Система автоматизированного анализа пространственной структуры изображений. Подсистема центроидной р...

Дипломная работа - Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование

Для того чтобы скачать эту работу.
1. Подтвердите что Вы не робот:
2. И нажмите на эту кнопку.
закрыть



ателем, поэтому паузы на обработку не должны превышать нескольких минут. Исходя из этого, сформулированы требования к техническим характеристикам персонального компьютера, на котором будет функционировать система. Требования сведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Технические характеристики персонального компьютера

НаименованиеЗначениеЧастота процессора, МГцот 900Объем оперативной памяти, Мбот 128Разрешение экрана мониторане менее 1024x768

  1. Требования к информационному обеспечению

Система ААПСИ предназначена для обработки изображений, содержащих небольшое количество цветов. Вследствие неточностей и технических особенностей полиграфии, шумов и аппроксимаций, вносимых оборудованием (сканер или любое иное дискретизирующее графику устройство) в изображении появляются шумы различной природы. Система ААПСИ позволяет избавиться от этих шумов. Однако настоящую систему сложно применять к изображениям, тоно-цветовая шкала которых имеет непрерывный характер, например художественным фотографиям или картинам с плавными переходами цветов. В таких графических данных становится сложно выделить четко обозначенные линии, поэтому сфера применения системы ограничивается изображениями искусственного происхождения с цветовой палитрой оттенков серого.

Основным видом информации, обрабатываемом в системе ААПСИ, является графическая информация в растровом представлении. Такой вид данных воспринимается человеком непосредственно и целостно, поэтому необходимо обеспечить средства наглядной визуализации изображений на различных этапах обработки.

 

  1. Требования к программному обеспечению

Систему ААПСИ целесообразно разрабатывать для функционирования под операционной системой семейства Windows, так как ОС данного класса наиболее широко распространены в современном мире. Платформами для разработки выбраны среды Borland C++ Builder 6 и Microsoft Visual C++. Эти среды поддерживают алгоритмический язык C++ и обладают при этом возможностями быстрой разработки и проектирования визуальных интерфейсов, что особенно важно при работе с графической информацией.

 

  1. Основные технические решения проекта системы

 

  1. Решение по комплексу технических средств

Как уже отмечалось в п. 1.3.5 Требования к техническому обеспечению, для достижения удобного пользователю режима функционирования системы необходимо следующая минимальная конфигурация персонального компьютера: частота процессора 900 МГц, объем оперативной памяти 128 Мб, монитор, поддерживающий разрешение 1024x768 точек. Также желательно наличие следующих периферийных технических средств: планшетный сканер с разрешающей способностью не менее 600x600 dpi (точек на дюйм), цветной струйный принтер для вывода на печать результатов обработки изображений.

 

  1. Описание системы программного обеспечения

Для реализации и функционирования проекта необходимо следующее общесистемное программное обеспечение: ОС Windows XP, в основе которой лежит ядро, характеризуемое 32-разрядной вычислительной архитектурой и полностью защищенной моделью памяти, что обеспечивает надежную вычислительную среду.

Разработка системы ААПСИ и ее подсистем будет вестись с использованием сред для разработки приложений Borland C++ Builder 6 и Microsoft Visual Studio C++. Среды разработки включают в себя высокопроизводительный 32-битный компилятор, что позволяет оптимизировать создаваемый код. В состав каждой среды включен обширный набор средств, которые повышают производительность труда программистов и сокращают продолжительность цикла разработки. Удобство разработки и эффективность созданных в данных средах разработки программ делают их оптимальным выбором для построения исследовательской системы, какой является система ААПСИ.

  1. РАЗРАБОТКА ЗАДАЧИ ПОДСИСТЕМА ЦЕНТРОИДНОЙ РЕЛАКСАЦИИ

 

  1. Описание постановки задачи

 

  1. Характеристика задачи

Задача Центроидная релаксация входит в состав системы Автоматизированный анализ пространственной структуры изображений и предназначена для автоматизации процесса анализа геометрических характеристик структурных элементов изображения. Целесообразность автоматизации задачи обусловлена необходимостью изучения выделенных структурных элементов изображения. Изучению сопутствует процесс автоматизированных вычислений, который сложно и долго выполнять без ЭВМ, так как объем рассматриваемых данных достаточно велик. Дополнительно в задаче существует необходимость выполнения некоторых преобразований изображения для дальнейшего использования в системе ААПСИ.

Задача включает в себя следующие подзадачи:

  1. построение фильтра для исследования изображения;
  2. вычисление центра масс для каждого пиксела изображения;
  3. вычисление кривизны структурных элементов;

Каждая задача описывается отдельным алгоритмом.

  1. Входная информация

Входной информацией для задачи является файл *.fld полученный после обработки исходного изображения подсистемой центроидной фильтрации.

Формат входного файла приведен в приложении 3.

  1. Выходная информация

Выходной информацией задачи является файл *.rlx, содержащий структурное описание изображения. Создаваемый файл сохраняется в тот же каталог, откуда был открыт входной файл.

Формат выходного файла описан в приложении 3.

 

  1. Математическая постановка задачи

Математическое описание построения кольцевого фильтра

Кольцевой фильтр необходим для исследования изображения с помощью локального метода. Именно кольцевой фильтр позволяет наиболее верно вычислить кривизну структурных элементов изображения.

Алгоритм вычисления точек кольцевого фильтра основан на соотношении сторон прямоугольного треугольника.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1

 

Исходя из рисунка, точка P(x,y) является точкой фильтра, если выполняется следующее условие:

(2.1)

 

Математическое описание вычисления центра масс

Под “массой пиксела” в данной работе понимается значение цвета пиксела/9/. Для вычисления центра масс относительно текущей точки, необходимо вычислить сумму “масс” пикселей попавших в фильтр, центр которого находится в текущей точке.

 

, (2.2)

 

где N количество пикселов в фильтре,

p(i, j) “вес” пиксела.

Рассчитываются вес пикселей по оси Ox:

 

, (2.3)

 

и вес по оси Oy:

 

, (2.4)

 

Смещение по оси Оx к центру “тяжести” пикселей, относительно текущей точки:

 

, (2.5)

 

Смещение по оси Оy к центру “тяжести” пикселей, относительно текущей точки:

 

, (2.6)

 

Координаты центра тяжести P(i, j):

, (2.7)

 

, (2.8)

 

где u,v координаты центра фильтра.

Математическое описание алгоритма вычисления кривизны

Кривизна вычисляется для точки, принадлежащей линии. Поэтому необходимое условие выполнения алгоритма совпадение центра фильтра и точки на линии. Геометрическое расположение фильтра и линии показано на рис. 2.2

 

Вычисление кривизны

 

Cf центр фильтра; P1,P2 точки линии, попавшие в фильтр;

r радиус фильтра; h смещение центра масс от центра фильтра;

l - расстояние от центра масс до точки пересечения линии рисунка и фильтра; M центр масс; О центр окружности на изображении;

R радиус окружности на изображении;

Рис.2.2

 

Рассмотрим треугольник ΔСfMP2 .Из соотношения гипотенузы и катетов в прямоугольных треугольниках, следует:

(2.9)

 

Из прямоугольного треугольника ΔOMP2 следует:

 

(2.10)

 

Из (2.9) выразим l2 , получим:

 

(2.11)

 

Подставив в (2.10), получим:

 

(2.12)

 

Раскроем скобки:

 

(2.13)

 

Для получения h, сделаем несколько преобразований:

 

, (2.14)

 

, (2.15)

 

, (2.16)

 

Нормируем h по r :