ВВЕДЕНИЕ 9
1 Анализ методов обнаружения и компенсации влияния атмосферных осадков на видео-последовательностях
1.1 Модель цифровых изображений и видео-изображений 11
1.2 Особенности визуального обнаружения атмосферных осадков 14
1.3 Атмосферные осадки как объект исследования 15
1.4 Методы обнаружения и компенсации влияния атмосферных осадков
на видео-изображениях 17
1.5 Выводы по главе 30
2 Алгоритм компенсации влияния атмосферных осадков на видео-изображениях
2.1 Описание алгоритма компенсации влияния атмосферных осадков на
видео-изображениях 31
2.2 Экспериментальные исследования 42
2.3 Выводы по главе 44
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
ПРИЛОЖЕНИЕ А 51
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 55
ПРИЛОЖЕНИЕ В 59
ПРИЛОЖЕНИЕ Е 61
Актуальность работы. Изображения, полученные с камер видеонаблюдения, нашли широкое применение в нашей жизни. Например, распознавание номеров машин нарушителей правил дорожного движения с дорожных камер, обнаружение дыма для предотвращения начинающегося пожара, автоматизированное движение автомобиля Tesla за счет распознавания границ дорожной разметки полосы движения и многое другое. Большинство таких алгоритмов, как правило, построены на выделении характерных признаков объекта, например, обнаружение движения в кадре, мерцание, обнаружение цветовых или текстурных характеристик. Различные погодные условия, такие как дождь, снег и туман, негативно влияют на работу подобных алгоритмов вследствие вносимых артефактов. Например, точность обнаружения дыма на открытых пространствах при наличии атмосферных осадков снижается на 15%. Таким образом, задача разработки алгоритма, обнаруживающего и компенсирующего артефакты, вносимые атмосферными осадками на видеоизображение, является актуальной вследствие сложности объекта исследования и возникающих на изображении шумов.
Целью работы является устранение искажений, вносимых атмосферными осадками, на видеоизображениях.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. провести анализ существующих алгоритмов и систем обнаружения и компенсации влияния атмосферных осадков на видеопоследовательностях;
2. исследовать особенности видеоизображений, полученных во время съемок различных типов атмосферных осадков и выделить виды вносимых артефактов, связанных с погодными условиями, на изображение;
3. провести анализ способов компенсации таких искажений;
4. разработать алгоритм, позволяющий скомпенсировать влияние атмосферных осадков на видеоизображениях.
Методы исследований. Для решения поставленных в работе задач использовались методы теории цифровой обработки изображений, теории информации, методы теории распознавания образов.
Соответствие бакалаврской работы паспорту специальности. Исследование соответствует области исследований специальности 09.03.02.05 «Информационные системы и технологии в административном управлении» в соответствии с ГОС высшего профессионального образования по пункту «Инструментальные средства компьютерной графики и графического диалога в информационных системах» и «Разработка алгоритма (программы) распознавания визуальной информации».
Качество работы алгоритма машинного зрения зависит от наличия и интенсивности шумов, вносимых различными атмосферными осадками на видеоизображения. Для устранения шума на видеоизображениях, содержащих различные атмосферные осадки, была применена серия шумоустраняющих, размывающих и увеличивающих резкость изображения фильтров. В работе для имитации атмосферных осадков к тестовым видеопоследовательностям, содержащим в себе дым и пламя, применены эффекты дождя и снега с помощью программы Adobe After Effects CC. Использованы видеопоследовательности из набора данных компании Dyntex и другие. Экспериментальные исследования эффективности работы предложенного алгоритма компенсации влияния атмосферных осадков на видеоизображениях проведены средствами систем обнаружения дыма на основе локальных бинарных шаблонов и детектирования пламени по видеоданным. Точность обнаружения дыма и пламени на видеоизображениях, содержащих атмосферные осадки, по сравнению с исходным изображением в среднем ниже на 12 %. На изображениях, улучшенных с помощью предложенного алгоритма компенсации влиянии атмосферных осадков на видеоизображениях, точность обнаружения дыма и пламени существенно возрастает и составляет 98,36 %, что ниже точности обнаружения дыма и пламени относительно исходного изображения всего на 0,54 %. Таким образом, экспериментальные исследования подтверждают эффективность предложенных методов и алгоритмов компенсации влияния атмосферных осадков на видеопоследовательностях.
