У дисертаційній роботі розроблено теоретичні й реалізаційні основи створення систем побудови ІТ подання й обробки ВІ в АСУ. Шляхом аналізу об'єкта досліджень установлено, що вирішення актуальної проблеми підвищення рівня автоматизації, ефективності й універсальності систем обробки візуальної інформації, призначених для роботи в складі автоматизованих систем управління, може бути досягнуте шляхом використання: – адаптивних інформаційних технологій, що дозволяють змінювати структуру системи, параметри обробки, і, отже, алгоритми обробки при змінних умовах одержання ВІ з метою досягнення високої вірогідності даних про об'єкт або процес; – змінних критеріїв ефективності і/або критеріальних співвідношень як для окремих блоків і процедур, так і для системи в цілому залежно від мети використання ВІ в АСУ (спостереження, виявлення або розпізнавання). СОВІ, що використовують ці концептуальні схеми для створення раціональних систем з використанням інформаційних технологій обробки ВІ, названі адаптивно - критеріальними. У ході дисертаційних досліджень були отримані наступні результати й висновки: Проведено дослідження існуючих систем обробки візуальної інформації, призначених для роботи в АСУ. На базі проведеного аналізу складено узагальнену функціональну модель СОВІ в складі АСУ з урахуванням інформаційних взаємодій і інформаційну модель візуальних даних, що створює методологічну базу вибору системи ознак при розпізнаванні ВІ.
Запропоновано використання адаптивно-критеріального підходу при моделюванні процесів подання й обробки зображень як перспективний напрямок при створенні, підвищенні ефективності й універсальності ІТ і систем обробки ВІ. На базі запропонованої функціонально-інформаційної моделі розроблено систему показників якості й ефективності процедур формування зображень і окремих процедур АСОІ: попередньої обробки, сегментації, виділення й аналізу контурів, ідентифікації і класифікації. Це дозволило в рамках адаптивно-критеріального підходу робити порівняльну оцінку та цілеспрямовано вибирати методи обробки ВІ для окремих процедур і для СОВІ в цілому. На базі інформаційного підходу розроблено ряд моделей подання і обробки ВІ на всіх рівнях глибини обробки:
– сигнально-статистична модель попередньої обробки; – пірамідальна сигнально - семантична модель подання ВІ при контурному аналізі; – ієрархічна модель при обчисленні ідентифікаційних даних. Розроблені моделі є складовою теоретичних основ адаптивно - критеріальних систем. З позицій сигнально - статистичної моделі проаналізовано й узагальнено основні методи попередньої обробки ВІ: лінійна, рангова, гомоморфна і кореляційно-екстремальна фільтрації. Розроблена на базі цієї моделі методологія дозволила на підставі статистичних властивостей зображень цілеспрямовано вибирати й створювати нові методи попередньої обробки. На базі сигнально-статистичної моделі й адаптивно-критеріального підходу розроблені нові методи попередньої обробки: просторове автоматичне регулювання контрасту зі статистичною оцінкою моди, дифузійна лінійно-рангова фільтрація. Проведений функціонально-інформаційний аналіз показав підвищення якості попередньої обробки до 20 %, ефективності до 30% та ефективності СОВІ в цілому до 15% при застосуванні розроблених методів. Отримані результати й проведені дослідження дозволяють рекомендувати сигнально-статистичний підхід і розроблені методи попередньої обробки до застосування для широкого кола завдань обробки й розпізнавання зображень. На базі сигнально-семантичної моделі пірамідального подання й обробки ВІ розв’язане завдання конструювання базису гіперболічного вейвлет-перетворення. Проведені дослідження довели, що розроблене перетворення ВІ дозволило об'єднати високі завадостійкість і розрізнювальну здатність із просторово-частотною локалізацією і регульованою деталізацією зображення об'єкта розпізнавання. Розроблена й досліджена множина методів виділення контурів з регульованою деталізацією в просторі ГВП: диференціальний граничний метод, диференціальний метод виділення контурів за допомогою дворазового ГВП і кореляційно-екстремальний метод. Методи забезпечують високі завадостійкість і розрізнювальну здатність при відносно високій швидкодії, перевищують відомі за завадостійкістю в 1,2 - 3,2 рази (за критерієм Претта) при відношенях сигнал/завада 1-20 (за потужністю). Розроблено завадостійкий метод бінаризації зображень на основі прийнятих у просторі ГВП статистичних рішень про форму перепаду інтенсивності з використанням мультимасштабної рангової обробки, що дозволяє підвищити завадостійкість в 1,2 -1,5 рази. Розроблені методи, методики й алгоритми дозволяють забезпечити стійке розпізнавання об'єктів і текстур при відношенні сигнал/ завада 3 (за потужністю) при досить високій швидкодії і рекомендуються для широкого використання в АСУ із застосуванням СОВІ. На базі ієрархічної моделі обчислення геометричних ознак одержав подальший розвиток структурно-статистичний метод ідентифікації об'єктів з ієрархічною структурою, що забезпечує інваріантість до перетворень подібності при високій завадостійкості й регульованій деталізації. Розроблено регулярний ітераційний метод пошуку екстремумів з використанням гіперболічного вейвлет-перетворення, що дозволило підвищити завадостійкість і знизити чутливість до локальних екстремумів. На підставі цього методу розроблено методи пошуку характерного фрагмента, виділення характерних точок, визначення мод при гістограмному аналізі. Метод був використаний при настроюванні нейронних мереж, що дозволило підвищити ефективність навчання. На базі адаптивно-критеріального підходу розроблено ряд прикладних ІТ і СОВІ для АСУ обліку й контролю і технічної діагностики. Розроблено й впроваджено прикладні ІТ і СОВІ для автоматизованої системи контролю та управління транспортними потоками, що вирішує такі завдання:
– детектування транспортного потоку і визначення його параметрів; – визначення типу транспортних засобів за їх геометричною формою; – визначення номерів державної реєстрації; – визначення якості дорожнього покриття. Впровадження розроблених систем дозволило підвищити рівень інформаційного забезпечення і ефективність управління транспортними потоками в м. Одесі. Розроблено практичні рекомендації з використання теоретичних і реалізаційних основ АК підходу, розроблених базових і прикладних ІТ, моделей, методів, методик і алгоритмів у широкому колі теоретичних і практичних проблем, що пов'язані з поданням, обробкою і розпізнаванням ВІ.
Основні результати дисертації опубліковано в роботах: Малахов В.П., Антощук С.Г. Моделирование при обработке визуальной информации // Труды Одес. политехн. ун - та. – Одесса, 2004. – Вып. 2 (22). – С. 88 – 93. Абакумов В.Г., Антощук С.Г., Крылов В.Н. Распознавание визуальной информации в автоматизированных системах // Электроника и связь. – Киев, 2003. – № 19 – С. 46 – 48. Антощук С.Г. Реализация вейвлетного преобразования при структурном анализе изображений // Електромашинобудування та електрообладнання. – 2004. – Вип. 62. – С. 153 –157. Антощук С.Г. Структурный анализ изображений в информационных системах // Холодильна техніка і технологія. – 2004. – № 3(89) – С. 75 – 78. Антощук С.Г. Информационная модель структурно-семантического анализа изображений // Труды Украинского научно-исследовательского института радио и телевидения. – Одесса, 2004. – №3 (39) – С. 39–44 Антощук С.Г. Оценка эффективности систем обработки визуальной информации. // Збірник наукових праць УДМТУ. – Миколаїв: УДМТУ, 2003. – № 4(390). – С. 144 –148. Антощук С.Г. Информационные модели обработки изображений в АСУ // Холодильна техніка і технологія. – 2004. – № 5 (91) – С. 23 – 27. Антощук С.Г. Классификация текстур в пространстве информативных признаков вейвлет – преобразования // Електромашинобудування та електрообладнання. – 2004. – Вип. 63. – С. 152 – 157. Абакумов В.Г., Крылов В.Н., Антощук С.Г. Предварительная обработка сигналов и изображений // Электроника и связь. – Киев, 2004. – №21. – С. 64 – 67. В.Н. Крылов, С.Г. Антощук. Методы помехоустойчивой сегментации бинаризованных изображений // Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 2004. – Вып.1 (21). – С. 164–167. Николенко А.А., Шабля А.Н, Антощук С.Г., Билоненко П.Н. Автоматизированная система обработки спектрограмм // Искусственный интеллект. – Донецк: ІПШІ “Наука і освіта”. – 2004. – №4 – С. 510 – 516. Антощук С.Г., Крылов В.Н. Обработка изображений в области гиперболического вейвлет – преобразования //Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. Межвузовский журнал – Херсон, 2003. – № 2. – С.7 – 10. Антощук С.Г., Николенко А.А, Билоненко П.Н. Методы преобразования графически заданной функции в дискретный сигнал // Праці Луганського відділення міжнародної академії інформатизації – Луганськ, 2003 – № 2(7) – С. 57 – 60. Антощук С.Г., Сербина Н.А. Система распознавания экологических изображений при экологическом мониторинге // Искусственный интеллект. – Донецк: ІПШІ “Наука і освіта”. – 2002 – №4 – С. 406 – 413. Абакумов В.Г., Крылов В.Н., Антощук С.Г. Автоматизированное распознавание при обработке биомедицинских изображений // Электроника и связь. – Киев, 2002. – №15. – С. 124 – 127. Антощук С.Г., Давыдов В.О., Нутович А.А. Архитектура системы распознавания автомобильных номеров //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 2002. – Вып.1 (17)– С. 157–159. Власенко В.А., Антощук С.Г., Сербина Н.А. Анализ признаков формы энергетических спектров текстурных изображений //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 2001. – Вып.1 (13) – С. 144–148. Клих Ю.А., Антощук С.Г., Николенко А.А. Адаптивные базисные функции вейвлетного преобразования //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, – 2004. – Вып. 2(22). – С. 121 – 125. Крылов В.Н., Антощук С.Г., Давыдов В.О. Гибридная линейно–ранговая фильтрация сигналов и изображений //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 2000. – Вып.3 (12)– С. 140–142 Гогунский В.Д., Крылов В.Н., Антощук С.Г. Автоматизированная система обработки и распознавания изображений при контроле автотранспортных потоков //Безпека дорожнього руху України. Наук.-техн. вісник – Київ, 2000. – №2(7) – С. 54–58. Крылов В.Н., Щербакова Г.Ю., Антощук С.Г. Обработка данных при автоматизации дефектоскопического контроля материалов электронной техники //Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2000. – № 5 – 6 – С. 45–47. Крилов В.Н., Антощук С.Г., Максимов М.В. Завадостiйке розпiзнання зображень маркування тепловидiльних збiрок //Вісник державного університету “Львівська полiтехнiка”. Радiоелектронiка та телекомунiкацiї – Львiв, 2000. – №399 – С.154–159. Антощук С.Г., Крылов В.Н., Максимов М.В. Система технического зрения для управления перемещением ядерного топлива на АЭС //Cистемний аналіз, управління та інформаційні технології: Вісник Харківського політехн. ун–ту. – Харьков, 1999. – Вып.71. – С.97–101. Антощук С.Г., Крылов В.Н. Телевизионные информационно-управляющие системы //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 1999. – Вып.1(7). – С.172 –175. Крылов В.Н., Антощук С.Г., Бодалевский А.А. Ранговая обработка двумерных изображений в пространстве оценок и решений //Труды Одес. политехн. ун–та. – Одесса, 1998. – Вып.2. – С.105–108. Антощук С.Г., Крылов В.Н., Максимов М.В Помехоустойчивое выделение характерного фрагмента с маркировкой на изображении ТВС // Автоматика. Автоматизация. Электротехнические комплексы и системы. Межвузовский журнал – Херсон, 1998. – №2. – С. 67–73. Антощук С.Г., Крылов В.Н. Автоматизированный контроль автомобильных номеров // Придніпровський науковий вісник. Машинобудування та технічні науки. – 1998. – N 123 (190). – С.106 – 110.
Антощук С.Г., Крилов В.М., Давидов В.О. Попереднє оброблення сигналів та зображень //Праці П’ятої всеукраїнської міжнародної конференції “Оброблення сигналів і розпізнавання образів” УкрОБРАЗ – 2000. – Київ, 2000. – С.261 – 265. Дерев’янченко О.Г., Антощук С.Г., Білоненко П.М. Підхід до обробки зображень зон зносу ріжучих інструментів при діагностуванні їх станів // Праці Сьомої всеукраїнської міжнародної конференції “Оброблення сигналів і зображень та розпізнавання образів” УкрОБРАЗ – 2004. – Київ, 2004. – С. 155 – 157. Антощук С.Г. Повышение эффективности распознавания с помощью нейронных сетей в автоматизированных системах управления // 10 –я международная конференция по автоматическому управлению «Автоматика 2003». – г. Севастополь, 15 – 19 сентября 2003.– С.29 – 30. Власенко В.А., Антощук С.Г., Сербина Н.А. Исследование устойчивости системы признаков при распознавании текстур // ІІ–я междунар. науч.–практ. конф. “Соврем. информац. и електрон. технологии”, 28–31 мая 2001 г. – Одесса: Одес. нац. политехн. ун–т, 2001. – С. 60. Антощук С.Г., Деревянченко А.Г. Предварительная обработка изображений режущей части инструментов. // Международная научно–техническая конференция «Новые процессы и их модели в ресурсо– и энергосберегающих технологиях», г. Одеса, 25–26 сентября 2003. – С. 7 – 8. Antoshchuk S.G., Krylov V.N. Hyperbolic wavelet domain image processing – //Матеріали міжнародної конференції. Сучасні проблеми радіоелектроніки, телекомунікацій, комп’ютерної інженерії. – Львів: Вид–во нац. ун–ту ”Львівська політехніка”, 2004. – С.219 – 220. Нутович О.А., Антощук С.Г., Гогунський В.Д. Місце прогресивних інформаційних технологій у структурі АСУ дорожнім рухом // Безпека дорожнього руху: сучасність і майбутнє. Збірник матеріалів міжнародної науково–практичної конференції /Міністерство внутрішніх справ України, Департамент Державної автомобільної інспекції, Науково–дослідний центр з безпеки дорожнього руху. – Київ, 2004. – С. 95 – 99. Антощук С.Г., Билоненко П.Н. Экспертная система диагностики поверхностей // Тези доповідей учасників міжнародної науково–практичної конференції „Інтелектуальні системи прийняття рішень та інформаційні технології”. – Чернівці, 19–21 травня 2004 р. – С. 16. Антощук С.Г. Повышение эффективности идентификации для дефектоскопии печатных плат. //Пятая Международная научно–практическая конференция «Современные информационные и электронные технологии» СИЭТ–2004. – г. Одеса, 17 –21 мая 2004 г. – С. 114. Никольский В.В., Сандлер А.К. Антощук С.Г., Глазева О.В. Перспективы безразборной видеодиагностики судовых энергетических установок // Матеріали першої міжнар. науково–технічної конфереції студентів, аспірантів та молодих наукових співробітників “Інформаційно–керуючі системи та комплекси – ІКСК 2004”, м. Миколаїв, 6 –7 квітня 2004 р. – С.43. Антощук С.Г., Деревянченко А.Г., Глазева О.В. Геометрические характеристики зон износа при контроле состояний инструментов с использованием СТЗ // Матеріали третьої науково–технічної конференції «Приладобудування 2004: стан і перспективи», м. Київ, 20–21 квітня 2004 р.– С. 80 –81.
|
