Методи та засоби підвищення візуальної якості зображень у комп’ютеризованих оптико-електронних системах

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено розробленню математичних моделей, методів і програмно-апаратних засобів підвищення візуальної якості формування зображень, що дозволило одержати нове рішення важливого науково-технічного завдання підвищення точності та швидкодії оброблення зображень у комп’ютеризованих оптико-електронних системах (КОЕС), які як джерело початкових зображень використовують цифрові відеокамери. Підвищення якості зображень виконано шляхом зниження рівня шуму та адаптивної зміни параметрів відеокамер. Розроблено математичну модель та метод зменшення рівня шуму на цифрових зображеннях, які враховують усереднені характеристики корисного сигналу та шуму, що забезпечує підвищення точності та швидкодії оброблення зображень у КОЕС. Показано, що розроблений метод є квазіоптимальним. Розроблено методи адаптивної зміни параметрів «Яскравість» і «Контраст» відеокамер у КОЕС. Розроблено метод визначення рівня шуму зображень з використанням паралельних обчислень, що забезпечує збільшення швидкодії оброблення зображень. На основі одержаних математичних моделей і методів розроблено високоточні та швидкодіючі апаратно-програмні засоби для КОЕС. Комп’ютерне моделювання, експериментальні дослідження та впровадження розроблених засобів у КОЕС підтвердили адекватність розроблених математичних моделей і ефективність запропонованих методів.

Диссертационная работа посвящена разработке математических моделей, методов и программно-аппаратных средств повышения визуального качества формирования изображений, что позволило получить новое решение важной научно-технической задачи повышения точности и быстродействия обработки изображений в компьютеризированных оптико-электронных системах (КОЭС), которые как источник изображений используют видеокамеры. Повышение качества изображений выполнено путем снижения уровня шума и адаптивного изменения параметров видеокамер. Предложено архитектуру компьютеризированной системы для повышения качества формирования изображений, которая состоит из подсистем определения уровня шума, фильтрации шума и адаптивного изменения параметров видеокамер. На основе полученных математических моделей и методов разработано высокоточные и быстродействующие аппаратно-программные средства для КОЭС. Компьютерное моделирование, экспериментальные исследования и внедрение разработанных средств в КОЭС подтвердили адекватность разра-ботанных математических моделей и эффективность предложенных методов.

The dissertation is devoted to the development of mathematical models, software and hardware means and methods to improve the visual quality of images formation, which allowed obtaining a new solution to the important scientific and technical problem of improving the accuracy and speed of image processing in computerized optoelectronic systems (COES), which use digital video cameras as the source of the original images. Improved image quality is achieved by reducing noise level and adaptive change of the video cameras settings. A mathematical model and a method of noise reduction on digital images have been developed, which take into account the average characteristics of the useful signal and noise, which provides increased accuracy and speed of image processing in the COES. It is shown that the developed method is quasi-optimal. Methods for automatic optimization of «Brightness» and «Contrast» parameters of video cameras in the COES have been developed. A technique for determining the noise level of images using parallel computations has been developed, which increases the image processing speed. Based on the obtained mathematical models and methods, high precision and high-speed hardware and software tools for the COES have been developed. Computer modeling, experimental research and implementation of the developed tools in the COES confirmed the adequacy of the mathematical models and the effectiveness of the suggested methods.