Аннотация 2
Введение 1
1 Фильтрация изображений 2
1.1 Вейвлет Хаара 2
1.2 Рекурсивный алгоритм сжатия для изображений с использованием вейвлет-
преобразования Хаара 3
1.3 Сжатие монохромного изображения с потерями 6
1.4 Оценка потери качества изображения 8
1.5 Классический алгоритм архивации Хаффмана 10
1.6 Сжатие монохромного изображения без потерь 11
1.7 Эффективность архивации сжатых изображений 12
1.8 Выводы 14
2 Отслеживание движущихся горящих частиц металла на видеозаписи 15
2.1 Постановка экспериментов 15
2.2 Задача об отслеживании падающих горящих частиц металла 16
2.3 Получение начального набора объектов 16
2.4 Алгоритм отслеживания центроидов 18
2.5 Применимость метода к видеозаписи движения частиц (валидация метода) 19
2.6 Выводы 21
3 Анализ экспериментальных данных о движении горящих частиц алюминия 23
3.1 Эмпирическая динамика горящих частиц 25
3.2 Оценка коэффициента аэродинамического сопротивления горящих частиц
алюминия 30
3.3 Выводы 34
Заключение 35
Список использованных источников и литературы 36
Приложение А Реализация вейвлет-преобразования Хаара на языке С++ 38
Приложение Б Реализация алгоритма отслеживания на языке С++ 42
Приложение В Алгоритм Хаффмана для изображений на языке С++ 49
Методы хранения и передачи информации в современном мире играют всё более значительную роль в различных сферах деятельности человека, включая обработку научных экспериментов. С развитием науки и методов измерений повышается сложность экспериментов и как следствие кратно увеличивается объём эмпирических данных. Результаты экспериментов, могут включать в себя метаданные, изображения, видеозаписи, аудиофайлы и прочие данные, полученные в ходе исследований, которые необходимо эффективно обрабатывать, хранить и передавать. С увеличением объёма данных широкое распространение получили алгоритмы сжатия и архивации. Актуальной задачей также стала обработка изображений, видеозаписей и аудиофайлов с целью получения информации, которая представляет научный интерес. Процесс обработки таких данных включает в себя множество задач, таких как: фильтрация от шумов, обнаружение и отслеживание объектов и явлений, представление результатов в виде баз данных и прочее. Автоматизация в области обработки научных данных включают методы анализа больших данных, машинное обучение, искусственный интеллект и другие передовые технологии. Использование автоматизированных алгоритмов и программных комплексов призвано минимизировать рутинные обработки большого количества экспериментов за счет автоматического проведения измерений. Также автоматизация призвана повысить точность вследствие исключения человеческого фактора и единообразности проведения измерений.
В данной работе обрабатываемыми данными являются изображения и видеозаписи. В первой главе задачей фильтрации является уменьшение веса изображения на диске с сохранением его информационной составляющей. Во второй главе рассмотрены методы обработки видеозаписей полученных в ходе экспериментов и целью получения траекторий движения и скоростей исследуемых объектов для дальнейшей интерпретации и анализа.
Изучены методы фильтрации и сжатия изображений. Реализованы программа сжатия изображения с потерями на основе вейвлет преобразования Хаара, показано преимущество архивации предварительно сжатого с потерями изображения перед архивацией несжатого. Для архивации реализован классический алгоритм Хаффмана. Приведено сравнение полученных результатов (веса на диске) с популярным архиватором WinRar.
Разработана программа для обнаружения и отслеживания во времени падающих горящих частиц на видеозаписи эксперимента. Изучены и реализованы алгоритм отслеживания центроидов, и пороговая фильтрация изображения. Определена область применения данных методов.
При помощи разработанной программы получены данные о траекториях и скоростях движения, времени сгорания падающих частиц алюминия в воздухе. Проведён анализ полученных данных. Рассчитан коэффициент аэродинамического сопротивления для рассмотренных частиц.
Получены навыки работы с библиотекой алгоритмов компьютерного зрения, обработки изображений и численных алгоритмов общего назначения с открытым кодом - OpenCV.
