Методы и алгоритмы обработки и выделения структурных элементов полутоновых изображений на основе преобразования Хоха

• Автор: Орлов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Муром
• Количество страниц: 148 с.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Г Л А В А 1. ОБЗОР И АНАЛИЗ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТОДОВ И

АЛГОРИТМОВ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ХОХА В ОБРАБОТКЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1.1. Классическое преобразование Хоха для прямых линий.

1.1.1. Представление прямых линий.

1.1.2. Параметризация.

1.1.3. Параметрическое пространство.

1.1.4. Анализ параметрического пространства.

1.2. Модификации преобразования Хоха.

1.2.1. Использование градиентной информации.

1.2.2. Иерархическое преобразование Хоха.
1.2.3. Обнаружение толстых сегментов линий
1.2.4. Обнаружение коротких сегментов линий.
1.3. Преобразования Хоха для кривых высших порядков
1.3.1. Общий принцип преобразования Хоха для выделения кривых высших порядков.
1.3.2. Обнаружение окружностей
1.3.3. Обнаружение эллипсов.
1.4. Обобщенное преобразование Хоха
1.5. Обнаружение объектов заданных гладкими кривыми
1.6. Сегментация изображений с использованием преобразования Хоха
Выводы по главе 1
Постановка задачи исследования.
Г Л А В А 2. РАЗРАБОТКА НОВЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ И
АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ
2.1. Измерение шума и выбор порога бинаризации градиентных
изображений.
2.2. Обнаружение отрезков линий на полутоновых изображениях
2.3. Обнаружение осевой линии контуров на полутоновых изображениях.
2.4. Непосредственное выделение границ объектов с помощью преобразования Хоха .
2.5. Соединение точек перепадов
2.6. Подавление шума на полутоновых изображениях.
2.7. Подчеркивание границ объектов на полутоновых изображениях
2.8. Восстановление полутоновых изображений из контурного препарата.
2.9. Сегментация полутоновых изображений.
2.9.1. Сегментация квантованием мод гистограмм полутоновых изображений.
2.9.1. Сегментация изображений методами наращивания областей
Выводы по главе 2
Г Л А В А 3. ИССЛЕДОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХОХА
3.1. Формирование и обоснование тестовых изображений.
3.2. Исследование алгоритма измерения шума на полутоновом изображении.
3.3. Исследование работы разработанных алгоритмов выделения границ объектов на тестовых изображениях.
3.4. Исследование алгоритмов выделения границ объектов на реальном изображении.
3.5. Исследование алгоритма подавления шума
3.6. Исследование алгоритма восстановления полутоновых изображений из
контурного препарата.
Выводы по главе 3
Г Л А В А 4. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ АЛГОРИТМОВ, ОСНОВАННЫХ НА ПРЕОБРАЗОВАНИИ ХОХА, ДЛЯ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ИЗОБРАЖЕНИЙ
4.1. Предварительная обработка изображений.
4.2. Обработка и анализ микроскопических снимков шлифов металлов и сплавов
4.3. Обработка и анализ снимков поверхности деталей
4.4. Обработка и анализ рентгеновских снимков сварных швов.
4.5. Обработка аэроснимков.
4.6. Обработка и анализ ультразвуковых снимков.
4.7. Обработка и анализ медицинских рентгеновских снимков
4.8. Обработка и анализ ангиограмм.
4.9. Обработка и анализ томограмм.
4 Обработка и анализ флюорограмм.
4 Структура библиотеки программ алгоритмов.
Выводы по главе 4.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
ЛИТЕРАТУРА


По теме диссертации опубликовано работ, включая 8 статей, 8 тезисов докладов. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, имеющего наименований. Общий объем диссертации 6 с. Таблиц 4, рисунков . Работа выполнена на кафедре "Информационные системы" Муромского института (филиала) Владимирского государственного университета. Краткое содержание работы. В первой главе рассмотрены известные методы и алгоритмы преобразования Хоха в обработке изображений: классическое преобразование Хоха для выделения прямых линий, модификации преобразования Хоха для повышения эффективности обработки изображений, преобразования Хоха для кривых высших порядков, обобщенное преобразование Хоха для выделения неаналитически заданных кривых, обнаружения объектов заданных гладкими кривыми, сегментация изображений с использованием преобразования Хоха. Определены цели и задачи диссертационной работы, направленные на разработку новых алгоритмов обработки и анализа изображений, основанные на преобразовании Хоха. Во второй главе проводится разработка новых алгоритмов. Хоха; алгоритм соединения точек перепадов; алгоритм выделения границ, позволяющий получить безразрывные контурные линии на полутоновых изображениях; алгоритм подавления шума на полутоновых изображениях; алгоритм подчеркивания границ объектов на полутоновых изображениях; алгоритм восстановления полутоновых изображений из контурного препарата; алгоритм квантования мод гистограмм полутоновых изображений; алгоритм выделения областей на основе квантования мод и предобработке исходного изображения с помощью преобразования Хоха; алгоритмы наращивания областей по яркостному и градиентному признакам, основанные на предобработке исходного изображения с помощью преобразования Хоха. В третьей главе выполнено исследование разработанных алгоритмов на искусственных и реальных тестовых изображениях. Показана эффективность разработанных алгоритмов. В четвертой главе приведены результаты практического применения разработанных алгоритмов, основанных на преобразовании Хоха, для обработки и анализа различных изображений: микроскопических снимков шлифов металлов и сплавов, снимков поверхности деталей, рентгеновских снимков сварных швов, аэроснимков, ультразвуковых (УЗ), медицинских рентгеновских снимков, ангиограмм, томограмм, флюорограмм. Дана структура библиотеки программ обработки и анализа изображений с помощью разработанных алгоритмов. В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. В приложении даны результаты дополнительных исследований для сравнительного анализа по обработке и анализу собственными алгоритмами и алгоритмами других авторов. Приведены документы, подтверждающие практическое использование результатов исследований. ГЛАВА 1. Классическое преобразование Хоха [9, , , ,, -, -, , , -, , , , , , , -] было предложено американским ученым П. Хохом (P. Hough) в г. Оно основано на использовании пространства параметров, в котором и производится поиск прямых. Поскольку прямые на плоскости характеризуются двумя параметрами, пространство параметров всегда будет иметь размерность 2. Классическое преобразование Хоха использует параметры (/>, 9) уравнения (1. С помощью же уравнения (1. Метод, разработанный Хохом, используется для преобразования линий из декартовой системы координат в совокупность точек в полярной системе координат. Прямая линия задается в параметрической форме в виде уравнения (1. X (рисунок 1. Рисунок 1. Посредством этого преобразования линия, заданная в декартовой системе координат, преобразуется в точку в полярной системе. Семейство прямых, проходящих через одну точку, переводится в совокупность точек. Например, преобразование Хоха, примененное к семействам прямых, проходящих через три коллинеарные точки, дает в результате совокупность трех параметрических кривых в системе р,0 . Эти зри кривые пересекутся в единственной точке с координатами (Ро>&о), если они лежат на одной прямой в декартовых координатах (х,у) []. Которая позволяет привести уравнение (1.