Анотація до роботи:

Нгуен Тхань Фионг. Інформаційні технології паралельної фільтрації імпульсного шуму на супутникових зображеннях. — Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 — автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут» . — Київ, 2005.

Дисертація посвячена питанням розробки ефективних паралельних алгоритмів та інформаційних технологій фільтрації імпульсного шуму на космічних зображеннях. Головною метою роботи є удосконалення існуючих систем обробки космічних цифрових знімків в режимі моніторингу, що характеризуються великим об’ємом і високою частотою надходження інформації. В дисертаційній роботі розроблені математичні методи обробки імпульсних шумів з метою відновлення вихідних значень пікселів, визначених як зашумленні при збереженні цілісності інформаційних деталей вихідного зображення. Розроблена модель розпаралелювання обчислень при розв’язуванні задач фільтрації зображення з одночасною реалізацію інформаційної технології, яка складає основу системи попередньої обробки супутникових знімків для системи моніторингу хмарності.

У дисертаційній роботі запропоновані та обґрунтовані ефективні методи, паралельні алгоритми й інформаційні технології усунення імпульсного шуму на цифрових зображеннях.

1. Аналіз можливого застосування нелінійних фільтрів для відновлення цифрових зображень показав, що для усунення імпульсного шуму загального вигляду, що містить як ізольовані спотворені піксели, так і цілі смуги зашумлених пікселів, фільтрацію необхідно виконувати в 2 етапи: спочатку усунути смуги імпульсного шуму, а потім виконати відновлення ізольованих зашумлених пікселів.

2. Вперше запропонована ймовірнісна модель імпульсного шуму загального виду, що адекватно описує завади, властиві реальним цифровим зображенням, та дозволяє генерувати тестові зображення з довільним ступенем зашумленості. Запропонована модель відрізняється від відомих тим, що враховує не тільки ізольовані зашумлені піксели, але і цілі смуги спотворених пікселів.

3. Вперше запропонований метод виявлення смуг імпульсного шуму, що базується на побудові гістограми яскравості. Використання запропонованого методу детектування смуг дозволяє забезпечити фільтрацію без спотворення незашумлених пікселів зображення та знизити ефект появи «імпульсних плям».

4. Вдосконалено метод фільтрації смуг імпульсного шуму на зображеннях на основі сплайнової апроксимації, що забезпечує підвищення точності відновлення пошкоджених пікселів на 5% у порівнянні з кращими відомими методами фільтрації без спотворення сусідніх пікселів зображення.

5. Вперше розроблено та обґрунтовано метод декомпозиції алгоритму фільтрації космічних зображень для його паралельної реалізації. Показано, що для вирішення задачі фільтрації цифрових зображень великого обсягу найбільш ефективним є метод паралелізму даних.

6. Вперше створено модель паралельних обчислень при розв’язанні задачі фільтрації цифрових зображень та розроблено інформаційну технологію її паралельної реалізації. Розроблена модель покладена в основу модуля попередньої обробки мультиспектральних знімків КА «Метеосат» для системи моніторингу хмарності на основі космічної інформації. Застосування розробленої моделі забезпечує усунення імпульсного шуму для зображень великого обсягу в реальному часі.

7. Вперше отримані аналітичні та експериментальні оцінки ефективності застосування паралельних обчислювальних систем для фільтрації шуму на цифрових зображеннях, у тому числі космічних знімків. Визначено оптимальний ступінь розпаралелювання алгоритму з урахуванням архітектури суперкомп'ютерних кластерних систем СКІТ-1 і СКІТ-2, створених в Інституті кібернетики НАНУ. Розроблено комплекс програм, що реалізують запропоновані паралельні алгоритми на суперкомп'ютерних кластерних системах СКІТ-1 і СКІТ-2. Доступ до суперкомп'ютера здійснюється через спеціально розроблений незалежний від платформи Web-інтерфейс.

Публікації автора:

1. Шелестов А. Ю., Нгуен Т. Ф., Лавренюк А. Н. Анализ нелинейных фильтров для восстановления изображений, искаженных импульсным шумом // Кибернетика и вычислительная техника. — 2004. — Вып. 143. — С. 69–91.

Дисертанту належить виконання експериментального порівняння та аналіз відомих алгоритмів нелінійної фільтрації цифрових зображень, спотворених імпульсним шумом.

2. Нгуен Т. Ф. Простой и эффективный метод обнаружения и устранения полос импульсного шума на изображениях // Проблемы управления и информатики. — 2004. — № 5. — С. 125–130.

3. Куссуль Н. Н., Шелестов А. Ю., Корбаков М. Б., Кравченко А. Н., Нгуен Т. Ф. Построение карты облачности с использованием параллельного алгоритма марковской сегментации // Кибернетика и вычислительная техника. — 2005. — № 146. — C. 49–60.

Дисертантом запропоновано нові методи фільтрації ізольованих пікселів і полос імпульсного шуму на космічних зображеннях.

4. Нгуен Т. Ф., Шелестов А. Ю. Параллельная реализация алгоритмов фильтрации космических изображений // Проблемы управления и информатики. — 2005. — № 2. — С. 121–132.

Дисертанту належить аналіз підходів до паралельної реалізації алгоритмів фільтрації космічних знімків, запропоновані і реалізовані варіанти декомпозиції алгоритму фільтрації космічних знімків, отримані експериментальні оцінки прискорення процесу фільтрації при його паралельній реальзації.

5. Нгуен Т. Ф. Кластерная реализация алгоритмов фильтрации космических изображений // Математические машины и системы. — 2005. — № 2. — С. 110–121.

6. Житомирская К. Г., Нгуен Т. Ф. Параллельная реализация алгоритмов предварительной обработки спутниковых снимков // Пятая украинская конференция по космическим исследованиям. — Крым (Украина). — 2005. — С. 205.

Дисертанту належить аналіз підходів до паралельної реалізації алгоритмів фільтрації космічних знімків, запропоновані і реалізовані варіанти декомпозиції алгоритму фільтрації космічних знімків, отримані експериментальні оцінки прискорення процесу фільтрації при його паралельній реальзації.

7. Kussul N., Shelestov A., Nguyen T. P., Korbakov M., Kravchenko A. Parallel Markovian Aproach to the Problem Of Cloud Mask Extraction // The International Conference "Knowledge–Dialogue–Solution" (KDS–2005). — 2005. — С. 567–569.

Дисертантом запропоновано алгоритм попередньої обробки зображень в задачі побудови маски хмарності, що забезпечує фільтрацію імпульсного шуму на космічних зображеннях.

8. Nguyen T. P. Concurrent Algorithm For Filtering Impulse Noise On Satellite Images // The International Conference «Knowledge–Dialogue–Solution» (KDS–2005). — 2005. — С. 465–472.

9. Лавренюк А. М., Шелестов А. Ю., Пасечник В. І. Нгуен Т. Ф. Інтелектуальні методи фільтрація та розпізнавання космічних знімків // Матеріали 11–ої міжнародної конференції по автоматичному управлінню „Автоматика’2004». — Том. 4. — Київ. — 2004. — С. 69.

Дисертантом запропоновано новий метод детектування полос імпульсного шуму на космічних зображеннях.

10. Шелестов А. Ю., Нгуен Т. Ф., Лавренюк А. М. Параллельные алгоритмы фильтрации космических изображений // Единое информационное пространство ‘2004. — Днепропетровск (Украина). — 2004. — С. 74.

Дисертантом запропоновано новий метод детектування та фільтрації полос імпульсного шуму на космічних зображеннях.

11. Шелестов А. Ю., Пасечник В. І., Нгуен Т. Ф. Фільтрація супутникових знімків поверхні Землі та генерування масик хмарності // Школа–семінар для молодих науковців «Наукові космічні дослідження». — с. Жукін (Київська область). — 2004. — С. 35.

Дисертантом запропоновано нові методи фільтрації ізольованих пікселів і полос імпульсного шуму на космічних зображеннях.

12. Нгуен Т. Ф., Шелестов А. Ю. Восстановление космических изображений, искаженных импульсным шумом // Четвертая украинская конференция по космическим исследованиям. — Крым (Украина). — 2004. — С. 148.

Дисертантом отримані аналітичні та експериментальні оцінки прискорення процесу фільтрації при його паралельній реальзації у локальній мережі.

13. Нгуен Т. Ф., Шелестов А. Ю., Лавренюк А. Н. Алгоритмы параллельных вычислений для фильтрации космических изображений // Збірник тез VII Міжнародної науково–практичної конференції «Людина і Космос». — Дніпропетровськ (Україна). — 2005. — С. 163.

Дисертантом отримані аналітичні та експериментальні оцінки прискорення процесу фільтрації при його паралельній реальзації на суперкомп’ютері.

14. Шелестов А. Ю., Нгуен Т. Ф. Обработка данных геостационарных спутников с помощью суперкомпьютеров семейства СКІТ // ISDMIT’2005 (Евпатория, Украина). — 2005. — С. 169–170.

Дисертантом запропонована модель реалізації паралельних алгоритмів фільтрації космічних знімків на суперкомпьютерах сімейства СКИТ .

15. Шелестов А. Ю., Кравченко А. Н., Нгуен Т. Ф. Кластерная система предварительной обработки данных геостационарных спутников // Автоматика’2005 (Харьков, Украина). — 2005. — С. 134.

Дисертантом запропоновані і реалізовані варіанти декомпозиції алгоритму фільтрації космічних знімків.