Современные информационные технологии/2. Вычислительная техника и программирование

Ермаков А.А.

Муромский институт Владимирского государственного университета

Алгоритм выделения полос на растровых изображениях

Для большинства классов изображений наиболее ценными данными является препарат протяженных линейчатых объектов. Таковыми являются, например, контуры на изображениях. По границам (контурам) человек распознает и анализирует форму объектов на рассматриваемой сцене. Однако имеются сцены, на которых непосредственно присутствуют изображения объектов в виде полос. Это изображения рукописей, треков, сварных швов, ребер на флюорограммах и многое другое. На простых изображениях выделение и анализ полосовых объектов (или просто полос) не составляет трудности, но на сложных и малоконтрастных реальных сценах выделяемые объекты разрушены шумом и присутствием других образов. Таким образом, актуальным является проведение исследований, связанных с разработкой и применением новых более качественных специальных методов обработки изображений полосовой структуры.

Из теории сигналов известен так называемый фильтр воспроизведения полезного сигнала. Этот фильтр позволяет выделить из шума и помех сигнал заданной формы. Однако такой фильтр используется в основном для обработки одномерных сигналов. Предполагается обобщить отмеченный фильтр на двумерный случай, а также использовать специфику формы образов – их полосовую структуру (производить фильтрацию вдоль линий полос).

Цель настоящей работы заключается в разработке алгоритма воспроизведения двумерного полезного сигнала [1], представляющего образы полос заданного профиля.

Пусть S(w, n), N(w, n), F(w, n) – Фурье-спектры детектора сегмента полосы (двумерного полезного сигнала), функции шума и исходного изображения f(x, y) соответственно

Преобразование, выполняющее фильтрацию по масштабу в пределах [s₁, s₂] функции f(x, y) вдоль каждого направления q, формируя спектральную функцию g(x, y, q), по правилу

,

так что

,

назовем воспроизводящим интегральным преобразованием по сегменту полосы (ВИПСП).

Преобразование исходного изображения f(x, y) на основе ВИПСП в изображение g(x, y), так что

g(x, y) = H_q[f(x, y)],

назовем воспроизведением полосы (ВП).

ВП находит максимумы в откликах ВИПСП, тем самым среди сегментов разной ориентации находится сегмент, который наилучшим образом повторяет часть полосы.

Алгоритм воспроизведения построим следующим образом.

1) Формирование Фурье-спектра F(w, n) исходного изображения f(x, y):

f(x, y) ® F(w, n).

2) Вычисление спектра шума N(w, n) по области изображения, которая не содержит полезный сигнал.

3) Выполнение воспроизводящего интегрального преобразования

G(w, n, q) = H_q[ F(w, n)].

4) Обратное преобразование Фурье спектра G(w, n, q) для каждого q:

G(w, n, q) ® g(x, y, q).

5) Поиск максимумов в функции g(x, y, q):

g(x, y) = g(x, y, q).

Схема данного алгоритма представлена на рис. 1.

Рис. 1. Схема алгоритма воспроизведения полосовых образов.

На рис. 2 приведен пример воспроизведения образов трещин как полос прямоугольного профиля на дефектоскопическом изображении. Появляется возможность выделения изображений дефектов такого рода для дальнейшей автоматической оценки качества поверхности анализируемого изделия.

а)

б)

Рис. 2. Пример воспроизведения изображения трещины (а – исходное изображение, б – результат его фильтрации).

Таким образом, разработан алгоритм фильтрации полосовых образов, в котором учтено множество структурных особенностей полосовых объектов. Это обеспечивает качественный результат обработки изображений, подтверждающийся экспериментальными исследованиями.

Литература:

1. Орлов, А.А. Фильтрация полосовых образов прямоугольного профиля [Текст] / А.А. Орлов, А.А. Ермаков // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. - СПб.: СПбГПУ, 2008, №3(60). С.52-56.