Разработка «подсистемы линейной сегментации» в составе «системы автоматизированного анализа пространственной структуры изображений»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломной работе на тему:

«Система автоматизированного анализа пространственной структуры изображений. Подсистема линейной сегментации»

 

 

Дипломник студент группы 10-19-2	Ю.Н. Данилов
Руководитель ведущий инженер кафедры «Программное обеспечение»	Л.Н. Левицкая
Консультант по экономической части к.э.н., доцент	И.И. Радыгина
Консультант по безопасности и экологичности к.б.н., доцент	Г.Ф. Якименко
Нормоконтроль	В.П. Соболева
Рецензент ведущий инженер АО «Аксион»	В.Н. Захаров
Заведующий кафедрой «Программное обеспечение» д.т.н., профессор	А.И. Мурынов

 

Ижевск 2006

РЕФЕРАТ

 

Пояснительная записка к дипломной работе на тему «Система автоматизированного анализа пространственной структуры изображений. Подсистема линейной сегментации» оформлена на 119 листах, содержит 34 рисунка, 10 таблиц.

Подсистема предназначена для анализа графических изображений, содержащих различного рода пересекающиеся линии. Она включает в себя модуль поиска и выделения узлов пересечений, модуль поиска и выделения сегментов линий, заданных данными узлами, модуль вывода координат узлов и направлений кодирования сегментов для последующего применения в качестве входных данных подсистемы цепного кодирования. Также в подсистему входит модуль просмотра и редактирования изображений, представляющий собой базовый графический редактор и модуль импорта/экспорта, позволяющий открывать и сохранять изображения как в стандартном формате графических файлов (BMP), так и в виде файлов массивов точек.

Целью данной работы являлась разработка подсистемы линейной сегментации, которая будет интегрирована в состав Системы автоматизированного анализа пространственной структуры изображений и будет взаимодействовать с другими подсистемами, такими как подсистема фильтрации и подсистема цепного кодирования.

Результатом работы является подсистема, позволяющая принимать на входе результаты обработки различных подсистем фильтрации изображений, при необходимости вносить дополнительные изменения в изображения, производить анализ структуры изображения, выделяя в нем узлы пересечения линий, сегменты, образованные между этими узлами и получать на выходе координаты узлов, сегментов и направляющих координат, позволяя сохранять как промежуточные, так и конечные результаты и передавать их для обработки в другие подсистемы.

Осуществляется возможность пошаговой обработки входного изображения: отдельное выделение узлов, выделение сегментов, вывод координат, вывод последовательного кода линий. Также все шаги могут быть выполнены последовательно автоматически, получая на выходе результат, готовый для передачи в другие подсистемы, что позволяет использовать подсистему в автоматическом режиме работы всей системы.

В подсистему встроен модуль визуализации, позволяющий интерактивно на самом изображении наблюдать результаты его обработки. Это позволяет наглядно изучать работу подсистемы и оценивать характеристики ее работы.

Система реализована для персональных электронно-вычислительных машин, работающих под управлением Microsoft Windows 98/Me/2000/XP/NT и выше, не требует установки дополнительных инструментов и не требовательна к системным ресурсам.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ............................................................................................ 7

1. РАЗРАБОТКА «ПОДСИСТЕМЫ ЛИНЕЙНОЙ СЕГМЕНТАЦИИ» В СОСТАВЕ «СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ»......................... 9

1.1. Обоснование целесообразности разработки системы................... 9

1.1.1. Назначение системы..................................................................... 9

1.1.2. Обоснование цели создания системы......................................... 10

1.1.3. Назначение «Подсистемы линейной сегментации»................... 11

1.1.4. Характеристика организационной и функциональной структуры 11

1.1.5. Обоснование состава автоматизируемых задач........................ 11

1.1.6. Обоснование применения типовых и оригинальных решений 12

1.1.7. Общая оценка экономической целесообразности создания подсистемы........................................................................................................................ 13

1.2. Основные требования к «Подсистеме линейной сегментации»... 13

1.2.1. Основные цели создания подсистемы........................................ 13

1.2.2. Функциональное назначение подсистемы................................. 14

1.2.3. Требования к функциональной структуре подсистемы............ 14

1.2.4. Требования к техническому обеспечению................................. 15

1.2.5. Требования к информационному обеспечению........................ 15

1.2.6. Требования к программному обеспечению.............................. 16

1.3. Основные технические решения проекта подсистемы «Линейная сегментация».................................................................................................. 16

1.3.1. Решения по комплексу технических средств............................. 16

1.3.2. Описание организации информационной базы........................ 17

2. РАЗРАБОТКА ЗАДАЧИ «ПОИСК УЗЛОВ».................................. 19

2.1. Описание постановки задачи........................................................ 19

2.1.1. Характеристика задачи.............................................................. 19

2.1.2. Входная информация................................................................. 19

2.1.3. Выходная информация............................................................... 19

2.1.4. Математическая постановка задачи........................................... 20

2.1.5. Специальные требования к техническому обеспечению........... 23

2.2. Описание алгоритма «Поиск узлов»............................................ 23

2.2.1. Назначение и характеристика.................................................... 23

2.2.2. Используемая информация........................................................ 24

2.2.3. Результаты решения................................................................... 24

2.2.4. Алгоритм решения..................................................................... 24

2.2.6. Условные обозначения............................................................... 25

2.3. Описание программы «Поиск узлов».......................................... 26

2.3.1. Вводная часть............................................................................. 26

2.3.2. Функциональное назначение...................................................... 26

2.3.3. Описание информации............................................................... 27

2.3.4. Используемые подпрограммы................................................... 27

2.3.5. Описание логики......................................................................... 27

2.3.6. Настройка программных средств.............................................. 28

3. РАЗРАБОТКА ЗАДАЧИ «ПОИСК СЕГМЕНТОВ»....................... 30

3.1. Описание постановки задачи........................................................ 30

3.1.1. Характеристика задачи.............................................................. 30

3.1.2. Входная информация................................................................. 31

3.1.3. Выходная информация............................................................... 31

3.1.4. Математическая постановка задачи........................................... 31

3.1.5. Специальные требования к техническому обеспечению........... 34

3.2. Описание алгоритма «Поиск сегментов»..................................... 34

3.2.1. Назначение и характеристика.................................................... 34

3.2.2. Используемая информация........................................................ 35

3.2.3. Результаты решения................................................................... 35

3.2.4. Алгоритм решения..................................................................... 35

3.2.5. Требования к контрольному примеру...................................... 36

3.2.6. Условные обозначения............................................................... 36

3.3. Описание программы «Поиск сегментов».................................... 37

3.3.1. Вводная часть............................................................................. 37

3.3.2. Функционально назначение....................................................... 37

3.3.3. Описание информации............................................................... 37

3.3.4. Используемые подпрограммы................................................... 38

3.3.5. Описание логики......................................................................... 38

3.3.6. Настройка программных средств.............................................. 38

4. РАЗРАБОТКА ЗАДАЧИ «ОБРАБОТКА И КОДИРОВАНИЕ СЕГМЕНТОВ»........................................................................................................................ 40

4.1. Описание постановки задачи........................................................ 40

4.1.1. Характеристика задачи.............................................................. 40

4.1.2. Входная информация................................................................. 40

4.1.3. Выходная информация............................................................... 40

4.1.4. Математическая постановка задачи........................................... 41

4.1.5. Специальные требования к техническому обеспечению........... 42

4.2. Описание алгоритма «Обработка и кодирование сегментов».... 42

4.2.1. Назначение и характеристика.................................................... 42

4.2.2. Используемая информация........................................................ 42

4.2.3. Результаты решения................................................................... 43

4.2.4. Алгоритм решения..................................................................... 43

4.2.5. Требования к контрольному примеру...................................... 44

4.2.6. Список условных обозначений.................................................. 44

4.3. Описание программы «Обработка и кодирование сегментов»... 45

4.3.1. Вводная часть............................................................................. 45

4.3.2. Функциональное назначение...................................................... 45

4.3.3. Описание информации............................................................... 45

4.3.4. Используемые подпрограммы................................................... 46

4.3.5. Описание логики......................................................................... 47

4.3.6. Настройка программных средств.............................................. 48

4.4. Описание контрольного примера................................................. 48

4.4.1. Назначение.................................................................................. 48

4.4.2. Исходные данные....................................................................... 49

4.4.3. Результаты расчета..................................................................... 51

4.4.4. Результаты испытания программы............................................ 54

5. ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.................... 56

5.1. Расчет затрат на разработку «Подсистемы линейной сегментации» 56

6. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ И БЕЗОПАСНОСТЬ ПРОЕКТА................... 61

6.1. Актуальность безопасности труда................................................ 61

6.2. Анализ опасных и вредных производственных факторов.......... 62

6.3. Техника безопасности при работе с компьютером...................... 64

6.4. Организация рабочего места оператора...................................... 68

6.5. Расчет защитного заземления....................................................... 69

6.6. Требования к параметрам микроклимата.................................... 73

6.7. Пожаробезопасность..................................................................... 73

6.8. Выводы.......................................................................................... 74

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................... 75

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................... 77

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА.................. 79

ПРИЛОЖЕНИЕ 2 РУКОВОДСТВО ОПЕРАТОРА........................... 85

ПРИЛОЖЕНИЕ 3 ТЕКСТ ПРОГРАММЫ......................................... 96

ВВЕДЕНИЕ

 

Компьютерная графика и обработка изображений с помощью электронно-вычислительных машин в настоящее время являются одними из наиболее важных аспектов использования ЭВМ во всех сферах человеческой деятельности. Зрительное восприятие человеком информации является одним из наиболее информативных способов передачи информации, в то же время, являясь наиболее удобным для человека способом представления и понимания. Не случайно и основным интерфейсом общения человека и машины выбран графический. Текущее состояние развития вычислительных мощностей оборудования позволяют использовать их не только для передачи информации от машины к человеку, но и разрабатывать алгоритмы, дающие ЭВМ возможность принимать и понимать информацию в той форме, в которой ее воспринимает человек, делая общение между человеком и машиной удобным и не требующим дополнительных преобразований информации. Это позволяет еще больше увеличить область применения ЭВМ, как в науке и промышленности, так и на бытовом уровне.

Система автоматизированного анализа пространственной структуры изображений позволяет выделять в исходном изображении структурные элементы, предварительно подвергая изображение различного рода фильтрациям для выделения критически важных участков. Она также позволяет производить синтез изображений по описаниям, полученным в результате их анализа. Здесь следует отметить существенную разницу в требованиях к объему, необходимому для хранения изображений, представленных в исходной (растровой) форме и изображений, а точнее их описаний, полученных в результате обработки их в системе. Уровень сжатия информации с помощью анализа структурных единиц и последующего их кодирования является выигрышным по сравнению с современными технологиями сжатия изображений. Также нужно добавить, что способ хранения информации в виде, описанном выше, позволяет воспроизводить изображения без ухудшения качества, являясь разновидностью векторного способа представления графической информации.

Подсистема линейной сегментации позволяет выделять участки (сегменты) линий, образованных в результате пересечения различного рода кривых, а также выделять узлы образующиеся за счет этих пересечений, получая координаты необходимых точек и передавая их в другую подсистему для представления в виде цепных кодов. Подсистема тесно связана со многими другими подсистемами, такими, как подсистема фильтрации, позволяющая устранить шумы и получить изображение в наиболее удобной для обработки форме, а также подсистемой цепного кодирования, представляющей линии в виде цепных кодов – коды, позволяющие использовать относительные значения соседних точек, тем самым занимая значительно меньший объем информации по сравнению с растровым изображением.

РАЗРАБОТКА «ПОДСИСТЕМЫ ЛИНЕЙНОЙ СЕГМЕНТАЦИИ» В СОСТАВЕ «СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО АНАЛИЗА ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ»