МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙ

Аннотация
ВВЕДЕНИЕ 5
1 МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА 7
1.1 Критерии оценки качества изображений 7
1.2 Гистограммные методы устранения яркостных искажений 14
1.3 Пространственные фильтры 24
1.4 Методы обработки для минимизации влияния погодных условий 26
1.5 HDR изображения 28
2 РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ 31
2.1 Реализация алгоритма BRISQUE 32
2.2 Реализация алгоритма CLAHE 37
2.3 Тестирование 38
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 43
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 44
ПРИЛОЖЕНИЕ А 48
Купить

В области компьютерного зрения и анализа изображений, а также при разработке соответствующих систем значительное внимание уделяется этапу предварительной обработки изображений. Это связано с тем, что не существует систем регистрации, гарантирующих идеальное качество изображения. На этом начальном этапе важно использовать разнообразные методы, позволяющие улучшить качество изображений до уровня, приемлемого для последующей обработки. Ключевым моментом является объединение как распространенных методов улучшения визуального качества, так и уникальных преобразований, которые кардинально меняют изображения.
В процессе получения изображений неизбежно возникают различные искажения, усложняющие последующую обработку. Эти искажения могут возникать из-за характеристик среды распространения, изменений окружающей среды, движения регистрирующего устройства, а также параметров оптической системы, характеристик оборудования и шума в системах формирования и передачи изображения. По своей природе обычно классифицируют яркостные и пространственные искажения.
Первые чаще всего вызваны техническими недостатками, систематическими ошибками, а также случайными сбоями, возникающими при регистрации, передаче и хранении изображений. Они также могут возникнуть из-за изменений в освещении сцены, например, если источники света перемещаются или изменяется их количество и характеристики. Пространственные искажения возникают из-за изменения положения объектов на сцене или самого записывающего устройства. Исправление таких искажений, вызванных изменением перспективы или движением предметов, часто сопряжено с определенными трудностями, поскольку эти изменения напрямую связаны с динамикой окружающей среды. Во многих задачах, пространственные искажения регистрируемого изображения возникают в результате распространения оптического излучения в среде с неоднородностями. Основные помехи, в таком случае, связаны с наличием осадков или турбулентностью атмосферы. При всем многообразии методов коррекции, их можно разделить методы адаптивной (оптической) [1-3] и постдетекторной (компьютерной) [4-6] коррекции искажений. Существующие методы позволяют минимизировать пространственные искажения, как на этапе проектирования системы, так и в процессе регистрации изображения, что позволяет не учитывать их вклад в конечный результат.
Яркостные искажения, не смотря на простоту их природы, могут быть вызваны несколькими факторами, оказывающими действие как в совокупности, так и по отдельности. Естественно, что, имея некоторую априорную информация о неискаженном изображении и характеристике помех, возможно улучшить качество получаемого 5
изображения. Но на практике, получить такую информацию практически невозможно, поэтому для каждого случая приходиться разрабатывать свои методики. Основные яркостные помехи можно разделить на четыре класса - по локализации на изображении, по размеру, по яркости и по вероятности появления помехи. В самых сложных случаях возможно сочетание нескольких типов помех, что требует тщательного анализа структуры самого изображения, выявление статистических закономерностей и анализ условий регистрации изображения. Игнорирование яркостных помех, при последующей обработке может существенно исказить конечный результат.
Из выше сказанного следует, что разработка методов и алгоритмов улучшения качества, применяемых в том числе и для повышения пространственного разрешения, цифровых изображений является актуальной задачей, как в теоретическом, так и в прикладном плане.
Объектом исследования в данной работе являются методы и алгоритмы преобразования характеристик изображения для подготовки данных к последующему анализу.
Предмет исследования - методы и алгоритмы для оценки качества изображений, коррекции яркостных искажений (возникающих в процессе регистрации) и масштабирования.
Проблемная ситуация заключается в отсутствии методов и алгоритмов с автоматическим подбором параметров на основе оценки качества после их преобразования.
Целью данной работы является разработка и реализация алгоритма коррекции яркостных искажений за счет изменения контраста и яркости без изменения структуры, обеспечивающего автоматическое изменение его параметров с последующей итеративной коррекцией на основе критерия качества изображения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. аналитический обзор существующих методов и алгоритмов обработки изображений для устранения яркостных искажений;
2. выбор критерия оценки качества изображений
3. разработка алгоритма и программного обеспечения для предварительной обработки изображений;
4. отладка и тестирование программной системы.
Научная новизна заключается определении особенностей применения методов обработки изображений, предназначенных для увеличения различимости объектов сцены изображения. Для оценки качества обработки изображений предполагается использование различных критериев, как эталонных, так и безэталонных.

Купить