Математические модели и алгоритмы анализа специальных фотографических изображений : цифровых и галогенсеребряных

• Автор: Данилова, Татьяна Владимировна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Г ЛАВА 1. Современное состояние теории математического

моделирования процессов формирования и обработки изображений

1.1 Типы рассматриваемых изображений

1.2 Формирование фотографических изображений

1.3 Оптическая система

1.4 Регистрирующая система

1.4.1 Цифровые изображения

1.4.2 Традиционные фотографические изображения

1.5 Математическое представление цифровых изображений

1.6 Методы обработки цифровых изображений

1.6.1 Задача автоматизации определения цвета при анализе результатов биохимических реакций
1.6.2 Задача выделения радужной оболочки в цифровой фотографии глаза при компьютерной диагностике глаукомы
1.7 Цифровая обработка изображений, полученных
традиционным фотографическим способом на галогенсеребряных фотоэмульсионных слоях
1.7.1 Задача выявления наличия периодичности
изображений микрообъектов, полученных на фотоэмульсионных слоях средствами трансмиссионной электронной микроскопии
1.7.2 Задача контрастного выделения спектральных линий в изображении спектрограммы, полученной на фотопластинке
1.7.3 Свойства изображения, обусловленные традиционным
фотографическим процессом
1.8 Разрешение галогенсеребряных фотографических слоев и
фотоматрицы сканера
1.9 Выводы
Г ЛАВА 2. Математическое моделирование процесса формирования изображений на фотоматериалах
2.1 Структура фотослоев
2.2 Фоторегистрация
2.2.1 Формирование скрытого фотографического изображения
2.2.2 Проявление и фиксация фотографических слоев
2.3 Размытие изображения при фоторегистрации
2.4 Моделирование фоторегистрации
2.4.1 Фотослой
2.4.2 Объект и его оптическое изображение
2.4.3 Фотопроцесс
2.4.4 Результаты моделирования
2.5 Разработанное программное обеспечение
2.6 Численное исследование процессов рассеяния света
фотографическими слоями
2.7 Сравнение результатов моделирования с
экспериментальными данными
2.9 Аппроксимация модели изображения простыми
аналитическими функциями
2.9 Выводы
ГЛАВА 3. Математическое моделирование и цифровая обработка специальных изображений
3.1 Обработка результатов биохимических реакций
3.1.1 Алгоритм определения цвета результатов реакций
3.2 Выделение области радужной оболочки в цифровом
изображении глаза при компьютерной диагностике глаукомы
3.2.1 Описание исследуемого цифрового изображения. Цели компьютерной обработки
3.2.2 Описание изображаемого объекта
3.2.3 Искажения исследуемого изображения
3.2.4 Специальные методы обработки изображения глаза
3.2.5 Алгоритм выделения радужной оболочки глаза
3.3 Обработка изображения белков вслоя сибереязвенного
микроба, полученных средствами трансмиссионной электронной микроскопии
3.3.1 Анализируемое изображение. Цель анализа
3.3.2 Анализ изображения
3.4 Обработка изображений эмиссионного спектра,
полученных на эмульсионной фотопластинке
3.4.1 Изображение спектрограммы
3.4.2 Создание тестового объекта изображения 6 эмиссионного спектра
3.4.3 Обработка тестового объекта изображения 8 эмиссионного спектра
3.4.4 Обработка изображения экспериментальной 8 спектрограммы
3.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Результаты исследований, представленных в работе, получены путем численного моделирования процессов рассеивания и поглощения света фотоэмульсионным слоем, соответствующих процессу формирования пленочного фотографического изображения. Разработанные и исследованные математические модели демонстрируют достаточное соответствие экспериментальным данным, полученным в процессе выполнения работы и описанным в литературе. Предложена математическая модель традиционного фотопроцесса, основанная на теории Ми, учитывающая многократное рассеяние света внутри фотослоя и влияние характерных размеров рассеивающих структур. Исследованы пространственные и двумерные распределения экспонированных зерен галогенида серебра внутри фотоэмульсионного слоя, образующие латентное изображение. Предложенная математическая модель использована для создания тестовых объектов в задаче улучшения качества с повышением контрастности эмиссионной спектрограммы, зарегистрированной на галогенсеребряной фотопластинке. Создано соответствующее программное обеспечение. Предложен оригинальный алгоритм выделения радужной оболочки в цифровых фотографиях глаза, используемых при компьютерной диагностике глаукомы. Создано соответствующее программное обеспечение. Метод преобразования Фурье применен для обнаружения периодических структур изображения оболочки сибирской язвы, полученного на фотопленке средствами трансмиссионной электронной микроскопии. Предложенная модель рассеяния света фотографическими слоями позволяет провести оценку фотографического размытия в практических задачах цифровой обработки изображений, полученных средствами трансмиссионной электронной микроскопии, и эмульсионных спектрограмм. Предложена методика выделения области радужной оболочки в цифровых фотографиях глаза, используемых при компьютерной диагностике глаукомы. Методами цифровой обработки показано наличие периодичности строения Б-слоев сибирской язвы, косвенно доказывающее их кристаллическую структуру. Предложенные и реализованные алгоритмы цифровой обработки изображений, могут быть использованы в задачах ранней компьютерной диагностики глаукомы и анализа результатов биохимических реакций. Получено объективное подтверждение периодичности структуры S-слоев сибиреязвенного микроба. Показана возможность применения цифрового фильтра Мара-Хилдрета 5-го порядка для обработки изображений эмиссионных спектрограмм, зарегистрированных на фотоэмульсионных слоях и оцифрованных при помощи сканера. Основные результаты работы докладывались на конференциях «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, ), «Проблемы защиты информации ограниченного доступа от утечки по техническим каналам» (Саратов, ), «Актуальные проблемы электронного приборостроения» (Саратов, ), «Saratov Fall Meeting» (Саратов, ), «Medical & Biological Engineering & Computing» (Сан-Хосе, США, ), научно-практической конференции «Итоги и перспективы фундаментальных и прикладных исследований в институте «Микроб» (РосНИПЧИ «Микроб», Саратов, ), «Математические методы в технике и технологиях» (Воронеж, ). Выражаю искреннюю признательность д. Байбурину Виду Бариевичу за интерес и внимание, проявленные к моей диссертации, за неоднократные прочтения и прослушивания этой работы. Множество ценных замечаний, им высказанных, помогли систематизировать, структурировать и изложить представленный здесь материал. Приношу благодарность д. Волкову Юрию Петровичу за консультации по вопросам рассеяния света и помощь в получении экспериментальных данных. Без его участия практическая ценность диссертации была бы намного меньшей. Дано определение специальных фотографических изображений и очерчен круг изображений, рассматриваемых в диссертационной работе. Рассмотрены различные способы формирования цифровых изображений, в том числе и оцифровка традиционных галогенсеребряных фотографий. Сформулированы цели, поставленные в каждой из перечисленных задач. Выбор методов обработки изображений диктуется целями обработки, а также индивидуальными свойствами изображений. Рассмотрены фотографические изображения, зарегистрированные на галогенсеребряных эмульсионных слоях и оцифрованные сканером.