CC BY
31
УДК 004.932.1
Григорьев А. В., Држевецкий А.Л., Баннов В. Я., Трусов В. А., Кособоков А. С.
ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный университет», Пенза, Россия
ГОРИЗОНТАЛЬНО-ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ВНУТРЕННИХ ЭЛЕМЕНТОВ ПЛОСКОГО СЕГМЕНТА ПОЛУТОНОВОГО РАСТРОВОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ
Формирование областей вершин необходимо при решении практически любой задачи структурно -разностной сегментации полутоновых изображений. Проблема заключается в том, что элементы фона и вершины имеют только незначимые разности, то есть являются элементами негативными. Как эти области различить?
В работе [1] было предложено определять для каждого кластера изображения (в данном случае, для каждой сформированной области связанных элементов) следующий функционал:
H = (hih и h1)hA (1)
где hi...h4 — логические переменные, которым присваивается уровень логической единицы, если выполняется соответствующее условие, и уровень логического нуля, если это условие не выполняется. Условия эти:
h: фрагмент является областью связанных горизонтально-положительных элементов;
h : фрагмент является областью связанных вершинных элементов;
h : к фрагменту не примыкает ни один негативно-контурный элемент;
h : к фрагменту не примыкает ни один краевой элемент.
'Ч
Под горизонтально-положительным элементом понимается объединение элементов негативных и позитивно-контурных. То есть элемент считается горизонтально-положительным, если он является, либо негативным, либо позитивно-контурным.
Смысл различительного функционала H в том, что к области фона обязательно примыкают негативноконтурные элементы, а к области вершины они примыкать не должны. Поэтому совпадение условий hh указывает на то, что данный кластер является вершиной. Существуют ещё вершины другого типа — без негативных элементов, а только с вершинными (например, яркие точки). На этот случай предусмотрено условие h3. Ну и, конечно, если кластер примыкает к краю сцены, то он не рассматривается (условие
h4) .
Смысл объединения негативного и позитивно-контурного классов элементов состоит в том, что поскольку элементы вершинного контура связаны с элементами вершины незначимыми разностями, а с элементами склона — положительными, вершинный контур следует отнести не к склону, а к вершине.
Так, например, элементы вершины и вершинного контура образуют область связанных горизонтальноположительных элементов. Следовательно, для этого кластера hi=1. Данный кластер никоим образом не является областью связанных вершинных элементов. Таким образом, h2=0. h3=0 потому, что к кластеру не примыкает ни один негативно-контурный элемент. И, если кластер не примыкает к краю сцены, то h4=1. Подставив эти значения в формулу (1), получим H=1.
Для анализа структурных определений в различных ситуациях удобно пользоваться двойным кубическим каркасным шаблоном и табличной формой [2]: (рис. 1).
Рис. 1. Двойной кубический каркасный шаблон
Значения параметра p показаны для случая, если текущий элемент размещён в центре шаблона. Для этого же случая и при p=1 показаны и обозначены цифрами направления.
В основе способа лежит метод, описанный в [3]. Дальнейшее развитие этот метод получил при решении задачи обнаружения вершин электронно-дифракционных рефлексов [4-7] . Решение этой специфической задачи привело к коррекции всей концепции обнаружения областей интереса на основе автоматического анализа структуры разностей каждого пикселя [8-10]. Дальнейшие обобщения привели к тому, что была разработана весьма эффективная концепция применения данного векторного алгоритма при анализе и синтезе сложных технических систем [11-12]. В электронной дифрактометрии дальнейшее развитие технологии привело к созданию системы распознавания рефлексов [13-15]. Затем методология, разработанная для решения специфических задач электронной дифрактометрии, была обобщена для применения в других задачах векторизации полутоновых растровых изображений [16-18] . Успешное применение технология нашла в области контроля печатных плат [19-23] . Отмечено также успешное применение технологии в обучающих системах, в системах автоматизированного проектирования и прогнозирования [24-30] , а также в измерительной технике [31-41] .
Сформируем, например, структурное описание элемента, у которого одна пара направлений позитивная, а все остальные — негативно-контурные. Поскольку негативно-контурная пара имеет наивысший уровень приоритета, данный элемент будет отнесён к негативно-контурным элементам. Представим структурное описание элемента в табличной (табл. 1) и графической формах (рис. 2).
Таблица 1
Структурное описание элемента, первая пара направлений которого позитивная, а все остальные — негативно-контурные
с P . J,c Pi, j,c+4 Пара направлений
1 0 2 Позитивная
2 0 1 Негативно-контурная
3 0 1 Негативно-контурная
4 0 1 Негативно-контурная
Рис. 2. Графическое структурное описание элемента, первая пара направлений которого позитивная, а все остальные — негативно-контурные
Принцип построения структурного графического описания элемента такой. pi,j,i=0 = > точка, соответствующая 1-му направлению вверху. р±,^,ъ=2 => точка, соответствующая 5-му направлению внизу. Расставим по этому принципу точки, соответствующие элементам, соседним с текущим элементом по различным направлениям. Затем соединим их линиями по смыслу. Имеем наглядное представление фрагмента растровой поверхности в конечных разностях.
Проанализируем структурные определения для плоских изображений с протяжённым склоном. Под протяжённым склоном понимается склон, протяжённость которого больше одного пикселя. Проведём анализ структурных определений для плоских изображений с протяжённым склоном (рис. 3).
Рис. 3. Графическое структурное описание плоского изображения
Так выглядит графическое структурное описание плоского изображения. На этом описании обозначены элементы вершины и элементы, примыкающие к ним. Если структурные определения будут выполнены правильно, то элементы ZA...Zj определятся как горизонтально-положительные, а элементы Zx...Zy как таковые не определятся. Не определятся они и как негативно-контурные. В этом случае верхняя часть описания (элементы ZA...Zj) будет областью связанных горизонтально-положительных элементов (hi=1), к которой не примыкает ни один негативно-контурный элемент (Ьз=1). Тогда, независимо от переменной h.2 и при h4=1, для верхней части шаблона Я=1.
Посмотрим, каким образом определится элемент ZA (рис. 4).
Составим структурное описание элемента ZA в табличной форме (табл. 2) .
Таблица 2
Структурное описание элемента ZA
c pi,j,c pi, j , c + 4 пара направлений
1 1 1 негативная
2 1 1 негативная
3 1 1 негативная
4 1 1 негативная
Как видим, данный элемент имеет только негативные пары направлений => данный элемент определится как негативный.
ЛИТЕРАТУРА
1. Григорьев А.В., Михальцов С.Ю., Горюнов А.С. Структурный принцип распознавания вершин рефлексов электронно-дифракционных профилей. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2003. С. 147-149.
2. Григорьев А.В. Первичная обработка электронно-дифракционных поверхностей. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2006. Т. 1. С. 197-198.
3. А.с. 1837335 СССР, G06K9/00. Устройство для селекции изображений. / А.Л. Држевецкий, В.Н.
Контишев, А.В. Григорьев, А.Г. Царёв. — № 4912250; заявл. 19.02.1991; опубл. 30.08.1993.
4. Григорьев А.В., Граб И.Д., Тюрина Л.А. Приоритет склона электронно-дифракционного рефлекса. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2007. Т. 1. С. 106-107.
5. Григорьев А.В., Граб И.Д., Паксяев Н.А., Трусов В.А., Баннов В.Я. Оконтуривание склона электронно-дифракционного рефлекса. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2008. Т. 1. С. 332-334.
6. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Граб И.Д., Баннов В.Я. Нижний контур склона электроннодифракционного рефлекса. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2009. Т. 2. С. 127-128.
7. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Граб И.Д. Уровни предпочтений в системе распознавания
электронно-дифракционных картин. // Надежность и качество: Труды международного симпозиума. Том
1, С. 396-399 — Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2010.
8. Григорьев А.В., Волощенко А.А. Структурно-разностные профильные классы пикселей по двум направлениям. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2012. № 1. С.
159-162.
9. Григорьев А. В., Рачковская М. К. Критерий обнаружения вершинных сегментов растровых поверхностей. // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2012. № 1. С. 162165 .
10. Григорьев А.В. Информационно-измерительная система для контроля микроструктуры и фазового состава тонкопленочных материалов // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пенза, 1999.
11. Кочегаров И. И. Межсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания РЭС // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Пенза, 2004
12. Затылкин А.В. Система управления проектными исследованиями радиотехнических устройств // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / М.: 2012
13. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Юрков Н.К. Метод распознавания электронно-дифракционных рефлексов. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 1999. С. 353-354.
14. Григорьев А.В. Распознавание вершин рефлексов электронно-дифракционных профилей. // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2005. Т. 1. С. 122-123.
15. Григорьев А.В., Кузнецов С.В., Юрков Н.К. Обнаружение точечных изображений с положительным контрастом. // Современные наукоемкие технологии. 2013. № 8-2. С. 189-190.
16. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л. Критерий обнаружения объектных фрагментов штрихового изображения в полутоновом. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2011. Т. 2. С. 310-312.
17. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л. Уточнение характеристических признаков и логического функционала структурно-разностной сегментации полутонового изображения. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2011. Т. 2. С. 312-315.
18. Патент 2032218 РФ, МПК G06K9/00. Устройство для селекции изображений объектов/Држевецкий А.Л., Григорьев А.В., Царев А.Г., Контишев В.Н. -№ 4891118/24; заявл. 17.12.1990; опубл. 27.03.1995.
19. Григорьев А.В., Данилова Е.А., Држевецкий А.Л. Классификация дефектов бортовой РЭА. Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2013. Т. 1. С. 328-331.
20. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Юрков Н.К. Способ обнаружения и идентификации латентных технологических дефектов печатных плат. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2013. Т. 1. С. 115-122.
21. Кочегаров И.И., Ханин И.В., Григорьев А.В., Юрков Н.К. Алгоритм выявления латентных технологических дефектов фотошаблонов и печатных плат методом оптического допускового контроля. //
Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2013. Т. 2. С. 54-57.
22. Юрков Н.К., Алмаметов В.Б., Затылкин А.В., Григорьев А.В., Кочегаров И.И. Методы обнаружения и локализации латентных технологических дефектов бортовой радиоэлектронной аппаратуры: Монография, Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. - 184 с.
23. Држевецкий А.Л., Григорьев А.В. Автоматизированная система оптического допускового контроля печатных плат и фотошаблонов. // Метрология, 1995, вып. 4, C. 11-18.
24. Григорьев А.В., Баннов В.Я. Изучение автокорреляционной функции видеоимпульса. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2008. Т. 1. С. 386-387.
25. Григорьев А.В., Држевецкий А.Л., Граб И.Д., Баннов В.Я. Учебная разработка функциональной схемы согласованного фильтра видеоимпульса. // Труды международного симпозиума «Надежность и качество». 2009. Т. 2. С. 128-130.
26. Граб И.Д., Затылкин А.В., Горячев Н.В., Алмаметов В.Б., Юрков Н.К., Баннов В.Я., Кочегаров И.И. Лабораторный комплекс в архитектуре ИКОС как основа формирования умений // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 1. С. 213-215.
27. Кочегаров И.И., Трусов В.А. Развитие систем изучения микроконтроллеров и ПЛИС // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2008. Т. 2. С. 166-167
28. Гришко А.К., Трусов В.А., Кочегаров И.И. Проблемы эффективного автоматизированного проектирования управляемых технических систем // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 1. С. 285.
29. Кочегаров И.И., Стюхин В.В. Алгоритм прямого перебора с применением теории графов для прогнозирования отказов сложных РЭС // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 130-131
30. Кочегаров И.И., Таньков Г.В. Программный пакет моделирования механических параметров печатных плат // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 334-337
31. Yurkov N.K. Information features of multi-extremal functions for describing the
functioning indicators of the components of information measurement systems / N.K. Yurkov, A. V. Blinov, A. T. Erokhin // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 43, No. 8, August 2000. P. 660-664
32. Yurkov N.K. Analysis of measurement information on steady-state vibrations / N.K. Yurkov,
1. M. Belogurskii, A. N. Andreev, A. V. Blinov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol.
43, No. 8, August 2000. P. 665-666
33. Yurkov N.K. Boolean matrices in problems on determining the state of discrete components in computerized measurement systems / N.K. Yurkov, A. V. Gorish, N. N. Novikov, L. A. Kladenok, A. V. Blinov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 43, No. 6, June 2000. P. 481-485
34. Yurkov N.K. Diagnosis of restorable components of special-purpose on-board data-
acquisition systems / N.K. Yurkov, A. V. Blinov, D. S. Maksud // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 43, No. 7, July 2000. P. 578-580
35. Yurkov N.K. Acceptance Checking Methods for UHF Electronic Components / N.K. Yurkov, A. V. Blinov, A. G. Kanakov, V. A. Trusov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 43, No. 10, October 2000. P. 895-901
36. Yurkov N.K. Diagnostics of Integrated Operational Amplifiers Mounted on Circuit Boards /
N.K. Yurkov, B. V. Tsypin // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 45, No. 2, February
2002. P. 210-213
37. Yurkov N.K. A finite-element model of the thermal influences on a microstrip antenna / N.K. Yurkov, E.Yu. Maksimov, A.N. Yakimov // Measurement Techniques. N.Y., Springer, Vol. 54, No.
2, May, 2011. P. 207-212
38. Таньков Г.В., Трусов В.А., Затылкин А.В. Исследование моделей стержневых конструкций радиоэлектронных средств // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2005. Т. 1. С.
156-158
39. Затылкин А.В., Кочегаров И.И., Юрков Н.К. Алгоритм проведения проектных исследований радиотехнических устройств опытно-теоретическим методом // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. С. 363
40. Алмаметов В.Б., Авдеев А.В., Затылкин А.В., Таньков Г.В., Юрков Н.К., Баннов В.Я. Моделирование нестационарных тепловых полей электрорадиоэлементов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 446-449
41. Таньков Г.В., Затылкин А.В. Моделирование тепловых процессов в стержневых конструкциях РЭС // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2007. Т. 1. С. 257-258
