38963

Алгоритмы выделения границ (контуров) объектов наблюдения в полутоновых и бинарных изображениях

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

После этого границы объекта могут быть найдены следующим образом.15 где: ij ∈ωгр множество координат точек принадлежащих области изображения вблизи границ объекта; D пороговое значение нормы градиента.15 обычно недостаточно для успешного выделения контуров объекта. Изменяя величину D можно в принципе менять соотношение между вероятностью выделения лишних точек ошибки первого рода и вероятностью пропуска контурных точек объекта ошибки второго рода.

Русский

2013-09-30

166 KB

45 чел.

Алгоритмы выделения границ (контуров) объектов наблюдения в полутоновых и бинарных изображениях.

 

В общем случае процедуре выделения границ (контуров) изображений объектов должен предшествовать этап определения нормы градиента для всех точек исходного массива Gi,j. После этого границы объекта могут быть найдены следующим образом. В качестве первого этапа осуществляется выбор координат точек изображения, для которых значения нормы градиента превышают установленный порог

i,j ωгр, если  Gi,j≥ D ,                                      (2.15)

где: i,j ωгр – множество координат точек, принадлежащих области изображения вблизи границ объекта; D – пороговое значение нормы градиента.

Примечание. Следует, однако, заметить, что решающего правила (2.15), обычно, недостаточно для успешного выделения контуров объекта. Дело в том, что при низком уровне порога D кроме контурных точек могут оказаться выделенными другие, «лишние» точки, расположенные вблизи контура, для которых также выполняется условие Gi,j ≥ D. Если же величина порога D задана высокой, то, наоборот, не все точки контура окажутся выделенными. Изменяя величину D, можно, в принципе, менять соотношение между вероятностью выделения «лишних» точек (ошибки первого рода) и вероятностью пропуска контурных точек объекта (ошибки второго рода). Очевидно, что чем выше уровень помех, действующих в АТСН, тем больше суммарная вероятность ошибок выделения контурных точек. На практике пороговое значение нормы градиента предпочтительнее задавать таким, чтобы вероятность ошибок второго рода была минимальной. При этом «лишние» точки, выделенные на первом этапе, могут быть «отсеяны» на втором этапе, который предполагает дополнительный анализ выделенных точек.

В результате дополнительного анализа в окрестностях каждой из точек с координатами i,j ωгр должны быть оставлены только две, непосредственно прилегающие к данной точке. Эти две точки могут быть выбраны среди других предполагаемых контурных точек (например, точек с координатами i ± 1, j ± 1) по признаку максимального значения нормы градиента. В крайнем случае, если этому признаку удовлетворяют более двух прилегающих точек, должны быть выбраны две любые точки, например, первые из числа рассматриваемых. Это, хотя и может в конечном итоге привести к незначительным погрешностям в определении координат контурных точек, но позволит избежать более существенных аномальных ошибок, связанных с искажением формы и с очень значительными погрешностями при вычислении периметра объекта.  В частном случае, при обработке бинарных изображений, то есть изображений, каждый элемент которых может принимать одно из двух значений «0» или «1» («чёрное» или «белое»), процедура выделения границ объектов существенно упрощается и может быть сведена к простым логическим операциям

Здесь i,j ωгр. – координаты точек, принадлежащих границам объектов; a,b – возможные значения функции Ei,j  («0» или «1»); & и  –символы логических операций «И» и «ИЛИ» соответственно.

Алгоритмы выделения признаков контролируемых объектов (вдруг тоже понадобиться)

Выделение признаков позволяет иногда упростить реализацию последующего этапа – этапа распознавания или идентификации объектов. Путём выделения признаков удаётся создать сжатое описание объекта в выбранной системе признаков.

При выборе наиболее информативных признаков необходимо учитывать как свойства самих объектов, так и возможности телевизионных датчиков – первичных ормирователей сигнала изображения с точки зрения их разрешающей способности. Необходимо также принимать во внимание степень сложности процедуры выделения признаков за ограниченное время анализа.

В автоматизированных телевизионных системах наблюдения наиболее предпочтительными являются геометрические признаки объектов:

– площадь и периметр изображения объекта;

– число отверстий в теле объекта;

– размеры вписанных и описанных простейших геометрических фигур (окружностей, прямоугольников, треугольников и др.);

– число и взаимное расположение углов;

– моменты инерции изображений объектов.

Важной особенностью большинства геометрических признаков является их инвариантность относительно разворота изображения объекта. Кроме того, путём нормирования геометрических признаков друг относительно друга, достигается инвариантность относительно масштаба изображения объекта.

Определение площади и периметра.

Площадь изображения объекта вычисляется путём простого подсчёта числа элементов, относящихся к объекту

где  L – множество координат массива [Ei,j], принадлежащих объекту.

Периметр изображения объекта вычисляется после того, как на предварительном этапе выделены границы объекта

где  aгр – множество граничных (контурных) точек изображения объекта.

На основе выделенных признаков можно сформировать обобщенный нормированный признак, инвариантный к масштабу изображения.

Определение радиусов вписанных и описанных окружностей.

Процедура складывается из двух этапов (рис 2.4).

  1.  Определение координат геометрического центра изображения объекта

где xi,j; yi,j – координаты точек изображения объекта, которые могут быть заменены соответствующими номерами столбцов и строк, содержащих данный элемент xi,j=i; yi,j= j.

  1.  Вычисление минимального и максимального расстояний от центра до границ изображения объекта, выделенных на предварительном этапе (см. раздел 2.3).

Очевидно, что нормированный признак R′ = RmaxRmin  всегда является инвариантным к масштабу изображения объекта.

Определение сторон описанного прямоугольника.

Это – одна из простейших процедур.

1. Надо определить максимальные и минимальные значения абсцисс и ординат изображения объекта  imax и  imin;  jmax и   jmin.

  1.  Высота и основание прямоугольника определяются следующим образом

Отметим, что данный признак (в отличие от предыдущих) не является инвариантным к развороту изображения объекта (рис. 2.5).

Определение числа и взаимного положения углов

На предварительном этапе должны быть выделены и пронумерованы элементы контура объекта.

Классический способ определения угловых точек изображения объекта заключается в анализе небольшого фрагмента контура в окрестностях данной точки и в определении радиуса её кривизны. Если этот радиус окажется меньше установленного порога – это

угловой элемент, в противном случае – нет. Однако, такой способ связан с очень большим объёмом вычислений. С практической точки зрения в быстродействующих АТСН, работающих в реальном масштабе времени, предпочтительным представляется более простой алгоритм. Он заключается в оценке расстояний между начальной и

конечной точками фрагмента контура, т.е. между элементами контура с порядковыми номерами k – 2 и k + 2 (рис 2.6).

Пусть x(k) и y(k) абсцисса и ордината контурных элементов соответственно. Тогда решающее правило может выглядеть следующим образом

{|x(k"2)−x(k+2)|+|y(k− 2)−y(k+2)| ≤H} (2.31)

Если условие (2.31) выполняется, тогда данная точка контура принадлежит множеству угловых точек L. Здесь H –пороговое значение, выбираемое с учётом свойств изображения объектов данного класса.

При реализации вычислительной процедуры необходимо соблюдать следующие правила.

1. Если, в соответствии с условием (2.31), оказываются выделенными несколько смежных элементов контура, то решающее правило должно предусматривать выбор только одного элемента в качестве углового, например, по минимуму значения модуля разности, а в случае совпадения значений – любой из этих элементов. Это, разумеется, может привести к некоторой ошибке в определении координат углового элемента, но позволит избежать более существенной (аномальной) ошибки, связанной с неправильным определением числа углов и, следовательно, формы объекта.

2. Выделенным угловым элементам целесообразно присваивать

порядковые номера, которые могут быть использованы на последующем этапе распознавания и определения ориентации объекта.

  1.  Процедуру анализа контурных элементов удобно осуществлять в цикле, однако два первых и два последних элемента приходится осуществлять вне цикла, так как для них не удаётся задать значения переменной k + 2 и k – 2.

Определение моментов инерции изображения объекта.

Моменты инерции являются довольно информационными признаками для последующего этапа распознавания образов, но их определение является не такой уж простой задачей. Вместе с тем, в некоторых случаях могут использоваться промежуточные результаты вычислений, например, для определения угловой ориентации изображения объекта относительно приборной системы координат (см. раздел 3.2). Обозначим главные искомые моменты инерции изображения объекта через J1  и J2 (рис. 2.7б). Однако, чтобы найти J1  и J2 , необходимо предварительно определить так называемые промежуточные моменты Jx и Jy , т.е. моменты инерции относительно вертикальной и горизонтальной осей приборной системы координат, а также смешанный момент Jx,y (рис. 2.7 а).

Вычисление осуществляется в следующем порядке.

  1.  Определяются координаты центра «тяжести» (энергетического центра) изображения объекта

  1.  Определяются промежуточные моменты Jx, Jy, Jx,y

  1.  Рассчитываются главные моменты

PAGE  2


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

30468. Основные модели организации публичной власти на местах в зарубежных странах 14.74 KB
  Для первых характерно избрание местной администрации местными представительными органами из своего состава причем нередко глава администрации мэр и т. но и главы местной администрации а также некоторых других должностных лиц исполнительной и судебной власти казначея прокурора мирового судьи вплоть до шерифа начальника полиции. Оно предполагает наличие у местной единицы собственной компетенции охватывающей вопросы местного значения; гарантированной конституцией и законом самостоятельности па отношению к государственной власти в...
30469. Договоры и конституционные процедуры разрешения конфликтов между федерацией и ее субъектами в зарубежных странах 15.77 KB
  Следует отметить возможность федеральной интервенции в случае конфликта между федеральной властью и властями субъектов федерации или в случае когда по каким либо причинам власть субъекта федерации не может функционировать нормально. Если земля не выполняет федеральные обязанности возложенные на нее Основным законом или иным федеральным законом то...
30470. Конституционная ответственность, ее субъекты и виды в зарубежных странах 14.2 KB
  В последнее время в литературе стали признавать наличие особого вида ответственности “конституционной†хотя до сих пор многие ее положения остаются дискуссионными. Так трудно согласиться с тем что конституционная ответственность является разновидностью политической ответственности а равно с тем что конституционная ответственностью объединяет в себе политическую моральную и юридическую ответственность. Конституционная ответственность это самостоятельный вид...
30471. Особенности Конституции и конституционного права США 14.92 KB
  Особенности Конституции и конституционного права США. Ныне действующая конституция США была принята 17 сентября 1787 г. Конституция США является выдающимся политикоправовым актом. Конституция США первая в истории писаная конституция крупного государства.
30472. Порядок выборов Президента и Конгресса США 14.83 KB
  Высшим органом законодательной власти является Конгресс США состоящий из двух палат: Палаты представителей и Сената. Палата представителей представляет интересы народа в целом. Выборы в Палату представителей проходит в первый вторник после первого понедельника ноября каждого четного года. Члены Палаты представителей избираются по мажоритарной системе относительного большинства без требования кворума.
30473. Система сдержек и противовесов в форме правления США 15.06 KB
  Влиятельная фигура в ранней Америке Джон Адамс говорил что целью конституционного правительства является создание правительства законов а не правительства людей. Для Адамса великой идеей к наделению широкими полномочиями правительства и в то же время подчинению его букве закона стал принцип разделения правительственных полномочий. Эта концепция разделения властей исторически ассоциируемая со школой французского философа Монтескье предотвратила злоупотребление властью путем отказа от концентрации власти в одной ветви или одном...
30474. Особенности конституционного права Соединенного королевства 16.64 KB
  Британский конституционализм представляет собой весьма своеобразное явление правовой действительности. Древние и крепкие корни парламентаризма англосаксонская правовая система монархическая форма правления все это делает фактическую и юридическую конституцию Великобритании уникальной. Эта страна по сей день не имеет в качестве основного закона единого писаного нормативного правового акта. Возводимое в течение многих столетий здание британского конституционализма имеет в качестве прочного и надежного фундамента общее право...
30475. Британский парламент, его взаимоотношения с Королевой и Правительством 16.23 KB
  Законодательная власть в Великобритании принадлежит парламенту но по точному смыслу британской конституции парламент триединое учреждение: оно включает главу государства монарха палату лордов исторически палату знати и высшего духовенства и палату общин исторически палату простолюдинов. Это понятие связано с тем что закон становится таковым если он принят двумя палатами есть некоторые исключения из этого правила в пользу нижней палаты и подписан монархом. Теоретически монарх в Великобритании считается...
30476. Реформа политико-территориального устройства Соединенного Королевства 14.64 KB
  Поэтому для других трех регионов в большей или меньшей степени всегда были свойственны стремление к усилению самоуправления или даже сепаратизм. право первичного законодательства в сферах здравоохранения образования местного самоуправления и политикоадминистративного деления жилищного и коммунального хозяйства окружающей среды и т. В каждой Местной единице действуют органы местного самоуправления: выборные непосредственно населением советы и исполнительные органы. Компетенция органов местного самоуправления традиционна однако...