Субпікселні методи обробки дискретної вимірювальної інформації в комп’ютерних оптико-електронних системах

Запропоновано КОЕС геометричних параметрів стопи людини.

Математична модель перерозподілу відбитого світла від підошви стопи людини внаслідок проходження його через середовище скло/повітря залежно від розподілу навантаженості на стопу має вигляд:

де - коефіцієнт заломлення біотканини; - коефіцієнт заломлення повітря, що знаходиться між склом та біотканиною; - коефіцієнт заломлення скла; р - тиск, який створює стопа; - коефіцієнт пропорційності; - інтегральна чутливість фотоприймача по струму; - освітленість;- інтегральний коефіцієнт пропускання; - площа вхідного зрачка ; - величина кута; - фокусна віддаль.

Залежність значення вихідного сигналу елементарної точки стопи від прикладеного тиску наведена на рис. 14. Оцінено функції чутливості впливних величин на результати вимірювання відбивної здатності стопи.

Рис. 14. Залежність значення вихідного сигналу елементарної точки стопи від прикладеного тиску

Математична модель перерозподілу відбитого світла від підошви стопи людини дала змогу розробити оптико-електронний сенсор і КОЕС парамет-рів стопи людини, візуалізувати роз-поділ навантаженості на стопу та отримати її геометричні параметри. КОЕС параметрів стопи людини, структурна схема якої наведена рис. 15, додатково враховує вплив зовнішнього світлового фону й складається з ламп освітлення Л1, і Л2, блоків керування напругою ламп БКН1 і БКН2, блока вмикання та відмикання системи освітлення БВВ, який під'єднаний до персонального комп'ютера ПК за допомогою стандартного порту USB, відеокамери ВК, що реєструє зображення стопи та під'єднана до комп'ютера та блока гістограмної бінаризації БГБ. Програмне забезпечення дослідження стопи людини базується на методах порогової обробки шляхом використання гістограм щільності розподілу ймовірностей інтенсивності спільних точок фільтрованих зображень, запропонованих у розділі 3. Це дало змогу виконати бінаризацію стопи людини в умовах високого рівня зовнішнього світлового фону.

Запропоновано КОЕС постави тіла на основі використання патернів, яка містить канал далекометрування та канал визначення координат глибини об'єкта на зображенні. Координати глибини визначаються внаслідок знаходження точок перетину, накладених на об'єкт горизонтальних і вертикальних патернів згідно з

де - відстань від площини, на якій знаходиться об'єкт, до оптичної системи; - базова відстань; - координати точок в площині та на об'єкті по осі X, Y, відповідно; - збільшення оптичної системи .

При цьому виділення ліній патернів виконується за допомогою розроблених методів виділення контуру, наведених в розділі 3.

Залежність глибини від зміни положення точки для одновимірного випадку при і для декількох значень базової відстані наведена на рис. 16.

До переваг реалізації такого вимірювального перетворювача можна віднести простоту конструкції, а саме - відсутність механічних частин.

Структурна схема КОЕС постави тіла наведена на рис. 17 і містить проекційну систему та відеокамеру, які під'єднані до комп'ютера. Проекційна система включає канал далекометрування для знаходження відстані до площини й до об'єкта та систему формування патернів, робота якої рознесена в часі для знімання картини ліній горизонтального та вертикального патернів окремо. Блок виділення ліній патернів (БВЛП) оцифровує положення лінії кожного патерна.

КОЕС постави тіла дає змогу відновити 3D зображення спини людини та встановити викривлення постави тіла. При цьому інформативним параметром є зміна координат точок, що визначають глибину зображення. Така система виключає інвазивне радіаційне втручання, що є позитивним аспектом її багато-разового використання.

У шостому розділі для підтвердження розроблених теоретичних положень проведені експериментальні дослідження наведених КОЕС поверхневого натягу, геометричних параметрів стопи та постави тіла.

Для оцінки методичної похибки визначення та виділення контуру проведені метрологічні дослідження розроблених КОЕС за допомогою набору плоскопаралельних кінцевих мір довжини, які виготовлені з твердого сплаву за 1-м робочим класом точності. Оскільки на результат вимірювання суттєво впливає оптична система та умови знімання об'єкта, то вимірювання ширини кожної міри проводилися окремо та отримані результати порівнювалися між собою. Це дало змогу отримати відношення ширини даних мір і порівняти ці відношення з відношенням ширини зображень мір. Розбіжність отриманих результатів не перевищує 0,8%.

Експериментальні дослідження КОЕС поверхневого натягу з використанням атестованих рідин, на основі яких встановлено, що розроблена система має чутливість 0,1мН/м в діапазоні від 10 до 100мН/м, а зведена похибка вимірювань не перевищує 1,4%. Результати досліджень показали, що розширення діапазону вимірюваних висоти краплі та підвищення чутливості стало можли-вим за рахунок викорис-тання електричного поля та субпікселного методу крайового детектування.

У табл. 1 наведені порівняльні характерис-тики вимірювача поверхневого натягу методом лежачої краплі в електричному полі та відомих вимірювачів.

Експериментальні дослідження КОЕС геометричних параметрів стопи людини здійснено за допомогою силіконових фігур. Встановлено, що нерівномірність світлового потоку по всій площині скляної пластини не перевищує 10%, відхилення експериментальної залежності від теоретичної не перевищує 8%, що підтверджує високу збіжність отриманих результатів. Результати роботи КОЕС порівнювалися з відомою системою, основаною на п'єзо-електричному прин-ципі. У табл. 2 наведені порівняльні характеристики розробленого та відомого подоскопа. Встановлено, що контуризацію стопи, знаходження її координат стало можли-вим завдяки гістограм-ному методу порогової бінаризації. КОЕС параметрів стопи людини на основі графіко-математичної обробки дає змогу отримати комплекс плантографічних і подографічних показників.

Експериментальні дослідження КОЕС постави тіла людини здійснено за допомогою сфери відомого радіуса. Встановлено, що виділення ліній патерна, отримання їхніх координат з високою точністю стало можливим завдяки методу виділення контуру на основі низькочастотної фільтрації. Встановлено, що відхилення експери-ментальної залежності від теоретичної не перевищує 1%, що дало можливість зробити висновок про високу збіжність отриманих результатів. Харак-тристики КОЕС "VertPro" наведені в табл. 3 і порівнювалися з відомою системою, основаною на муарових лініях.

ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ ТА РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

У дисертаційній роботі на основі виконаних досліджень проведено ґрунтовний аналіз сучасного стану розвитку оптико-електронних вимірювань, започатковано нові й розвинуто відомі теоретичні, метрологічні, інженерно-технічні основи крайового детектування об'єктів на зображенні, завдяки чому вирішена науково-прикладна проблема підвищення точності визначення геометричних параметрів зображення об'єктів, яка має важливе народногосподарське значення і полягає у створенні нового класу КОЕС.

У теоретичному аспекті розроблено засади субпікселного визначення простих елементів об'єкта на зображенні, які включають: узагальнену математичну модель положення примежової кривої в міжпікселному просторі; метод знаходження краю на основі визначення точок перетину фільтрованих зображень; метод визначення положення максимуму інтенсивності світлової плями залежно від нахилу функції розподілу в околі піксела з максимальною інтенсивністю, методи виділення контуру.

В інженерно-технічному аспекті синтезовано нові алгоритми, структурні, функціональні схеми оптико-електронних вимірювальних каналів комп'ютерних систем різного призначення. Розроблено пакет програм у середовищі символьної математики, який дозволив змоделювати процес вимірювання краю об'єкта на зображенні, положення максимуму світлової плями, універсальний пакет, що дозволяє виконати фільтрацію зображення з використанням будь-якої маски.

Проведені експериментальні дослідження із застосуванням зразкових та тестових об'єктів, дозволили підтвердити коректність постановки задачі і математичних методів, використаних при доведенні основних наукових положень, порівняти результати, отримані за допомогою методів, викладених у роботі з відомими раніше, а також зіставити результати математичного і фізичного моделювання.

Основні наукові та прикладні результати роботи є такими:

1. Проаналізовано відомі методи та засоби субпікселного визначення простих елементів об'єкта на зображенні. Встановлено, що на сучасному етапі розвитку теорії та техніки актуальним і перспективним є створення нових методів та КОЕС геометричних параметрів об'єктів, орієнтованих на підвищення точності за рахунок субпікселної обробки дискретних зображень досліджуваних об'єктів.

2. Вперше запропоновано теоретичні засади субпікселного вимірювання краю (крайове детектування) об'єкта на зображенні на основі низькочастотної фільтрації, які включають узагальнену математичну модель дискретної асиметричної та квазіасиметричної межі краю об'єкта, а також математичну модель знаходження субпікселної координати краю, що дозволило розробити новий клас КОЕС з покращеними метрологічними характеристиками. Доведено адекватність даних моделей, показано, що похибки моделей не перевищують 10% ширини міжпікселного простору.

3. З метою підвищення швидкодії запропоновано апаратну реалізацію паралельно-конвейєрної обробки даних на основі використання ПЛІС XC3S1000 сімейства Spartan-3 фірми Xilinx, яка є складовою компонентою запропонованих КОЕС. Це дозволило підвищити швидкодію обробки залежно від розмірності «ковзного вікна» більше, ніж у 5 разів.

4. Вперше запропоновано метод субпікселного визначення координати максимуму інтенсивності світлової плями, оснований на знаходженні нахилу функції розподілу в околі піксела з максимальною інтенсивністю. Проведені дослідження підтвердили адекватність моделі, отримані результати перевищують відомі за швидкодією, оскільки алгоритм запропонованої моделі використовує менше кроків, а також за точністю (похибка моделі не перевищує 7%). Це дозволило реалізувати вимірювальний канал відстані з відносною похибкою 0,5% в діапазоні до 0,5 м, що у два рази нижча, ніж у відомих системах.

5. Вперше розроблено метод автоматичного визначення порога бінаризації зображення, який на відміну від відомих оснований на знаходженні за запропонованою гістограмою, яка являє собою щільності розподілу ймовірностей інтенсивності спільних точок фільтрованих зображень з різним ступенем розмитості, що дозволило вдосконалити КОЕС параметрів стопи людини, покращити візуальне сприйняття об'єкта дослідження та отримати геометричні параметри стопи з відносною похибкою не більше 6%, що є меншою у 2,5 рази в порівнянні з відомою. При цьому кількість точок, що аналізуються, збільшено у 1000 разів

6. Удосконалено метод крайового детектування об'єкта на зображенні, оснований на знаходженні спільних точок зображень об'єкта, отриманих у результаті низькочастотної фільтрації з різним ступенем розмитості, що дало змогу підвищити точність виділення контуру в цілому й при апаратній реалізації зменшити час обробки, а також вдосконалити КОЕС постави людини та отримати координати глибини з відносною похибкою меншою 1%. Це дало змогу підвищити точність у півтора раза в порівнянні з відомими системами.

7. Отримали подальший розвиток моделі метрологічних характеристик оцінювання методичних похибок крайового детектування та знаходження положення максимуму світлової плями та аналітичні залежності для оцінювання основних статичних метрологічних характеристик вимірювальних каналів КОЕС геометричних параметрів.

8. Розроблено функціональні схеми та алгоритми роботи вимірювальних каналів КОЕС геометричних параметрів об'єктів, а також програмне забезпечення крайового детектування, вимірювання положення максимуму інтенсивності світлової плями, детекторів виділення контуру.

9. Розроблено та впроваджено КОЕС геометричних параметрів, зокрема КОЕС поверхневого натягу, геометричних параметрів стопи, постави тіла людини, в яких застосовані субпікселні методи обробки, які дали змогу підвищити візуальну якість досліджуваних об'єктів, підвищити точність, а також отримати додаткову кількісну інформацію.

10. Проведені експериментальні дослідження КОЕС поверхневого натягу, геометричних параметрів стопи, постави тіла людини, а також їх апаратного, алгоритмічного і метрологічного забезпечення дозволили визначити їх основні метрологічні характеристики та впровадити як експериментальні зразки до застосування в медичних закладах й підприємствах харчової та легкої промисловості.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Білинський Й. Й. Автоматизований контроль поверхневого натягу рідин методом лежачої краплі: Монографія. / Білинський Й. Й., Городецька О. С. - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця, 2008. - 146 с.

2. Білинський Й. Й. Аналіз сучасних багатоелементних фотоприймальних пристроїв і оптико-електронних методів і засобів на їх основі / Білинський Й. Й. // Вісник Вінницького політехнічного інституту.-2005. - №5(62). - С. 9-15.

3. Білинський Й. Й. Класифікація методів крайового детектування зображень / Білинський Й. Й. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2007.- № 1. - С. 161-169.

4. Білинський Й. Й. Субпікселне вимірювання геометричних розмірів сегментних елементів зображення / Білинський Й. Й. // Методи та прилади контролю якості. - 2007. - Вип. 19. - С. 35-39.

5. Білинський Й. Й. Детектори виділення простих елементів зображення та аналіз іх програмної реалізації / Білинський Й. Й. // Нові технології. Науковий вісник Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління. - 2007. - №3(17). - С. 33-43.

6. Білинський Й. Й. Математична модель локалізації краю зображення об'єкта / Білинський Й. Й. // Інформаційні технології та комп'ютерна інженерія.-2007.- №3(10).- С. 73-79.

7. Білинський Й. Й. Субпіксельна оцінка границі дискретних зображень / Білинський Й. Й., Городецька О. С., Ратушний П.М. // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - №4, Т.2. - С. 143-146.

8. Білинський Й. Й. Оптоелектронний рефрактометр з використанням багатоелементного фотоприймального пристрою / Білинський Й. Й. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 1999. - №4. - С. 28-31.

9. Білинський Й. Й. Математична модель примежової кривої зображення об'єкта / Білинський Й. Й., Мельничук А. О. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного інституту. - 2008. - №4(51), частина 2. - С. 149-153.

10. Білинський Й. Й. Метод субпікселного визначення краю об'єкта на зображенні на основі низькочастотної фільтрації / Білинський Й.Й., Мотигін В.В. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2008. - №3. - С. 5-8.

11. Білинський Й. Й. Визначення координат енергетичного центра плями розсіювання / Білинський Й. Й., Білинський В. Й., Мотигін В. В. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного інституту. - 2007. - №3(44), частина 1. - С. 153-157.

12. Білинський Й. Й. Фільтр для придушення імпульсних шумів на зображеннях / Білинський Й. Й., Ратушний П. М. // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2007. - №1(13). - С. 30-34.

13. Білинський Й. Й. Субпікселна оцінка координат лазерної лінії / Білинський Й. Й., Білинський В. Й., Ратушний П. М. // Вісник Черкаського Державного технічного університету. - 2007. - Спецвипуск. - С. 17-20.

14. Білинський Й. Й. Детектор виділення контуру та простих елементів зображення / Білинський Й. Й. // Відбір і обробка інформації. - 2007. - №27(103). - С. 63-67.

15. Білинський Й. Й. Ізотропний детектор виділення контуру та простих елементів зображення на основі просторової фільтрації / Білинський Й. Й. // Вісник Хмельницького національного університету.- 2007.-№6. Т.1 - С.183-187.

16. Білинський Й. Й. Використання явища багаторазового відбиття для підвищення контрастності межі світлотіні рефрактометра / Білинський Й. Й., Барановський І. М. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 1999. - № 4. - С. 14-17.

17. Білинський Й .Й. Рефрактометричний вимірювач прозорих і поглинаючих середовищ / Білинський Й. Й., Городецька О.С. // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології.- 2003.- № 12 (5-6).- С.147-153.

18. Білинський Й. Й. Спосіб визначення границі світлотіні рефрактометричних вимірювачів / Білинський Й. Й. // Вісник Хмельницького національного університету.-2006.- №2.- С. 62-66.

19. Білинський Й. Й. Адаптивний метод порогової обробки зображень / Білинський Й.Й., Крисак Т. М., Клименко І. В. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2007. - №5. - С. 116-118.

20. Білинський Й. Й. Просторовий фільтр підвищення різкості зображення / Білинський Й. Й. // Нові технології. Науковий вісник Кременчуцького університету економіки, інформаційних технологій і управління. - 2006. - №2 (12). - С. 227-230.

21. Білинський Й. Й. Вплив неінформативних параметрів локалізації краю об'єкта на примежовій кривій / Білинський Й. Й. // Вісник Кременчуцького державного політехнічного інституту. - 2008. - №1 (48). - С. 39-41.

22. Білинський Й. Й. Приглушення шуму в задачах визначення краю об'єкта на зображенні / Білинський Й. Й. // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. - №3/2 (33). - С. 9-13.

23. Білинський Й. Й. Використання електричного поля для вимірювання поверхневого натягу рідин методом лежачої краплі / Білинський Й. Й., Городецька О. С.//Методи та прилади контролю якості. - 2006.- №17. - С. 37-41.

24. Білинський Й. Й. Розробка математичної моделі визначення поверхневого натягу і пристроїв на її основі / Білинський Й .Й., Білошкурська О. С. // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2002. - №3, Т.2. - С. 107-111.

25. Білинський Й. Й. Нові підходи в автоматизації визначення поверхневого натягу рідин / Білинський Й. Й., Городецька О. С. // Вісник Технологічного університету Поділля. - 2004. - Ч.1, Т.3. - С. 117-120.

26. Білинський Й. Й. Експериментальне дослідження чистоти рідини за показником поверхневого натягу / Білинський Й .Й., Городецька О. С., Ратушний П.М. // Вісник Хмельницького національного університету. - 2005. - №4, ч.1, Т.2. - С. 241-244.

27. Білинський Й. Й. Дослідження чистоти рідини в електростатичному полі / Білинський Й. Й., Городецька О. С. // Вісник Вінницького політехнічного інституту. - 2005. - №6. - С. 47-50.

28. Система комп'ютерної діагностики стопи людини / Білинський Й. Й., Коваленко Є. М., Юкиш С. В., [та інш.] // Вісник Хмельницького національного університету. -2008. - № 1, Т.1 - С. 151-156.

29. Білинський Й. Й. Оптико-електронна система дослідження діабетичної стопи / Білинський Й. Й., Тарасюк О. Г. // Оптико-електронні інформаційно-енергетичні технології. - 2005.1 - 1 №1(9). - С. 130-133.

30. Білинський Й. Й. Сучасні технічні методи діагностики опорно-рухового апарату людини / Білинський Й. Й., Коваленко Є. М., Коваленко В. М. // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. - 2000. - №3. - С. 140-144.

31. Білинський Й. Й. Оптико-електронний далекомір /Білинський Й. Й., Юкиш С. В., Юкиш М. Й.// Наукові праці Донецького державного технічного університету. Серія Обчислювальна техніка та автоматизація. - 2007. - №13 - С. 220-225.

32. Білинський Й. Й. Пристрій розпізнавання зображень на основі шаблонів і класифікаторів / Білинський Й. Й. Білинський В. Й. // Оптико-електроннi iнформацiйно-енергетичнi технологiї. - 2007. - №1 (13) - С. 41-45.

33. Білинський Й. Й. Оптико-електронна система постави тіла людини / Білинський Й. Й. // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - №3, Т.1 - С. 129-133.

34. Білинський Й. Й., Білинський В. Й., Мельничук А. О. Реалізація детектора виділення контуру на ПЛІС фірми Xilinx // Наукові праці ВНТУ - 2008. - № 2. - Режим доступу до журн.: http://www.nbuv.gov.ua/e -jornals/VNTU/2008-2/uk.htm.

35. Билинский И. И. Методика коррекции погрешности светотени на основе многоэлементного фотоприёмного устройства / Билинский И. И. // Наука и предпринимательство: междунар. симпоз., 25-28 февр. 1997 г.: тезисы докл. - Винница-Львов, 1997. - С. 107.

36. Bilynskyi J.J. Optoelektronic rangefinder / Bilynskyi J.J., Fedun O.V. // Photonics-ODS: Internetional Scientific Optoelektronic Information Technologies, SPIE, 2-6 осt. 2000: abstract - New York - Vinnytsia, 2000. - P. 529-534.

37. Білинський Й. Базовий оптико-електронний вимірювач лінійних величин / Білинський Й., Білинський В., // PHOTONICS-ODS 2002: 2-а Міжнар. конф., 23-25 квітня 2002 р.: тези доп. - Вінниця, 2002. - С. 88.

38. Білинський Й. Й. Оптико-електронна система дослідження стопи людини / Білинський Й. Й., Тарасюк О. Г., Коваленко Є. М.// Динаміка наукових досліджень: 3-я Міжнар. науково-практ. конф., 21-30 червня 2004 р.: тези доп. - Дніпропетровськ, 2004. - С. 3-5.

39. Білинський Й. Й. Роль поверхневих явищ в різних процесах та оптичні засоби визначення поверхневого натягу / Білинський Й. Й., Городецька О. С. // PHOTONICS-ODS 2005”: 3-я Міжнар. конф., 24-26 квітня 2005 р.: тези доп. - Вінниця, 2005. - С. 188.

40. Білинський Й. Й. Математична модель вимірювання поверхневого натягу методом лежачої краплі / Білинський Й. Й., Городецька О. С. // Контроль і управління в складних системах: Міжнар. конф., 24-27 жовтня 2005 р.: тези доп. - Вінниця, 2005. - С. 255.

41. Білинський Й. Й. Оптико-електронний вимірювач густини газу в потоці // I-й Всеукраїнський з'їзд екологів: I-а науково-практ. конф., 4-6 жовтня 2006 р.: тези доп. - Вінниця, 2006. - С. 177.

42. Білинський Й. Й. Діагностика дна ока на основі колориметричного методу з використанням інтегруючої сфери / Білинський Й. Й., Бабій А. О, Салдан Й. Р. // Сучасні проблеми мікроелектроніки, радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування: 2-а міжнар. конф., 16-19 лист. 2006 р.: тези доп. - Вінниця, 2006.- С. 51-52.

43. Білинський Й. Й. Застосування методу просторової модуляції для вимірювання параметрів обертального руху / Білинський Й. Й., Білинська М. Й., Кухарчук В. В. //Автоматика-2006: 13-а міжнар. конф., 25-28 вересня. - 2006 р.: - тези доп. - Вінниця, 2006. - С. 157.

44. Білинський Й. Й. Субпікселне сканування на основі зсуву фотоматриці / Білинський Й. Й., Білинський В. Й. // Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування: 3-я міжнар. конф., 31-2 червня. - 2007р.: тези доп. - Вінниця, 2007. - С. 62-63.

45. Білинський Й. Й. Адаптивний метод порогової обробки зображення / Білинський Й. Й., Крисак Т. М. // Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій та приладобудування: 3-я міжнар. конф., 31-2 червня. - 2007р.: тези доп. - Вінниця, 2007. - С. 82-83.

46. Bilynskyi J.J. Subpixel and Image Processing / Bilynskyi J.J. // Advanced Computer Systems and Network: Design and Applicatіon: Of the 3-rd Internetional Conferens, 20-22 sept. - 2007: рroceedings - Lviv, 2007. - Р. 155-158.

47. Білинський Й. Й. Субпіксельна оцінка координат лазерної лінії / Білинський Й. Й., Білинський В. Й., Ратушний П.М. // Датчики, прилади та системи: 3-я міжнар. науково-техн. конф., 4-7 вересня - 2007 р.: тези доп. - Ялта, 2007. - С. 9.

48. Патент 42987А Україна МПК G 01 N 21/41. Спосіб вимірювання показника заломлення та поглинання та пристрій для його здійснення / Й. Й. Білинський, М. Й. Білинська.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.11.01, Бюл. №10.

49. Патент 29418 Україна МПК G 01 К 09/64 Спосіб виділення контуру зображення / Й. Й. Білинський, С. В. Юкиш.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 10.01.08, Бюл. №1.

50. Патент 25485А Україна МПК G 06 К 9/36. Спосіб визначення краю примежової кривої зображень / Й. Й. Білинський, П. М. Ратушний, А. О. Мельничук.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 10.08.07, Бюл. №12.

51. Патент 21561А України МПК G 06 К 9/36. Пристрій для виділення контуру багатоградаційних зображень / Й .Й. Білинський, А. О. Мельничук.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 05.03.07, Бюл. №8.

52. Патент 18931А Україна МПК G 01 N 21/41. Оптоелектронний рефрактометр / Й. Й.Білинський, О. В.Федун.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет -опубл. 25.12.97, Бюл. №6.

53. Патент 7871 Україна МКІ G 01 N 27/26. Пристрій для контролю ступеня чистоти рідин / Городецька О. С., Білинський Й. Й., Пастушенко О. Л.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет. - опубл. 15.07.2005; Бюл. № 7.

54. Патент 71263A Україна МПК G 01 N 13/02. Оптико-електронний вимірювач поверхневого натягу рідини / Й. Й. Білинський, О. С. Городецька.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.11.04, Бюл. №11.

55. Патент 50444А Україна. МПК G 01 N 13/02. Пристрій для визначення крайового кута змочування / Й. Й.Білинський, О. С. Білошкурська, В. І. Кашуба.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.10.02, Бюл. №10.

56. Патент 71576 Україна. МПК G 01 N 13/02. Оптико-електронний вимірювач поверхневого натягу рідини / Й. Й.Білинський, О. С. Білошкурська, С. О. Сіренко.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.14.04, Бюл. №12.

57. Патент 68903А Україна, МПК А 61 В 5/103., Хвилевідний подоскоп / Й.Й. Білинський, О. Г. Тарасюк, Є. М. Коваленко; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет опубл. від 16.08.2004. Бюл. №8.

58. Патент 67494А Україна МПК G 01 C 3/00. Лазерний далекомір / Й. Й. Білинський, О. В. Федун.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.06.04, Бюл. №6.

59. Патент 43209А Україна. МПК G 01 C 3/00. Світлодалекомір / Й. Й. Білинський, О. В. Федун.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.11.01, Бюл. №10.

60. Патент 68904А Україна. МПК G 01 H 9/00. Пристрій вимірювання амплітуди малих лінійних переміщень / Й. Й. Білинський, М. Й. Білинська, В. В. Кухарчук.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 16.08.04, Бюл. №8.

61. Патент 19722 Україна МПК А 61 F 9/08. Пристрій для визначення перешкод людьми з обмеженим зором / Й. Й. Білинський, В. Й. Білинський, О. В. Федун.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.12.06, Бюл. №12.

62. Патент 32886 Україна. МПК G 06 K 09/64. Спосіб автоматичного визначення порога бінаризації зображення / Й. Й. Білинський, Т. М. Крисак.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 10.06.08, Бюл. №11.

63. Патент 33980 Україна МПК G 01 K 9/64. Спосіб ізотропного виділення контуру зображення / Й. Й. Білинський, С. В. Юкиш., П. М. Ратушний.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 25.07.08, Бюл. №14.

64. Патент 7933 Україна МПК G 01 В 11/25. Пристрій для контролю рельєфності виробу / Й. Й.Білинський, О. С. Городецька, П. М. Ратушний.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 15.07.05, Бюл. №7.

65. Свідоцтво на реєстрацію авторського права на твір, Україна. №23631. Комп'ютерна програма «Локалізація краю об'єкта на зображенні»/ Й. Й.Білинський, П. М. Ратушний. Дата реєстрації 1.02.08.

66. Свідоцтво на реєстрацію авторського права на твір, Україна. №23610. Комп'ютерна програма «Градієнтний детектор виділення контуру на основі низькочастотної фільтрації»/ Й. Й. Білинський, С. В. Юкиш. Дата реєстрації 31.01.08.

67. Свідоцтво на реєстрацію авторського права на твір, Україна. №23069. Комп'ютерна програма «Ізотропний детектор виділення контуру на основі просторової фільтрації»/ Й. Й. Білинський, С. В. Юкиш. Дата реєстрації 31.01.08.

68. Патент 28111 Україна МПК G 06 К 9/46. Пристрій для визначення координат енергетичного центру зображення світлової плями / В. В. Кухарчук, Й. Й. Білинський, В. Й. Білинський.; заявник і патентовласник - Вінницький національний технічний університет - опубл. 26.11.07, Бюл. №19.

АНОТАЦІЯ

Білинський Й.Й. Субпікселні методи обробки дискретної вимірювальної інформації в комп'ютерних оптико-електронних системах. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.05 - комп'ютерні системи та компоненти - Вінницький національний технічний університет, Вінниця - 2009.

Вирішено проблему субпікселної локалізації простих елементів зображення об'єкта на основі низькочастотної фільтрації, що дало змогу створити новий клас КОЕС геометричних параметрів об'єктів. Ці системи реалізують принципово нові методи виділення і кількісної оцінки інформативних ознак вказаних зображень.

Розроблені моделі дискретної асиметричної та квазіасиметричної межі краю об'єкта, методи знаходження субпікселної координати краю та методи виділення контуру на основі гауссової низькочастотної фільтрації, метод автоматичного визначення порогу бінаризації, основаного на використанні спеціальної гістограми щільності ймовірності розподілу інтенсивності спільних точок контурних зображень, а також метод субпікселного визначення координати максимуму розподілу інтенсивності світлової плями, який оснований на знаходженні нахилу функції розподілу в околі піксела з максимальною інтенсивністю. Проведено комп'ютерне моделювання, а також експериментальні дослідження запропонованих методів.

Запропонована апаратна реалізація на ПЛІС паралельно-конвейєрної обробки даних методу виділення контуру з метою підвищення швидкодії попередньої обробки.

Розроблені та впроваджені в практику експериментальні макети КОЕС геометричних параметрів об'єктів. Побудовано КОЕС вимірювання поверхневого натягу рідин, КОЕС параметрів стопи людини КОЕС постави тіла, удосконалено промислові рефрактометри та експериментально визначені їхні основні метрологічні характеристики.

Ключові слова: піксел, міжпікселна ширина, примежова крива, контур, бінарне зображення, згортка, маска, гістограма щільності розподілу ймовірності інтенсивності, геометричні параметри об'єкта, патерн.

АННОТАЦИЯ

Билинский И.И.. Субпиксельные методы обработки дискретной измерительной информации в компьютерных оптико-электронных системах. - Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени доктора технических наук по специальностью 05.13.05 - компьютерные системы и компоненты - Винницкий национальный технический университет, Винница - 2009.

Решена проблема субпиксельной локализации простых элементов изображения объекта на основе низкочастотной фильтрации, что позволило создать новый класс КОЭС геометрических параметров объектов. Эти системы реализуют принципиально новые методы выделения и количественной оценки информативных признаков указанных изображений.

Разработаны модели дискретной асимметрической и квазиасиметричной границы края объекта, которые учитывают пространственную неинвариантность матричного приёмника. Предложены методы нахождения субпиксельной координаты края и методы выделения контура на основе определения общих точек изображений, полученных в результате гауссовой низкочастотной фильтрации с разной степенью размытия. Разработаны методы автоматического определения порога бинаризации, который основан на использовании специальной гистограммы плотности вероятности распределения яркости общих контурных точек изображений, а также методы субпиксельного определение координаты максимума яркости светового пятна, основанного на нахождении наклона функции распределения в окрестности пикселя с максимальной яркостью. Проведено компьютерное моделирование, а также экспериментальные исследование предложенных методов.

Предложенная аппаратная реализация на ПЛИС параллельно-конвейерной обработки данных детектора выделения контура с целью повышения быстродействия предварительной обработки, которая является составной компонентой предложенных КОЭС.

Получили дальнейшее развитие модели метрологических характеристик оценивания методических погрешностей краевого детектирования и нахождение положения максимума светового пятна и аналитические зависимости для оценивания основных статических метрологических характеристик измерительных каналов КОЭС геометрических параметров.

Разработаны функциональные схемы и алгоритмы работы измерительных каналов КОЭС геометрических параметров объектов, а также программное обеспечение краевого детектирования, измерение положения максимума интенсивности светового пятна, детекторов выделения контура. Разработаны и внедрены КОЭС геометрических параметров, в частности КОЭС поверхностного натяжения, геометрических параметров стопы, осанки тела человека, в которых применены субпиксельные методы обработки, которые дали возможность повысить точность измерений, визуальное качество исследуемых объектов, а также получить дополнительную количественную информацию.

Проведенные экспериментальные исследования КОЭС поверхностного натяжения, геометрических параметров стопы, осанки тела человека, а также их аппаратное, алгоритмическое и метрологическое обеспечения позволили определить их основные метрологические характеристики и внедрить как экспериментальные образцы в медицинских учреждениях, предприятиях пищевой и легкой промышленности.

Ключевые слова: пиксель, межпиксельная ширина, пограничная кривая, контур, бинарное изображение, свертка, маска, гистограмма плотности распределения вероятности яркости, паттерн.

ANNOTATION

Bilynsky Y.Y. Sub-pixel methods of discrete measuring information processing in computer optic-electronic systems. - А manuscript.

The thesis for the Doctor of Technical Sciences degree in speciality 05.13.05 - Computer systems and components - Vinnytsia National Technical University Vinnytsia - 2009. The problem of sub-pixel localizations of simple elements of the image of object Is solved on the basis of a low-pass filtration that has allowed to create new class COES of geometrical parameters of objects.

Models of discrete asymmetric and quasi-asymmetric boundary of object edge, methods of finding sub-pixel edge coordinate on a basis polynomial and piecewise-linear interpolation, allocation contour methods which is based on Gauss low-pass filtration and a method of automatic definition of binarization threshold which is based on the usage of the special density histogram of probability of brightness distribution of planimetric points of images, also the method of sub-definition of coordinate of a maximum of brightness distribution of a light spot which is based finding of an inclination of distribution function in a pixel vicinity with the maximal brightness are developed. Computer modelling, and also experimental researching of the offered methods is made.

Hardware realization which is based on EPLD of parallel-conveyor data processing of a method of allocation of a contour with the purpose of increasing of speed of preliminary processing is offered. Experimental COES breadboard models of geometrical parameters of objects are developed and introduced into practice. COES measurement of a superficial tension of liquids, COES parameters stops of person, COES bearing of body is synthesized, industrial refractometers are improved, their metrological characteristics were experimentally determined.

Key words: pixel, width between pixels, preliminary processing of images, boundary curve, contour, binary image, furl, mask, density histogram of probability of brightness distribution, pattern.

Размещено на Allbest.ru