name: Методы и алгоритмы обнаружения объектов на аэрокосмических изображениях с применением комплексного контурного анализа
keyword_list: идентификация объектов идентификация прямолинейных фрагментов контуров контурный анализ подавление дискретного белого шума системы технического зрения Обработка изображений
abstract: Цель диссертационной работы состоит в разработке научно обоснованных технических решений, позволяющих повысить скорость и точность обнаружения на изображении протяженных объектов с прямолинейными границами и объектов с замкнутой границей, содержащей хотя бы один прямолинейный участок, за счет разработки новых и модификации известных методов и алгоритмов с низкой вычислительной сложностью, образующих единый вычислительный комплекс обработки видеоинформации.
  Задачи диссертационной работы:
  - осуществить анализ существующих методов и алгоритмов предварительной обработки изображений, методов кусочно-линейной аппроксимации контуров, методов обнаружения прямолинейных участков границы на изображениях и обнаружения объектов с такими границами;
  - оценить степень пригодности существующих алгоритмических решений для применения в системах технического зрения;
  - разработать метод оценивания уровня шума в составе изображения, обладающий высокой точностью оценок и низкой вычислительной сложностью;
  - выполнить на основе разработанного метода оценивания уровня шума модификацию сигма-фильтра для подавления дискретного белого шума в составе изображения, позволяющую сохранять без искажения  границы перепада яркостей;
  - разработать алгоритм поиска прямолинейных участков границы, превосходящий метод Хафа по скорости обработки контурного изображения и не уступающий ему по точности получаемого результата;
  - разработать технологию комплексной обработки видеоинформации, включающую обнаружение в составе контурного изображения объектов с прямолинейными участками границы и идентификацию на этой основе целевых объектов с применением автокорреляционной функции контуров. 
  Для решения поставленных задач применялись методы вычислительной математики, методы линейной алгебры и математического анализа, цифровые методы обработки изображений и распознавания образов, методы математического моделирования, системного анализа. 
  Научная новизна работы:
  - разработан метод оценивания уровня шума в составе изображения, отличающийся от известных методов более высокой точностью оценок (точнее на 3-8% в зависимости от сравниваемого метода) и низкой вычислительной сложностью, что позволило повысить в 2-5 раз в зависимости от сравниваемого метода скорость оценивания дисперсии шума; 
  - выполнена модификация сигма-фильтра для подавления дискретного белого шума в составе изображения, отличающаяся от известного алгоритма адаптивным выбором порога отсечения, что позволяет сохранять без искажения  границы перепада яркостей;
  - разработаны два оригинальных алгоритма поиска прямолинейных участков границы, отличающиеся от широко известного метода Хафа линейной вычислительной сложностью, что позволило сократить в 10 раз время обработки контурного изображения;
  - разработана технология комплексной обработки видеоинформации, включающая обнаружение в составе контурного изображения линий с прямолинейными участками границы, кусочно-линейную аппроксимацию контура вне линейного участка и идентификацию на этой основе объектов с применением автокорреляционной функции контуров и отличающаяся от известных аналогов применением оригинальных методов и алгоритмов с низкой вычислительной сложностью, что позволило сократить общее время обработки изображения на 20%.
  Практическая значимость работы.
  - разработанные технические решения могут использоваться для обнаружения дорог, ЛЭП, нефтепроводов и ВПП в сложных условиях подстилающей поверхности в плоскости Земли и в условиях плохой видимости, для предупреждения пилотов легкомоторных самолетов и вертолетов об опасности столкновения с ЛЭП;  
  - на базе разработанных методов и алгоритмов создан комплекс программ, обеспечивающих фильтрацию шумов, обнаружение прямолинейных фрагментов границы и идентификацию объектов по эталону с применение комплексного контурного анализа;
  - разработанные программы нелинейной фильтрации дискретного гауссова шума с помощью модифицированного варианта сигма-фильтра, программы поиска прямых на изображении, могут встраиваться в системы технического зрения самого широкого назначения.
  Результаты работы использованы при создании шести программных продуктов: «Программа выделения прямолинейных фрагментов контуров на изображениях на основе метода» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 202261709); «Программа выделения прямолинейных фрагментов контуров на изображениях на основе метода анализа второй производной» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2022617090); «Программные средства обнаружения совпадений в коллекции изображений» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019617026); «Программа получения контурного описания для совмещения изображений» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2017618937); «Программное обеспечение подготовки исходных данных и анализа результатов моделирования алгоритмов обработки графической информации на FPGA» Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019662339; «Модуль улучшения видения системы технического зрения в условиях засвета и тумана на базе алгоритма Retinex на FPGA» (свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019662340). Результаты диссертационной работы внедрены в АО «ВНИИ»СИГНАЛ» в рамках НИР «Исследования по созданию мобильных робототехнических комплексов среднего класса», направленных на создание систем технического зрения для перспективных мобильных роботов, в АО «РИФ»,  г. Рязань и в учебном процессе кафедры ЭВМ ФГБОУ ВО «Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина»: дисциплина «Теория информации и цифровая обработка сигналов» направление подготовки – 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника» (программа магистратуры); дисциплина «Видеокомпьютерные технологии в специальных организационно-технических системах» специальность 27.05.01 «Специальные организационно-технические системы».
chairman_dissertation_council.name: Игорь
chairman_dissertation_council.surname: Сальников
chairman_dissertation_council.patronymic: Иванович
chairman_dissertation_council.position: Профессор
chairman_dissertation_council.degree: Доктор технических наук
chairman_dissertation_council.rank: Профессор
chairman_dissertation_council.wos_research_id: S-6627-2016
chairman_dissertation_council.scopus_author_id: 57192203129
chairman_dissertation_council.rinc_id: 428445
chairman_dissertation_council.territory: РОССИЯ
organization_supervisor.name: Дмитрий
organization_supervisor.surname: Пащенко
organization_supervisor.patronymic: Владимирович
organization_supervisor.position: Ректор
organization_supervisor.territory: РОССИЯ
rubrics.code: 28.23.15
rubrics.name: Распознавание образов. Обработка изображений
oecds.code: 01.02.EX
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, THEORY & METHODS
oecds.code: 01.02.EP
oecds.name: COMPUTER SCIENCE, ARTIFICIAL INTELLIGENCE
speciality_codes.name: Теоретические основы информатики
speciality_codes.code: 05.13.17
supervisors.fio: Новиков А.И.
supervisors.scientific_degree: Доктор технических наук
supervisors.speciality_code: Теоретические основы информатики
supervisors.responsible_type: Научный руководитель
opponents.fio: Андрианов Д.Е.
opponents.scientific_degree: Доктор технических наук
opponents.speciality_code: Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)
opponents.responsible_type: Оппонент
opponents.fio: Акименко Т.А.
opponents.scientific_degree: Кандидат технических наук
opponents.speciality_code: Средства поражения и боеприпасы
opponents.responsible_type: Оппонент
protection_organization.short_name: ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ, ПЕНЗГТУ, ФГБОУ ВО "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
protection_organization.ogrn: 1045802502690
protection_organization.supervisor_name: ДМИТРИЙ
protection_organization.supervisor_surname: ПАЩЕНКО
protection_organization.supervisor_patronymic: ВЛАДИМИРОВИЧ
protection_organization.organization_type: Организация
protection_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
protection_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения
author_organization.short_name: ФГБОУ ВО "РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Ф. УТКИНА", ФГБОУ ВО "РГРТУ", РГРТУ
author_organization.name: ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ В.Ф. УТКИНА"
author_organization.ogrn: 1026201104478
author_organization.supervisor_name: МИХАИЛ
author_organization.supervisor_surname: ЧИРКИН
author_organization.supervisor_patronymic: ВИКТОРОВИЧ
author_organization.organization_type: Организация
author_organization.okogu: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
author_organization.okopf: Федеральные государственные бюджетные учреждения