Пономаренко Микола Миколайович. Нелiнiйнi iтеративнi методи фiльтрацiї, реконструкцiї та стиску двовимiрних iнформацiйних масивiв даних дистанцiйного зондування : Дис... канд. наук: 05.07.12 - 2004.
Анотація до роботи:
Пономаренко М.М. Нелінійні ітеративні методи фільтрації, реконструкції та стиску двовимірних інформаційних масивів даних дистанційного зондування. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.07.12 – дистанційні аерокосмічні дослідження. – Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського „ХАІ”, Харків, 2004.
У дисертації розглядаються питання підвищення якості фільтрації, точності реконструкції та ефективності стиску зображень дистанційного зондування. Запропоновано метод автоматичного синтезу локально-адаптивного фільтру для заданого критерію якості, який визначається кінцевою задачею інтерпретації даних. Розглянуто шляхи покращання локально-адаптивних фільтрів за рахунок удосконалення їх складових частин. Запропоновано більш ефективні модифікації сігма фільтру та фільтру Лі, принцип застосування параметрів локальної активності для адаптивного вибору розміру вікна фільтра та мультивіконні варіанти лінійного та сигма фільтрів.
Розроблено метод синтезу еталонних цифрових моделей рельєфу місцевості. Запропоновано нові методи реконструкції цифрової моделі рельєфу за даними ліній рівних висот. Проведено порівняльний аналіз якості роботи запропонованих та відомих методів реконструкції.
Розглянуто питання підвищення швидкості фрактального стиску зображень. Удосконалено метод застосування схем розбиття у стиску на основі дискретного косинусного перетворення. Запропоновано нові методи стиску, які враховують присутність шуму на зображеннях, показано їх перевагу над існуючими методами.
У результаті досліджень, що проведено в дисертаційній роботі, розв’язано актуальну задачу підвищення якості інтерпретації зображень дистанційного зондування за рахунок удосконалення методів фільтрації, реконструкції та стиску зображень. Зокрема отримані наступні важливі наукові та практичні результати:
1. Розроблено метод, який уперше дозволяє формалізувати та автоматизувати процес синтезу ЛАФ. При цьому, що особливо важливо при вирішенні задач ДЗ, параметри ЛАФ оптимізуються для заданого критерію якості (в тому числі, можуть враховуватись і критерії якості задач виявлення об’єктів). Метод дозволяє враховувати будь яку кількість ПЛА та елементарних фільтрів, що неможливо при евристичній побудові ЛАФ, є стійким до наявності фіктивних та надлишкових ПЛА та елементарних фільтрів, при чому час синтезу зростає лінійно в залежності від кількості застосованих ПЛА та елементарних фільтрів.
2. Запропоновано гібридний сигма-фільтр, який має більшу, ніж у сигма фільтру, ефективність придушення шуму на однорідних ділянках (залишкова дисперсія менше в 3-5 раз), а також модифікацію фільтру Лі, здатну придушувати суміш імпульсного та мультиплікативного шумів (здатен підвищувати PSNR зображень, що спотворені таким шумом, на 9-13 дБ). При цьому збережені всі позитивні властивості сигма фільтру та фільтру Лі, що суттєво розширює сферу застосування запропонованих фільтрів та підвищує ефективність синтезованих на їх основі ЛАФ.
3. Запропоновано принцип побудови мультивіконних фільтрів, розроблено фільтри МОЛ та МОС. Ці фільтри не потребують наявності кваліфікованого оператора для вибору розміру вікна фільтру. Більш того, розмір вікна фільтру вибирається окремо для кожної точки зображення. За рахунок цього мультивіконний фільтр здатен більш ефективно придушувати шум на однорідних ділянках (на 3-5 дБ) при не гірших, ніж у фільтра-прототипу, збереженні меж та дрібних деталей.
4. Запропоновано новий метод реконструкції ЦМР за лініями рівних висот, оснований на МОЛ та гістограмній фільтрації. Перевагами цього методу перед тріангуляцією Делоне, що найбільш широко використовується, є більш висока швидкість реконструкції при аналогічній точності та значно менший, ніж у тріангуляції Делоне, кількості артефактів на ЦМР.
5. Запропоновано новий метод реконструкції ЦМР за лініями рівних висот, що оснований на ДКП та гістограмній фільтрації. Витрати часу на реконструкцію ЦМР за цим методом значно вищі, ніж для методу, що оснований на МОЛ, проте він забезпечує найкращу якість реконструкції ЦМР серед усіх відомих методів (середньоквадратична похибка реконструкції 0,14-0,18 від інтервалу між ізолініями проти 0,21-0,23 у тріангуляції Делоне) при практично повній відсутності візуальних артефактів типа сходинок та різких граней.
6. Запропоновано новий метод синтезу еталонних ЦМР на основі фрактальних принципів самоподібності, що дозволяє забезпечити об’єктивність процесу верифікації методів реконструкції ЦМР.
7. Удосконалено горизонтально-вертикальну схему розбиття для фрактального стиску та для стиску на основі ДКП. Запропонована схема забезпечує розміри блоків, рівні ступіням 2 (що важливо при стиску на основі ДКП), потребує перебору значно меншої кількості варіантів при оптимізації (у 60-80 разів) та, на відміну від прототипу, може використовуватись на практиці. При цьому КС для запропонованої схеми перевищують КС для Quadtree, яка набула найбільшого застосування, у 1,3-1,5 рази при витратах часу усього в 2-2,5 рази більших.
8. Розроблено ряд нових методів прискорення процесу кодування для фрактального стиску зображень, які дозволяють при прийнятних додаткових втратах (у 0-0,4 дБ) якості забезпечувати прискорення у 4-60 разів.
9. Удосконалено методи стиску на основі ДКП з застосуванням схем розбиття. Показано, що ступінь стиску для запропонованого методу, що оснований на ДКП та модифікованої горизонтально-вертикальної схеми розбиття, є значно вищою (у 1,5-2 рази), ніж для існуючого стандарту JPEG, та може бути порівняна з JPEG2000. У ряді випадків (при наявності на зображеннях великої кількості текстур різного типу, що характерно для зображень ДЗ) запропонований метод здатен забезпечити КС, кращі, ніж для JPEG2000, до 2 разів.
10. Запропоновано новий метод стиску на основі ДКП з поступовим зменшенням зображення, для якого є відсутнім блочний ефект. Більш повне врахування кореляції між точками зображення для цього методу дозволяє при фіксованій якості зображення додатково підвищити КС у 1,3-1,5 рази.
11. Запропоновано метод стиску РЛЗ, який враховує наявність мультиплікативних гаусовского та релєєвського шумів на таких зображеннях, та проведено порівняльний аналіз якості відомих методів. Запропонований метод при однаковій якості стиснутого зображення перевершує по ступіні стиску JPEG у 2-2,5 рази та SPIHT у 1,3-1,5 рази.
Публікації автора:
Волков С.Г., Лукин В.В., Мельник В.П., Пономаренко Н.Н. Экспертная система выбора фильтра для вторичной обработки радиолокационных изображений // Компьютерные интеллектуальные модели и системы: Сб. научн. трудов - Харьков: ХАИ, 1993. - С. 74-77.
Пономаренко Н.Н., Лукин В.В., Алексеев Л.Ю Мультиоконные линейный и сигма фильтры для мультипликативного нормального шума // Сб. науч. ст. Авиационно-космическая техника и технология. - Харьков: ХАИ.- вып.12.-1999.-С.114-117.
Пономаренко Н.Н., Лукин В.В., Зеленский А.А. Итеративная процедура построения цифровой модели рельефа по карте изолиний с использованием косинусного преобразования и гистограммной фильтрации // Сб. научн. ст. “Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя”. - Харьков: ХАИ, вып. 20, - 2000. - С. 5-12.
Цымбал О.В., Лукин В.В., Пономаренко Н.Н. Трехкомпонентный локально адаптивный фильтр с жестким переключением для обработки радиолокационных изображений // Технология приборостроения. - Харьков, вып. 1-2,-2001.-С. 91-98.
Пономаренко Н.Н. Модификация горизонтально-вертикальной схемы разбиения для фрактального сжатия изображений // Сб. научн. ст. “Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя”. - Харьков: ХАИ, вып. 27, - 2002. - С. 163-167.
Егиазарян К., Зеленский А.А., Лукин В.В., Пономаренко Н.Н. Анализ эффективности методов сжатия РСА-изображений // Электромагнитные волны и электронные системы. - Москва, Т.7, 2002, С. 23-32.
Пономаренко Н.Н., Лукин В.В., Зеленский А.А. Методы восстановления рельефа зондируемой поверхности по линиям равных высот и влияние их точности на свойства формируемых изображений // Сб. научн. ст. “Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя”. - Харьков: ХАИ, вып. 35, - 2002. - С. 55-60.
Пономаренко Н.Н. Использование оценок коэффициентов корреляции блоков изображения и блоков домена для ускорения фрактального сжатия изображений // Сб. научн. ст. “Авiацiйно-космiчна технiка i технологiя”. - Харьков: ХАИ, вып. 35, - 2002. - С. 61-66.
Ponomarenko N.N., Egiazarian K., Lukin V.V., Astola J.T. Compression of image block means for non-equal block partition schemes using Delaunay triangulation and prediction // IEE Proceedings on Vision, Image and Signal Processing, Vol. 150, Issue 4, Aug. 2003, P. 239-243.
Lukin V.V.,Ponomarenko N.N.,Abramov S.K.,Zelensky A.A.,Egiazarian K.O.,AstolaJ.T. Automatic Robust Procedure for Radar Image Preliminary Analysis and Filtering // Telecommunication and Radioengineering, Begell House (NY), Vol.58, No. 5-6, P.66-87, 2002.
Ponomarenko N., Lukin V., Egiazarian K., Astola J. Partition Schemes in DCT Based Image Compression, Technical Report 3-2002, ISBN 952-15-0811-6, Tampere University of Technology, Tampere, Finland, 2002, 100 p.
Lukin V.V., Melnik V.P., Miao Zhenjiang, Ponomarenko N.N., Zelensky A.A. Expert System for Radar Image Recognition/Filtering // Proceedings of Intern. Conf. MMET'94, Kharkov, Ukraine, Sept. 1994, P. 229-232.
Zelenskyj O., Kurekin A., Lukin V., Ponomarenko M. Techniques of Scene Radar Image Processing and Their Recognition by Expert System // Proc. of the 2-nd All-Ukrainian Conf. "Signal/Image Processing and Pattern Recognition", Kiev, Dec.1994, P. 163-167.
Zelensky A.A., Totsky A.V., Ponomarenko N.N., Anukhin I.P., Melnik V.P., Dolia A.N., Lukin V.V., Kurekin A.A. "Airborne multichannel remote sensing data processing techniques and software" // Proc. of the Second Int. Airborne Remote Sensing Conf. and Exhibition ERIM, San Francisco, California, USA, July 1996, Vol. III, P. 151-159.
Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Astola J.T., Saarinen K.P. Algorithms of Image Nonlinear Adaptive Filtering Using Fragment Recognition by Expert System // Proc. of I@T/SPIE Symp. on Electronic Imaging: Science and Technology, San Jose, CA, USA, Feb. 1996, SPIE Vol.2662, P. 179-190.
Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Zelensky A.A., Kuosmanen P., Astola J.T. Modified sigma filter for processing of images corrupted by multiplicative and impulsive noises // Proceedings of EUSIPCO-96, Vol.III, Trieste, Italy, Sept. 1996, P. 1909-1912.
Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Kurekin A.A., Zelensky A.A., Astola J.T., Koivisto P., Saarinen K.P. Algorithms for Isogram Extraction from Topographic Maps // Proceed. of IS@T/SPIE Nonlinear Symp. on Electronic Imaging: Science and Technology, SPIE Vol. 3304, San Jose, CA, USA, Jan. 1998, P. 47-58.
Lukin V.V., Zelensky A.A., Ponomarenko N.N., Kurekin A.A., Astola J.T., Koivisto P.T. Modified Sigma Filter with Improved Noise Suppression Efficiency and Spike Removal Ability // Proceedings of the 6-th Intern. Workshop on Intelligent Signal Processing and Communication Systems, Nov. 1998, Melbourne, Australia, P. 849-853.
Ponomarenko N., Egiazarian K., Lukin V., Astola J. Speeding-up the Fractal Compression with Clustering // Proceedings of the Fifth All-Ukrainian International Conference Signal/Image Processing and Pattern Recognition. - Kiev (Ukraine). - 2000. - P. 55-58.
Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Alekseyev L.Yu., Melnik V.P., Astola J.T. Two-stage Radar Image Despeckling Based on Local Statistic Lee and Sigma Filtering // Proceedings of IS&T/SPIE International Conference on Nonlinear Image Processing and Pattern Analysis XII, San Jose, CA, USA, SPIE Vol. 4304, Jan. 2001, P. 106-117.
Lukin V.V., Ponomarenko N.N., Alekseyev L.Yu Speckle Image Processing by Means of Two-stage Filtering Procedure // Proceedings of CIC-PRODIS 2001, May 2001, Mexico D.F., Mexico, P. 60-64.
Ponomarenko N., Egiazarian K., Lukin V., Astola J. Lossless acceleration of fractal compression using domain and range block local variance analysis// Proceedings of IEEE International Conference on Image processing (ICIP), October, 7-10, 2001, Thessaloniki, Greece, Vol. 2, P. 419-422.
Ponomarenko N.N., Egiazarian K., Lukin V.V., Astola J.T. Digital elevation map reconstruction from isogram map using iterative DCT algorithm with nonlinear constraints, Proceedings of IS&T/SPIE International Conference on Image Processing: Algorithms and Systems, San Jose (CA, USA), 2002, SPIE Vol. 4667, P. 396-405.
Lukin V., Ponomarenko N., Abramov S., Egiazarian K., Astola J. Automated robust procedure for SAR image filtering and preliminary analysis // Proc. of International Symp. On Satellite Remote Sensing, КСete (Greece), Sept 2002, Vol. 4883, P. 48-59.
N.Ponomarenko, K. Egiazarian, V. Lukin Acceleration of Fractal Image Compression by Correlation Trees // Proc. of the First South-East European Symp. on InterdisciplinaryApproaches in Fractal Analysis, May 7-10, 2003, Bucharest, Romania, P.67-72.
Ponomarenko N.N., Lukin V.V., Abramov S.K., Egiazarian K.O., Astola J.T. Blind evaluation of additive noise variance in textured images by nonlinear processing of block DCT coefficients // Proceedings of Intern. Conference "Image Processing: Algorithms and Systems II", Santa Clara, CA, USA, SPIE Vol. 5014, 2003, P. 178-189.
Lukin V., Ponomarenko N., Sharonov V., Zelensky A. Iterative DCT Algorithm for Digital Elevation Model Reconstruction from Isogram Maps, Proc. of TCSET'2004 "Modern Problems of Radioengineering, Telecommunications and Computer Science", Lviv-Slavsko, Ukraine, Feb. 2004, P. 165-168.
