Спосіб оцінки викривлень вимірювальної інформації на відеозображеннях, відновлених після стиснення

Спосіб оцінки викривлень вимірювальної інформації на відеозображеннях, відновлених після стиснення, що включає обчислення середньоквадратичного значення похибки відтворення дискретних значень амплітуди відеосигналу на відеозображенні, відновленому після стиснення, після чого виконують розрахунок пікового співвідношення сигнал/шум для цього відеозображення, який від C2 2 78419 1 3 78419 4 забезпечують значне стиснення цих відеозобраОднак, при оцінці викривлень вимірювальної жень. Але при цьому дискретні значення амплітуінформації про геометричні характеристики об'єкди відеосигналу на відеозображенні, відновленому тів необхідно також враховувати викривлення фопісля стиснення, містять деякі викривлення у порірми перепадів амплітуди відеосигналу, що відповнянні з нестиснутим відеозображенням. Якщо відають контурам об'єктів. Оскільки в способівідеозображення використовуються як носій виміпрототипі вказані викривлення не враховуються, рювальної інформації, то вказані викривлення то оцінка викривлень вимірювальної інформації призводять до викривлень вимірювальної інфорпро геометричні характеристики об'єктів має низьмації про геометричні характеристики, яскравість ку точність. та колір об'єктів. Ці викривлення можуть бути кільОкрім того, кількісну оцінку викривлень вимікісно оцінені похибкою відтворення дискретних рювальної інформації про геометричні характеризначень амплітуди відеосигналу на відеозобрастики об'єктів доцільніше виражати в одиницях женні, відновленому після стиснення. довжини шляхом відповідного перерахунку. Такий В процесі стиснення відеозображень виклюперерахунок також відсутній в способі-прототипі. чаються цифрові дані про верхні частоти в спектрі Таким чином, суттєвим недоліком способувідеозображення [3, с.20-22]. Ці дані значною міпрототипу є низька точність оцінки викривлень рою визначають форму перепадів амплітуди відвимірювальної інформації про геометричні харакеосигналу, що відповідають контурам об'єктів на теристики об'єктів, що наявні на відеозображенні, даному відеозображенні, а по контурах об'єктів в відновленому після стиснення. подальшому визначаються геометричні характеВ основу винаходу поставлена задача удоскористики цих об'єктів. Тому стиснення відеозобраналення способу оцінки викривлень вимірювальної жень призводить до викривлень форми перепадів інформації на відеозображеннях, відновлених пісамплітуди відеосигналу, які відповідають контурам ля стиснення, щоб забезпечити підвищення точнооб'єктів, що наявні на цьому відеозображенні. Це, сті оцінки викривлень вимірювальної інформації в свою чергу, призводить до додаткових викривпро геометричні характеристики об'єктів, що наявлень вимірювальної інформації про геометричні ні на відеозображеннях, відновлених після стисхарактеристики цих об'єктів. нення. При великих степенях стиснення відеозобраПоставлена задача вирішується шляхом того, жень викривлення вимірювальної інформації мощо виконують пошук перепадів амплітуди відеосижуть бути досить значними. Тому актуальною загналу, які відповідають контурам об'єктів на цьому дачею є оцінка викривлень вимірювальної відеозображенні, потім визначають середнє знаінформації на відеозображеннях, відновлених пісчення висоти цих перепадів та середнє значення ля стиснення. довжини проекцій цих перепадів на задану коорНайбільш близьким за сукупністю суттєви х динатну вісь в площині цього відеозображення ознак до способу-винаходу є спосіб оцінки викрившляхом лінійної апроксимації, після чого здійснюлень вимірювальної інформації на відеозображенють розрахунок середньоквадратичного значення нях, відновлених після стиснення, що базується на sК похибки визначення координат контурів об'єктів обчисленні пікового співвідношення сигнал/шум [3, на відеозображенні, відновленому після стисненс.91-93]. Цей спосіб обраний за прототип. ня, за формулою: Як і спосіб-винахід, спосіб-прототип включає sК=sΑ ·L/Η, обчислення середньоквадратичного значення поде sΑ - середньоквадратичне значення похибхибки відтворення дискретних значень амплітуди ки відтворення дискретних значень амплітуди відвідеосигналу на відеозображенні, відновленому еосигналу на відеозображенні, відновленому після після стиснення, після чого виконують розрахунок стиснення, пікового співвідношення сигнал/шум для цього L - середнє значення довжини проекцій перевідеозображення. падів амплітуди відеосигналу, які відповідають Проте, на відміну від способу-винаходу, у споконтурам об'єктів на відеозображенні, відновленособі-прототипі результат розрахунку пікового співму після стиснення, на задану координатну вісь в відношення сигнал/шум використовується як загаплощині цього відеозображення, льна оцінка викривлень всієї вимірювальної Η - середнє значення висоти перепадів ампліінформації на відеозображенні, відновленому пістуди відеосигналу, які відповідають контурам об'ля стиснення, тобто викривлень вимірювальної єктів на відеозображенні, відновленому після стиінформації про яскравість, колір та геометричні снення. характеристики об'єктів. Підвищення точності оцінки викривлень виміОцінка викривлень вимірювальної інформації рювальної інформації про геометричні характерина основі пікового співвідношення сигнал/шум стики об'єктів забезпечується за рахунок того, що враховує викривлення дискретних значень ампліпри обчисленні такої оцінки враховуються як похитуди відеосигналу на відеозображенні, відновлебки відтворення дискретних значень амплітуди ному після стиснення. При цьому похибка відтвовідеосигналу на відеозображенні, відновленому рення кожного дискретного значення амплітуди після стиснення, так і викривлення форми перепавідеосигналу розглядається незалежно від похидів амплітуди відеосигналу, що відповідають конбок відтворення сусідніх дискретних значень. турам об'єктів на цьому відеозображенні. Крім тоТакий підхід дозволяє з високою точністю оціго, ця оцінка кількісно виражена в одиницях нити викривлення вимірювальної інформації про довжини, що є більш прийнятним. яскравість та колір об'єктів, що наявні на відеозобТаким чином, спосіб-винахід забезпечує підраженні, відновленому після стиснення. вищення точності оцінки викривлень вимірюваль 5 78419 6 ної інформації про геометричні характеристики æA ö y PSNR = 20 lgç max ÷ об'єктів, що наявні на відеозображеннях, відновç s ÷ è A ø лених після стиснення. Суть винаходу пояснюється кресленнями. Педе Аmax - максимальне значення амплітуди релік креслень: відеосигналу на відеозображенні, відновленому Фіг.1 - визначення середнього значення висоти після стиснення. перепадів амплітуди відеосигналу, що відповідаПікове співвідношення сигнал/шум використоють контурам об'єктів, та середнього значення вують як оцінку викривлень вимірювальної інфордовжини проекцій цих перепадів на задану коормації про яскравість об'єктів (для напівтонового динатну вісь в площині відеозображення, відноввідеозображення, відновленого після стиснення) леного після стиснення; або як оцінку викривлень вимірювальної інформаФіг.2 - структурна схема пристрою, що реаліції про колір об'єктів (для кольорового відеозобразує спосіб-винахід. ження, відновленого після стиснення). Спосіб-винахід виконують в такій послідовно3. Виконують пошук перепадів амплітуди відсті: еосигналу, які відповідають контурам об'єктів на 1. Обчислюють середньоквадратичне значенвідеозображенні, відновленому після стиснення. ня похибки відтворення дискретних значень ампліПошук виконують шляхом аналізу змін амплітуди туди відеосигналу на відеозображенні, відновлевідеосигналу в рядках або стовпцях цього відеозоному після стиснення. браження. Для кольорових відеозображень, відноДля напівтонового відеозображення, що місвлених після стиснення, цей пошук виконують з тить градації сірого кольору, обчислення виконуурахуванням наявності декількох каналів у цих ють за формулою [3, с.92]: відеозображеннях. 4. Визначають середнє значення висоти переN M 1 *2 падів амплітуди відеосигналу, які відповідають sA = Aij - Aij (1) åå NM i =1 j =1 контурам об'єктів на відеозображенні, відновленому після стиснення, та середнє значення довжини проекцій цих перепадів на задану координатну вісь де N - кількість рядків дискретних точок на відв площині цього відеозображення шляхом лінійної еозображенні, відновленому після стиснення; апроксимації (Фіг.1). Такі перепади є межею між Μ - кількість стовпців дискретних точок на відфоном з амплітудою відеосигналу Аф та об'єктами еозображенні, з амплітудою відеосигналу Аоб . відновленому після стиснення; 5. Здійснюють розрахунок середньоквадратиАij - дискретні значення амплітуди відеосигначного значення sК похибки визначення координат лу на відеозображенні до його стиснення; контурів об'єктів на відеозображенні, відновленому * Aij - дискретні значення амплітуди відеосигпісля стиснення. З графіка на Фіг.1 можна зробити висновок, що налу на відеозображенні, відновленому після стивідношення середнього значення висоти перепаснення. Для кольорового відеозображення формула дів амплітуди відеосигналу, які відповідають кон(1) набуває вигляду [1, с,187-189]: турам об'єктів на відеозображенні, відновленому після стиснення, до середнього значення довжини проекцій цих перепадів на задану координатну вісь N M C 2 1 в площині цього відеозображення дорівнює відноsA = a r A ijr - A* ååå ijr NM i =1 j =1r =1 шенню середньоквадратичного значення похибки відтворення дискретних значень амплітуди відеосигналу на цьому відеозображенні до середньоде С - кількість каналів кольорового відеозобквадратичного значення похибки визначення кораження (у відповідності з кольоровою схемою, що ординат контурів об'єктів на цьому використовується для цього відеозображення); відеозображенні. a r - ваговий коефіцієнт, що враховує роль кожТаким чином, середньоквадратичне значення ного каналу кольорового с відеозображення у пеσ^ похибки визначення координат контурів об'єктів C на відеозображенні, відновленому після стисненредачі вимірювальної інформації, å a r = 1, у найня, може бути обчислене за формулою: r= 1 sК=sΑ ·L/Η, простішому випадку С=3, a 1=a 2=a 3=1/3; де sΑ - середньоквадратичне значення похибAijr - дискретні значення амплітуди відеосигнаки відтворення дискретних значень амплітуди відлу для кожного з каналів кольорового відеозобраеосигналу на відеозображенні, відновленому після ження до його стиснення; стиснення, A * - дискретні значення амплітуди відеосигijr L - середнє значення довжини проекцій переналу для кожного з каналів кольорового відеозобпадів амплітуди відеосигналу, які відповідають раження, відновленого після стиснення. контурам об'єктів на відеозображенні, відновлено2. Виконують розрахунок пікового співвідному після стиснення, на задану координатну вісь в шення сигнал/шум для відеозображення, відновплощині цього відеозображення, леного після стиснення, за формулою [3, с.92]: H - середнє значення висоти перепадів амплітуди відеосигналу, які відповідають контурам об'єктів на відеозображенні, відновленому після сти ( ) ( ) 7 78419 8 снення. турних елементів поверхні зразка, що утворюють Середньоквадратичне значення похибки витекстур у природного походження [4]. значення координат контурів об'єктів на відеозобВ якості пристрою 2 формування цифрових раженні, відновленому після стиснення, викорисвідеозображень використовувався цифровий фотовують для оцінки викривлень вимірювальної тоапарат Nikon Cool Pix 880, а в якості ЕОМ 3 інформації про геометричні характеристики цих персональний комп'ютер Pentium 4 - 1,7ГГц. На об'єктів. виході пристрою 2 формування цифрових відеозоНа Фіг.2 зображено пристрій, що реалізує забражень отримували нестиснуті відеозображення пропонований спосіб-винахід. з такими характеристиками: розмір 2048´1536 Цей пристрій містить: об'єкт 1, що досліджудискретних точок, глибина кольору 24 біти на дисється, пристрій 2 формування цифрових відеозобкретну точку. За допомогою центрального процеражень, електронну обчислювальну машину сора 6 в ЕОМ 3 виконували стиснення відеозоб(ЕОМ) 3, до складу якої входять інтерфейс 4 пераження об'єкта 1, що досліджується, за редачі цифрових даних, пам'ять 5, центральний допомогою способу стиснення JPEG на основі процесор 6 та монітор 7. дискретного косинусного перетворення [5, с.123Пристрій, що реалізує спосіб-винахід, працює 126]. Степінь стиснення змінювали шляхом зміни таким чином. параметрів даного способу стиснення. Об'єкт 1, що досліджується, розміщений в полі В таблиці наведено кількісну оцінку викривзору оптичної системи пристрою 2 формування лень вимірювальної інформації на відеозображенцифрових відеозображень. В результаті формуні, відновленому після стиснення. Середньоквадється нестиснуте відеозображення поверхні об'єкратичне значення похибки відтворення дискретних та 1, що досліджується, яке містить вимірювальну значень амплітуди відеосигналу на відеозобраінформацію про колір та геометричні характерисженні, відновленому після стиснення, виражено в тики цього об'єкта. рівнях квантування амплітуди цього відеосигналу, Далі це відеозображення по інтерфейсу 4 пещо є загальноприйнятим для цифрових відеозобредачі цифрових даних вводиться в пам'ять 5 ражень. Похибку визначення координат контурів ЕОМ 3. За допомогою центрального процесора 6 в об'єктів виражено через величину відстані між ЕОМ 3 виконується стиснення відеозображення центрами сусідніх дискретних точок, що також є об'єкта 1, що досліджується, за допомогою одного загальноприйнятим для цифрових відеозображень з відомих способів стиснення відеозображень. (див. табл.). Початкове нестиснуте відеозображення та відеоДля оцінки отриманих результатів слід відзназображення, відновлене після стиснення, відобрачити, що максимальне значення складової частини жаються на моніторі 7. похибки визначення координат контурів об'єктів, Для визначення викривлень вимірювальної обумовленої дискретним характером відеозобраінформації за допомогою центрального процесора ження, дорівнює половині відстані між центрами 6 виконуються такі дії: сусідніх дискретних точок. Ця складова частина - обчислення середньоквадратичного значенпохибки має рівномірний розподіл, а її середньоня похибки відтворення дискретних значень амплі0,5 квадратичне значення дорівнює s Д = » 0,29 туди відеосигналу на відеозображенні, відновле3 ному після стиснення; від вказаної відстані [6]. - розрахунок пікового співвідношення сигнал/шум для цього відеозображення; - пошук перепадів амплітуди відеосигналу, які відповідають контурам об'єктів на цьому відеозображенні; - визначення середнього значення висоти перепадів амплітуди відеосигналу, які відповідають контурам об'єктів на цьому відеозображенні, та середнього значення довжини проекцій цих перепадів на задану координатну вісь в площині цього відеозображення шляхом лінійної апроксимації; - розрахунок середньоквадратичного значення похибки визначення координат контурів об'єктів на відеозображенні, відновленому після стиснення. Результати всіх вказаних дій також відображаються на моніторі 7. За допомогою пристрою, що реалізує запропонований спосіб-винахід, було проведено ряд досліджень. В даному випадку об'єктом 1, що досліджується, був зразок природного лицювального каменю. Зовнішній вигляд і якість поверхні такого зразка визначають декоративні та естетичні властивості природного лицювального каменю. Для кількісної оцінки якості поверхні таких зразків необхідно визначити геометричні характеристики і колір струк Таблиця Номер Стиснення, досліду разів 1 146 2 72 3 45 4 34 5 28 6 24 7 21 8 18 9 14 10 9,8 11 3,3 sΑ y PSNR, дБ sК 20,9 10,7 7,9 6,8 6,1 5J 5,3 4,9 4,4 3,8 2,3 21,7 27,6 30,2 31,6 32,4 33,1 33,7 34,4 35,3 36,7 41,0 0,70 0,36 0,26 0,23 0,20 0,19 0,18 0,16 0,15 0,13 0,08 Спосіб-винахід може бути використаний для вирішення наступної задачі. Наприклад, потрібно визначити максимально можливе стиснення відеозображення, що містить вимірювальну інформацію, за умови, щоб викривлення цієї інформації, що виникли внаслідок такого стиснення, не перевищували похибку, обумовлену дискретним харак 9 78419 10 3. Уэлстид С. Фракталы и вейвлеты для сжатия тером відеозображення (sК£sД). На основі резульизображений в действии. - М.: Три умф, 2003. татів, наведених в таблиці, бачимо, що максимально можливе стиснення цього відеозображення 320с. 4. Патент України на винахід №71412А, G01В7/00. дорівнює 45 разів. Спосіб контролю зовнішнього вигляду поверхні Таким чином, доведена можливість практичної виробів з лицювального каменю / Є.С. Купкін, Ю.О. реалізації запропонованого способу-винаходу, а Подчашинський. №20031212802; Заявл. також його придатність для вирішення інженернотехнічних задач в процесі проектування автомати29.12.2003; Опубл. 15.11.2004, Бюл. №11. 5. Мюррей Д., Ван Райпер У. Энциклопедия форзованих вимірювальних систем. матов графических файлов: Пер. с англ. - К.: BHV, Література 1997. - 672с. 1. Прэтт У. Цифровая обработка изображений: 6. Вентцель Е.С. Теория вероятностей: Учебник Пер. с англ. - Μ.: Мир, 1982. - 792с. 2. Жураковский Ю.П. Передача информации в для вузов. - М.: Высшая школа, 1999. - 576с. ГАП. - К.: Ви ща школа, 1991. - 216с. Комп’ютерна в ерстка О. Гапоненко Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601