1. ОБЩИЕ ПОДХОДЫ К ОБРАБОТКЕ И РАСПОЗНАВАНИЮ БИНАРНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1.1. БИНАРНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Стремление максимально упростить и ускорить решение той или иной задачи, связанной с обработкой реальных многоградационных (тернарных, полутоновых) по яркости изображений, приводит к получению бинарных (двухградационных) изображений. Подобные подходы характерны для систем технического зрения роботов [19, 44, 59, 97]. При этом каждая бинарная сцена имеет только одно из двух значений яркости, условно обозначаемых через 0 и 1.

Формирование бинарных изображений — разновидность сегментации исходной сцены по яркости — может быть осуществлено путем ограничения по яркости на уровне глобального (постоянного для всей сцены) порога, рассчитанного по одной из методик, изложенной в обзоре [4].

На рис. 1.1 приведено изображение микросхемы с экрана видеоконтрольного устройства системы обработки, имеющее 63 градации яркости и расположенное в поле из 256X256 элементов (пикселей). На рис. 1.2 показаны бинарные изображения, полученные из этого изображения путем ограничения по яркости на уровнях 8, 16, 24 и 48 градаций.

Как видно из приведенных фотографий, работа с низким (рис. 1.2, а) и высоким (рис. 1.2, г) пороговыми уровнями приводит к значительным искажениям формы исходного изображения: в первом случае — за счет включения в область бинарного изображения части фона; во втором — за счет отнесения к фону значительной части исходного изображения. В то же время работа с пороговыми уровнями 16-й и 24-й градации (рис. 1.2, б, в) дает возможность сформировать бинарное изображение, форма которого достаточно хорошо повторяет форму исходного изображения.

Кроме глобальных порогов для формирования бинарных изображений отдельных объектов применяются локальные

(см. скан)

Рис. 1.1. Многоградационное изображение микросхемы (число уровней яркости 63, размер сетчатки 256X256 элементов)

Рис. 1.2. Бинарные (силуэтные) изображения микросхем, полученные при разных значениях уровня порогового ограничения по яркости

пороги по яркости (например, для сцен с нестационарным фоном).

Приведем краткую классификацию изображений в бинарных сценах (рис. 1.3). Точечные изображения представляют совокупность имеющих одинаковую яркость изолированных точек или пятен, площадь каждой из которых не превосходит заранее оговоренной величины (рис. 1.4).

Силуэтные изображения (рис. 1.2) состоят из большого количества примыкающих друг к другу точечных изображений. Сплошные силуэтные изображения (рис. 1.2, б, в) имеют конфигурацию, подобную исходному многоградационному изображению на уровне сечения по яркости, при этом одному многоградационному изображению соответствует одно сплошное изображение. Разрывные силуэтные изображения (рис. 1.2, г) содержат несколько отдельных, не связанных между собой сплошных силуэтных изображений. Обычно такие

Рис. 1.3. Классификации бинарных изображений

Рис. 1.4. Сцена с точечным изображением маркера компостировки автобусного билета

изображения формируются либо при неудачном выборе порога по яркости, либо при сильном зашумлении исходного изображения.

Графические изображения представляют собой совокупности линий одинаковой яркости. Это могут быть траектории объектов, чертежи, карты, линии перепадов яркости на изображении многоградационного объекта (рис. 1.5) и др.

Важным частным случаем графического изображения является контурное изображение, содержащее изображение границы силуэтного изображения в виде замкнутой несамопересекающейся линии с точками одинаковой яркости (рис. 1.6). Если силуэтное изображение является многосвязным,

Рис. 1.5. Бинарное графическое изображение, полученное из перепадов яркости многоградационного изображения, показанного на рис. 1.1

Рис. 1.6. Бинарное контурное изображение, соответствующее изображениям на рис. 1.1 и 1.5

то соответствующее ему контурное изображение кроме замкнутой линии внешней границы будет содержать изображения линий границ внутренних полостей. Необходимо также отметить, что по контурному изображению просто восстанавливается соответствующее ему силуэтное изображение и наоборот.

Ряд датчиков технических устройств, например радиолокационные датчики в режиме обзора земной поверхности, формируют радиолокационную карту местности. Если не приняты особые меры, то на индикаторе будут различимы всего несколько градаций яркости. Это приводит к тому, что практически вся основная для оператора информация сосредоточена в форме контуров изображений отраженных объектов [8].

Другим примером технических систем, в которых формируются бинарные сцены, являются радиолокационные станции, входящие в состав систем управления воздушным движением. На экране индикатора формируются изображения траекторий летательных аппаратов в зоне обзора станции и появляется возможность их автоматического обнаружения, сопровождения и предотвращения столкновений и других аварий.

Автоматическое чтение текстов, карт, машиностроительных и других видов чертежей, принципиальных схем радиотехнических устройств тярке является сферой, где приходится сталкиваться с формированием и обработкой бинарных сцен и распознаванием бинарных изображений.

В то же время необходимо отметить подход, позволяющий установить связь между способами обработки многоградационных и бинарных по яркости изображений: производится последовательное сечение по яркости исходного многоградационного изображения и ввод в систему обработки ряда бинарных изображений, соответствующих этим сечениям. Дальнейшая обработка касается только этих бинарных изображений [44].