Метод, алгоритм и специализированное вычислительное устройство формирования панорамных изображений на основе метрических деревьев

• Автор: Бугаенко, Елена Ивановна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1.1 Развитие методов и устройств формирования панорамных

изображений

1.2 Наиболее распространенные подходы к формированию

панорамных изображений

1.2.1 Методы поиска и описания особенностей па изображениях

1.2.2 Методы сопоставления и выявления наиболее схожих

особенностей на основе дескрипторов

1.2.3 Сравнение известных методов выявления, описания и

сопоставления особых точек

1.2.3.1 Сравнительный анализ методов выявления особых точек на

изображениях
1.2.3.2 Сравнительный анализ методов создания дескрипторов
1.2.3.3 Анализ методов сопоставления особых точек
1.3 Перспективы развития методов и устройств формирования
панорамных изображений
2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МЕТРИЧЕСКИХ ДЕРЕВЬЕВ
2.1 Модель ввода изображения рабочей сцены
2.2 Модель определения коэффициента радиальной дисторсии
2.2.1 Определение коэффициента радиальной дисторсии по
одиночным линиям
2.2.2 Определение коэффициента радиальной дисторсии на основе
трех изображений
2.3 Модель коррекции радиальной дисторсии
2.4 Модель выделения особых точек на изображениях
2.4.1 Создание карт откликов на основе расчета определителей
матрицы Гессе
2.4.2 Использование пирамид изображений
2.4.3 Выявление особых точек на основе поиска максимумов
определителей матрицы Гессе на картах откликов
2.4.4 Использование интегральных изображений
2.4.5 Использование квадратичной интерполяции для определения
значения максимумов определителей
2.5 Модель создания дескрипторов особых точек
2.5.1 Формирование дескрипторов особых точек
2.5.1.1 Определение ориентации окрестности особой точки
2.5.1.2 Вычисление сумм откликов вейвлета Хаара
2.6 Модельпостроенин метрических деревьев
2.6.1 Структура метрического дерева для хранения дескрипторов
особых точек
2.6.2 Добавление объекта в метрическое дерево
2.7 Модель сопоставления особых точек
2.8 Модель расчета матрицы преобразования
2.8.1 Модель вычисления матрицы преобразования на плоскости
2.8.2 Модель расчета матрицы преобразования в пространстве
2.9 Модель соединения исходных изображений
2.9.1 Модель преобразования второго изображения
2.9.2 Модель соединения изображений
3 АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК И РАЗРАБОТКА
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО
УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1 Метод формирования панорамных изображении
3.2 Алгоритм формирования панорамных изображений
3.2.1 Алгоритмы определения коэффициента радиальной
дисторсии
3.2.2 Алгоритм коррекции радиальной дисторсии
3.2.3 Алгоритм выявления особых точек на исходных
изображениях
3.2.4 Алгоритм создания дескрипторов для особых точек и
нахождения соответствующих точек на двух изображениях
3.3 Синтез специализированного вычислительного устройства
формирования панорамных изображений на основе метрических деревьев
3.3.1 Структурнофункциональная организация и описание принципов
работы устро йства
3.3.2 Повышение производительности вычислительного устройства
формирования панорамных изображений на основе метрических деревьев
3.4 Анализ времени формирования панорамных изображений
3.5 Инженерная методика определения параметров устройства и
количества параллельных модулей выявлении и анализа особенностей на изображениях
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ОСНОВЕ МЕТРИЧЕСКИХ ДЕРЕВЬЕВ
4.1 Аппаратнопрограммный комплекс для проведения
экспериментальных исследований специализированного вычислительного устройства формирования панорамных изображений
4.2 Методика проведения испытаний разработанного
устройства
4.2.1 Методика проведения экспериментальных исследований блока анализа и выявления соответствующих точек
4.2.2 Методика проведения экспериментальных исследований
производительности разработанного устройства
4.3 Экспериментальная оценка точностных характеристик
разработанного устройства
4.4 Оценка производительности разработанного устройства
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ВВЕДЕНИЕ


В работе использованы методы цифровой обработки сигналов и изображений, математического моделирования, распознавания изображений объектов и анализа дискретных изображений. Разработана математическая модель специализированного вычислительного устройства формирования панорамных изображений, обеспечивающая высокую точность панорамных изображений за счет коррекции исходных изображений от влияния радиальной дисторсии и использования специальных структур данных для хранения информации об особенностях изображений при сопоставлении. Разработаны метод и алгоритм формирования панорамных изображений, основанные на использовании метрических деревьев, характеризующиеся пониженной вычислительной сложностью и повышенной точностью, отличающиеся возможностью параллельной обработки данных. Практическая ценность состоит в том, что ее результаты являются основой для разработки класса специализированных вычислительных устройств формирования панорамных изображений, применение которых возможно в следующих системах системах управления и контроля технологических процессов, системах сбора картографической информации, системах видеонаблюдения и телемедицинских диагностических комплексах. Разработанный метод создания панорамных изображений характеризуется возможностью реализации как на программном, так и на аппаратном уровне. Особенностью метода является наличие ряда параметров, обеспечивающих баланс точности сопоставления особенностей на исходных изображениях, производительности и аппаратных затрат в зависимости от условий применения. Метод и алгоритм формирования панорамных изображений, основанные на использовании метрических деревьев, характеризующиеся пониженной вычислительной сложностью и повышенной точностью, отличающиеся возможностью параллельной обработки данных. Структурнофункциональная организация специализированного вычислительного устройства формирования панорамных изображений, особенностью которого является разработка и введение элементов, реализующих параллельную обработку данных. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Международных и Российских конференциях Всероссийская конференция по проблемам информатики, физики и химии г. Москва РУДН г. Оптикоэлектронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации Распознавание , , г. Курск, Курский государственный технический университет , , гг. Молодежь и XXI век , , г. Курск, Курский государственный технический университет, , , гг. Всероссийская научнотехническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых Научная сессия ТУ СУР г. Томск, г. Международная научнотехническая конференция Медикоэкологические технологии г. Курск, Курский государственный технический университет, г. Международная конференция Распознание образов и анализ изображений новые информационные технологии г. ЙошкарОла, г. Международная научнотехническая конференция Диагностика г. Курск, Курский государственный технический университет, г. Публикации. Основные результаты выполненных исследований и разработок опубликованы в печатных работах, в том числе в 3 статьях. Среди них 3 статьи, опубликованные в рецензируемых научных журналах, входящих в перечень журналов и изданий, рекомендуемых ВАК РФ, а также 3 патента Российской Федерации. Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего наименований, изложена на 7 страницах и поясняется рисунками и 8 таблицами. Изобретение фотографии относится к году. Желание людей иметь наиболее полный обзор городов или ландшафтов способствовало появлению панорамных изображений. Одним из первых зарегистрированных патентов на панорамные камеры был представлен Джозефом Пучбергером в Австрии в году. Камера, запатентованная Джозефом, обеспечивала обзор в 0. Следующим более успешным и технически правильным изобретением была панорамная головка, собранная в следующем году Фридрихом фон Мартенсом в Германии. Во время Американской гражданской войны в г. Одним из военных фотографов тех лет был Джордж Бернард. Ему принадлежат снимки на рис. Рис.