Наука

Интегральные решения DiViSy для цифровой обработки изображений DiViSy IP21 (Image Processing)

21 окт 2016

Разработана и производится специализированная версия интегральных решений DiViSy для анализа и обработки цифровых изображений в различных областях промышленного производства, науки, медицины, экологии, и т.д. Данная версия DiViSy IP21 (Image Processing) может работать как самостоятельно, так и в составе других систем DiViSy.

Назначение и возможности системы

Система DiViSy IP21 обеспечивает обработку изображений поступающих от различных источников видеоввода, таких как видеокамеры, видеомагнитофоны, приборы ночного видения, тепловизоры, рентгеновские и ультразвуковые аппараты, и т.п., с целью повышения их качества и выявления трудно различимых деталей изображений., а также с целью проведения различных измерений. Управление системой может производиться как с использованием клавиатуры, так и с использованием манипулятора мышь. Для достижения наиболее высокой производительности работы пользователя системы предусмотрен набор комбинаций горячих клавиш для выполнения всех возможных операций.

Система DiViSy IP21 предоставляет пользователям следующие основные возможности:

  • отображение видеоинформации на экране компьютерного монитора с частотой до 25 кадров в секунду. Для подключения источника видеосигнала на каждой плате видеоввода имеются, как минимум, два видеовхода: один Composite-video, один S-video. На одном компьютере можно установить несколько плат видеоввода.
  • масштабирование изображения, как с увеличением его в 2, 4, 8 и 16 раз, так и с уменьшением его в 2, 4, 8 и 16 раз.
  • интегрирование последовательности кадров видеосигнала для уменьшения шумов и повышения контрастности изображения. Количество интегрируемых кадров может изменяться в диапазоне от 2 до 300.
  • изменение яркости и контрастности входного видеосигнала.
  • изменение яркости и контрастности оцифрованного изображения, в том числе изображения, полученного в результате интегрирования.
  • преобразование оцифрованного изображения с помощью одной или последовательности математических операций - фильтров. Фильтрация может быть применена как ко всему изображению, так и к произвольно выбранной прямоугольной области изображения.
  • расчет и отображение гистограммы распределения яркости точек изображения или выбранной прямоугольной области.
  • нормализация всего изображения или выбранной прямоугольной области.
  • измерение линейных размеров элементов изображения.
  • калибровка для последующих измерений.
  • сохранение изображений в виде файла.
  • копирование изображений в системный буфер для последующего импорта/экспорта изображений в другие программы.
  • загрузка изображений из графического файла или системного буфера.

Режимы работы системы

Система DiViSy IP21 работает в двух основных режимах: режим цифрового видео реального времени и режим стоп кадра. Сразу после включения система всегда входит в режим реального времени и на экране начинает отображаться информация, поступающая от устройства видеоввода. Режим живого видео предназначен для просмотра видеоинформации, поступающей от различной аппаратуры для предварительного анализа ситуации. После обнаружения интересного кадра (кадров) для более тщательного исследования система может быть переведена в режим стоп кадр. При этом, если в настройках указана необходимость интегрирования какого-либо числа кадров, то после перехода в режим стоп кадра происходит накопление этих кадров, их интегрирование и результат этого процесса отображается на экране.

В режиме реального времени на основной части экрана (рабочем столе) отображается изображение, поступающее от видеокамеры. Частота кадров определяется настройками устройства видеоввода. Для каждого нового кадра отображается гистограмма распределения яркости точек изображения. Кадр в том виде, как он приходит от устройства видеоввода отображается в контрольном окне (внизу слева) в уменьшенном размере.

Перед отображением на рабочем столе кадр может быть дополнительно обработан с помощью следующих средств, которые могут применяться по отдельности или в произвольных комбинациях:

  • изменение яркости
  • изменение контрастности
  • нормализация изображения в соответствии с гистограммой распределения яркости
  • инверсия яркости (негатив позитив)
  • повышение резкости изображения (встроенный фильтр sharpen)
  • окраска точек из выбранного диапазона уровней яркости псевдоцветом (красным, зеленым, синим)

Все преобразования могут действовать как на весь кадр, так и на выделенную прямоугольную зону произвольного размера:

В режиме стоп кадра дополнительно к уже перечисленным средствам обработки изображения добавляются фильтры. Фильтры также могут применяться как ко всему изображению, так и к выделенной прямоугольной области. В программное обеспечение встроено 14 различных фильтров, наиболее часто применяемых при обработке изображений. В зависимости от выбранного режима воздействия фильтров (суммирование или замещение) при их активизации будет выполняться последовательная обработка несколькими фильтрами сразу (суммирование фильтров) или только одним фильтром. При последовательной обработки несколькими фильтрами, имеется возможность отмены последней операции и возврат к результату предыдущей обработки.

Сохранение результатов работы системы

Система позволяет сохранять отдельные кадры в виде графических файлов формата Windows Bitmap (BMP). Эти файлы могут быть открыты и обработаны любой программой обработки изображений или вставлены в документ, презентацию, HTML страницу. При сохранении изображения в виде графического файла система позволяет строить имена сложной структуры с длиной до 256 символов. Полное имя файла складывается из его пути, то есть полного имени каталога и собственно имени файла.

Поскольку в системе каждый кадр представляется в двух видах исходный кадр, полученный от устройства видеоввода и обработанный кадр, который отображается на рабочем столе, то при сохранении кадра предоставляется выбор того, что сохранять. Обработанное изображение сохраняется со всеми пометками и результатами измерений, если они проводились.

Математические преобразования изображений

Система позволяет производить обработку изображений для проявления скрытой информации, позволяющей более точно обнаружить нужную деталь изображения. Часть таких алгоритмов преобразования встроена в систему в виде фильтров. В текущей версии системы реализованы следующие фильтры:

  • Blur (сглаживание)
  • Prewitt 3 x 3 vertical (выделение вертикальных границ)
  • Prewitt 3 x 3 horizontal (выделение горизонтальных границ)
  • Sobel 3 x 3 vertical / horizontal
  • Laplacian 3 x 3, 5 x 5
  • Gaussian 3 x 3, 5 x 5

В базовую версию системы встроено 20 различных фильтров. В зависимости от областей применения наборы фильтров могут меняться как количественно, так и качественно.

Геометрические измерения

Для того чтобы можно было измерить реальный размер какого-либо объекта на изображении, необходимо установить соответствие между размером его в точках (как он изображен на экране) и размером в мм, см, или других единицах измерения длины. Для установления этого соответствия проводится калибровка системы, для чего в поле зрения видеокамеры помещается предмет известного размера эталон. После этого включается режим калибровки, во время которого характерный размер объекта эталона выделяется линией и система определяет его размер в точках. Далее необходимо ввести этот размер в реальных единицах и на основании этих значений система определит коэффициенты пересчета. Необходимо определить единицу измерения мкм, мм, см, м. Если эта единица не задана, то все размеры продолжают считаться в точках. Система позволяет запомнить результаты нескольких калибровок.

После того, как калибровка проведена, можно производить измерения линейных размеров, произвольных областей прямоугольной и эллиптической формы, ломаных линий. Для прямоугольных областей система определяет ширину, высоту и площадь, для эллиптических диаметры и площадь, для ломаных линий длину и размеры описывающего прямоугольника.

Результаты измерений отображаются поверх изображения. Ограничительные рамки рисуются штрих пунктирной линией заданного цвета, рядом с правым верхним углом отображаются цифровые значения измерений. Измерения могут проводиться как в режиме живого видео, так и в режиме стоп кадра.

Результаты измерений могут быть сохранены вместе с обработанным кадром. При выключении системы сохраняется выбранная калибровка, но результаты проведенных измерений автоматически не сохраняются.

Псевдоцвет

Для большей наглядности при отображении изображения точки из выбранного диапазона яркости могут быть закрашены каким-либо цветом псевдоцветом. При этом все точки, входящие в выбранный диапазон при включенном режиме псевдоцвета будут отображаться в выбранном цвете. Псевдоцвет сохраняется в обработанном изображении.

Работа с базовым изображением

Любое изображение с рабочего стола может быть задано базовым, т.е. неизменным и по отношению к нему могут совершаться различные математические операции с текущим изображением.

Далее выбранное базовое изображение может быть скомбинировано с текущим изображением с использованием следующих операций:

  • вычитание из базового текущего изображения,
  • вычитание из текущего кадра базового,
  • сложение точек базового кадра и текущего,
  • умножение точек базового кадра и текущего,
  • логическое "и" точек базового кадра и текущего,
  • логическое "или" точек базового кадра и текущего,
  • логическое "исключающее или" точек базового кадра и текущего.

Результат отображается во всплывающем окне и может быть взят в качестве нового базового кадра или сохранен в файле.