентів для вирішення задач моніторингу навколишнього середовища" 2004-2006 рр. та Державної програми "Інформаційні та телекомунікаційні технології в освіті і науці" на 2006-2010 роки (номер 0107U009397)"Розробка структури львівського ресурсно-операційного Grid центру та його ресурсів" №1 ІТ506-2007).

Мета і завдання дослідження. Метою досліджень є розроблення нових методів та спеціалізованих обчислювальних пристроїв зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії. Реалізація мети передбачає розв’язання таких завдань:

проаналізувати відомі методи зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів у тривимірному просторі та структури даних для представлення тривимірних об’єктів комп’ютерної томографії в пам'яті комп'ютера;

розробити методи обчислення відхилення між тріангуляційними сітками для забезпечення зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів, відтворених за даними комп’ютерної томографії, в межах заданого відхилення;

на основі запропонованих методів розробити програмне забезпечення для зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії та дослідити характеристики його роботи на реальних об'ємних зображеннях;

розробити алгоритми та структури пристроїв для виконання базових операцій зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об'єктів комп’ютерної томографії;

розробити апаратно-орієнтований метод зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів, а також для пришвидшення обробки даних розробити метод розбиття вхідних даних на окремі елементи опрацювання;

розробити базову структуру та моделі спеціалізованих обчислювальних пристроїв для зменшення обсягів даних та виконати їх синтез, використовуючи засоби автоматизованого проектування комп’ютерних систем.

Об’єкт дослідження: подання тривимірних об’єктів комп’ютерної томографії.

Предмет дослідження: методи та комп’ютерні засоби зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії.

Методи дослідження: У роботі використано методи аналітичної геометрії та обчислювальної математики, що дозволило синтезувати алгоритми обчислення геометричних функцій у тривимірному просторі та методи проектування комп’ютерних пристроїв, що дозволило синтезувати структури апаратних прискорювачів на основі розроблених у роботі методів. Для перевірки працездатності отриманих моделей та структур пристроїв, а також висвітлення отриманих результатів використано експериментальні дані і методи математичного та імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

Запропоновано метод зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії, що, на відміну від відомих, базується на використанні квадрату відстані від вершини до площини та суми квадратів відстаней від вершини до множини інцидентних площин. Це дозволило в 1,2 рази зменшити обсяги даних об’єктів порівняно із відомими методами.

Розроблено апаратно-орієнтовані алгоритми зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів, на основі яких побудовано відповідні моделі обчислювальних структур, що базуються на представленні алгоритму графом, та досліджено їхні характеристики. Це дало можливість розробити базову структуру пристроїв зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії.

Набув подальшого розвитку метод розбиття тріангуляційних сіток на окремі елементи, в частині розділення вхідних даних та незалежним виконанням операцій над цими даними, що дозволило пришвидшити обробку даних, шляхом їх конвеєрної обробки.

На підставі запропонованих у роботі методів розроблено базову структуру та принципи функціонування спеціалізованих апаратних прискорювачів для зменшення обсягів даних тріангуляційного опису тривимірних об’єктів комп’ютерної томографії, що дає можливість пришвидшити процедуру зменшення обсягів даних шляхом її апаратного виконання.

Практичне значення отриманих результатів. Використання розробленої моделі зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів, відтворених за даними комп’ютерної томографії, в складі математичного, алгоритмічного та програмного забезпечення рентгенівського комп’ютерного томографа дозволяє зменшити об’єми даних для представлення тривимірних об’єктів на 50-90% залежно від геометричної форми об’єктів.

розроблена та досліджена VHDL-модель спеціалізованого апаратного прискорювача зменшення обсягів даних тріангуляційного опису тривимірних об’єктів дозволяє реалізацію на її основі спеціалізованих пристроїв зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів комп’ютерної томографії.

отримані в дисертаційній роботі наукові результати реалізовано у вигляді програмного забезпечення, яке використовується для зменшення обсягів даних тріангуляційного опису тривимірних об’єктів, відтворених за даними комп’ютерної томографії. Також результати роботи можуть бути застосовані для зменшення обсягів даних тріангуляційних моделей рельєфів, моделей, отриманих іншими засобами об'ємного сканування, зокрема лазерними сканерами, конвертування форматів даних при поданні тривимірних об’єктів та їх обробки комп’ютерними засобами.

Використання результатів. Теоретичні і практичні результати дисертаційної роботи використано і впроваджено при розробці системи автоматизованого пошуку дефектів у суцільних середовищах та конструкційних матеріалах за даними рентгенівської комп’ютерної томографії, що виконана на науково-виробничому підприємстві "Інтрон", а також при виконанні держбюджетних тем на кафедрі електронних обчислювальних машин Національного університету "Львівська політехніка";

Практичну цінність одержаних результатів підтверджують акти впровадження, отримані у Національному університеті "Львівська політехніка" та НВП "Інтрон".

Особистий внесок здобувача. Основний зміст роботи, всі теоретичні та практичні результати, висновки і дослідження, які представлено до захисту, одержані автором особисто. Роботи [3, 6, 7, 9, 10] опубліковані самостійно. У публікаціях, написаних у співавторстві, автору належать: розробка загальної стратегії зменшення обсягів даних тріангуляційного опису об’єктів [1], розробка та реалізація модуля оптимізації тривимірних моделей об’єктів у складі системи пошуку дефектів за даними комп’ютерної томографії [4, 5], розробка методу обчислення відхилення для контролю якості вихідного тріангуляційного опису об’єктів [2, 8].

Апробація результатів дисертації. Наукові та практичні результати роботи доповідались та обговорювались на:

І, ІІ Міжнародних конференціях молодих науковців "Комп’ютерні системи та інженерія" (м. Львів, 2006-2007р);

ІІІ International conference "Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application" ACSN-2007 (Lviv, 2007);

V Міжнародній науково-практичній конференції "Комп’ютерні системи в автоматизації виробничих процесів" КСАВП-2007 (м. Хмельницький, 2007);

ІІІ Міжнародній науково-технічній конференції "Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування" СПРТП-2007 (м. Вінниця, 2007);

І, ІІ міжвузівських науково-технічних конференціях науково-педагогічних працівників "Проблеми та перспективи розвитку економіки і підприємництва та комп’ютерних технологій в Україні" (м. Львів, 2006-2007р).

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 10 наукових праць, в тому числі 4 статті у фахових наукових виданнях із переліку, затвердженого ВАК України.

Обсяг і структура дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, викладених на 124 сторінках друкованого тексту, списку використаних джерел (106 найменувань). Робота містить 69 рисунків, 9 таблиць та 4 додатки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі наведено загальну характеристику роботи, обґрунтовано її актуальність, показано зв'язок з науковими програмами, сформульовано мету та завдання дослідження, наукову новизну і практичне значення отриманих результатів. Наведено дані про впровадження та апробацію результатів роботи.

У першому розділі "Аналіз та проблемні задачі зменшення обсягів даних при поданні об'єктів комп’ютерній томографії тріангуляційними сітками" проведено огляд та аналіз галузей застосування систем комп’ютерної томографії, обґрунтовано необхідність розв'язку прикладних задач, пов’язаних із специфікою використання систем комп’ютерної томографії, зокрема, задачу пошуку дефектів у суцільних середовищах та конструкційних матеріалах. Визначено, що для сегментації зображень комп’ютерної томографії, а також їх підтримки САПР, оптимальним способом подання тривимірних об’єктів є тріангуляційні сітки, які дозволяють описувати складні тривимірні поверхні з заданою точністю; мають простий математичний апарат та підтримку їх візуалізації апаратними засобами відеосистеми комп’ютера. Для виділення об’єктів на основі зображень комп’ютерної томографії та опису їх поверхонь тріангуляційними сітками на практиці виконується така послідовність дій (рис.1):

детектування поверхонь – виділення країв об’єктів на томограмах;

сегментація та опис поверхонь – виділення об’єктів та опис їх поверхонь тріангуляційними сітками;

На цьому етапі реальні моделі об’єктів містять велику кількість даних у їх описі, внаслідок чого виникають проблеми, пов’язані з обробкою моделей, обсяги даних для представлення яких перевищують обсяг основної пам’яті комп’ютера, що суттєво сповільнює їх обробку та забезпечення швидкого відображення об’єктів на дисплеї комп’ютера.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов реферата