Аналітичний огляд програмно-алгоритмічних методів обробки вимірювальної інформації про геометричні параметри об’єктів на зображеннях

Юрій Олександрович Подчашинський; Ларіна Олексіївна Чепюк; Віталій Володимирович Чепюк; Юрій Миколайович Єфремов; Оксана Олександрівна Лугових

doi:10.26642/ten-2023-2(92)-191-198

Автор(и)

Юрій Олександрович Подчашинський Державний університет «Житомирська політехніка», Україна http://orcid.org/0000-0002-8344-6061
Ларіна Олексіївна Чепюк Державний університет «Житомирська політехніка», Україна http://orcid.org/0000-0002-8072-8186
Віталій Володимирович Чепюк Державний університет «Житомирська політехніка», Україна
Юрій Миколайович Єфремов Державний університет «Житомирська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0002-1249-5560
Оксана Олександрівна Лугових Державний університет «Житомирська політехніка», Україна http://orcid.org/0000-0001-6138-8991

DOI:

https://doi.org/10.26642/ten-2023-2(92)-191-198

Ключові слова:

геометричні параметри; зображення; перетворення координат; таблично-алгоритмічний метод; ітераційний метод Cordic

Анотація

У статті розглянуто програмно-алгоритмічні методи та обчислювальні аспекти виконання операцій перетворення координат точок на площині. Зокрема це процедури: знаходження нових прямокутних координат вектора при повороті його (або системи координат) на деякий кут у площині зображення; перетворення координат вектора з прямокутної системи координат у полярну та навпаки. При цьому координати вектора відповідають координатам деякої точки об’єкта на зображенні. Ця точка може бути елементом контуру об’єкта або його центром мас. Перетворення координат цих точок дозволяють описати поступальний рух центра мас та обертальний рух об’єкта навколо центра мас. Відповідно розглянуті перетворення координат використовуються під час визначення геометричних параметрів цих об’єктів, аналітичного опису параметрів руху об’єктів на основі афінних перетворень, розробки нових методів перетворення, кодування та стиснення зображень на основі інтелектуальних технологій (фрактали, штучні нейронні мережі). Виконання операцій перетворення координат вимагає багатократного виконання операцій множення та обчислення значень трансцендентних функцій (прямі та обернені тригонометричні функції, квадратні корені). Розглянуто та проаналізовано методи обчислення цих функцій: табличні методи; апроксимаційні методи; таблично-алгоритмічні методи; ітераційні методи. Основну увагу приділено таблично-алгоритмічним методам обчислення полярних координат, визначення відстані та лінійних розмірів об’єктів, їх кутового положення на основі функцій квадратного кореня та арктангенса. Також розглянуто ітераційний метод «цифра за цифрою» (метод Cordic) для обчислення афінних перетворень та переходу між прямокутною та полярною системами координат.

Посилання

Gonzalez, Rafael C. and Woods', Richard E. (2018), Digital Image Processing, 4rth edition, Pearson Education Limited, 1022 p.

Forsyth, David and Ponce, Jean (2011), Computer Vision: A Modern Approach, 2nd Edition, Pearson Education, 800 p.

Jeahne, B. (2004), Practical Handbook on Image Processing for Scientic and Technical Applications, 2nd edition, CRC Press LLC, 571 p.

Podchashynskyi, Y., Luhovykh, O., Tsyporenko, V. and Tsyporenko, V. (2021), «Devising a method for measuring the motion parameters of industrial equipment in the quarry using adaptive parameters of a video sequence» Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, Vol. 6, No. 9 (114), pp. 32–46, [Online], available at: http://journals.uran.ua/eejet/article/view/248624

Korobiichuk, I. and Podchashinskiy, Y. (2021), «Correlation mathematical model of video images with measuring information about geometrical parameters», 25th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics, MMAR, 23–26 Aug, pp. 59–63, [Online], available at: https://ieeexplore.ieee.org/document/9528487

Dudnik, A.S. (2019), Naukovi osnovy kompiuteryzovanykh sensornykh system vymiriuvannia mekhanichnykh velychyn, D.Sc. Thesis of dissertation, 05.11.01, Natsionalnyi aviatsiinyi universytet, Natsionalnyi tekhnichnyi universytet Ukrainy «Kyivskyi politekhnichnyi instytut imeni Ihoria Sikorskoho», Kyiv, 276 p., [Online], available at: http://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/27395/1/Dudnik_diss.pdf

Boretskyi, T.R. (2019), Rozrobka ta realizatsiia metodiv obchyslennia elementarnykh funktsii na osnovi prohramnykh ta aparatnykh zasobiv, Ph.D. Thesis of dissertation, Lviv.

Moroz, L.V. (2013), Teoriia ta shvydkodiiuchi aparatno-prohramni zasoby iteratsiinykh metodiv obchyslennia funktsii, Abstract of the D.Sc. dissertation, Lviv.

«Lattice Semiconductor Corp.» (2012), CORDIC IP Core User’s Guide, August, 37 p.

James, T.C. and Jackson, N.J. (1996), Patent 5,568,600, United States, Method and apparatus for rotating and scaling images, Oct. 22.

Hnilitskyi, V.V., Kupkin, Ye.S., Podchashynskyi, Yu.O. and Chepiuk, L.O. (2005), «Vyznachennia heometrychnykh kharakterystyk promyslovykh vyrobiv z pryrodnoho kameniu na osnovi tsyfrovoi obrobky yikh videozobrazhen», Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, No. 6/2 (18), pp. 98–102.

Hnilitskyi, V.V., Podchashynskyi, Yu.O. and Chepiuk, L.O. (2006), «Vyznachennia parametriv tsyfrovykh obchysliuvalnykh prystroiv dlia obrobky vymiriuvalnoi informatsii pro heometrychni oznaky obiektiv», Skhidno-Yevropeiskyi zhurnal peredovykh tekhnolohii, No. 1/2 (19), pp. 145–148.

Chepiuk, L.O. (2019), «Porivniannia metodiv pobudovy shvydkodiiuchykh tsyfrovykh obchysliuvalnykh prystroiv dlia vyznachennia heometrychnykh oznak vyrobiv z pryrodnoho kameniu», Informatsiino-kompiuterni tekhnolohii: stan, dosiahnennia ta perspektyvy rozvytku, zbirnyk tez dopovidei Vseukrainskoi naukovo-praktychnoi internet-konferentsii zdobuvachiv vyshchoi osvity i molodykh uchenykh, 14–15 lystopada, Zhytomyr, pp. 78–79.

Chepiuk, L.O. (2020), «Vyznachennia optymalnykh parametriv tsyfrovykh obchysliuvalnykh prystroiv dlia vyznachennia heometrychnykh oznak vyrobiv z pryrodnoho kameniu», Tezy XI Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii «Informatsiino-kompiuterni tekhnolohii, 9–11 kvitnia, Zhytomyr, pp. 133–134.

Yefremov, Yu.M., Chepiuk, L.O. and Chepiuk, V.V. (2023), «Zastosuvannia metodu cordic v spetsializovanykh obchysliuvalnykh prystroiakh», Tezy ХIII Mizhnarodnoi naukovo-tekhnichnoi konferentsii «Informatsiino-kompiuterni tekhnolohii», 30–31 bereznia, Zhytomyrska politekhnika, Zhytomyr, рр. 156–157.

Список використаної літератури:

Gonzalez Rafael C. Digital Image Processing / Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. – 4rth edition. – Pearson Education Limited, 2018. – 1022 p.

Forsyth David Computer Vision: A Modern Approach / David Forsyth, Jean Ponce. – 2nd edition. – Pearson Education, 2011. – 800 p.

Jeahne B. Practical Handbook on Image Processing for Scientic and Technical Applications / B.Jeahne. – 2nd edition. – CRC Press LLC, 2004. – 571 p.

Devising a method for measuring the motion parameters of industrial equipment in the quarry using adaptive parameters of a video sequence / Y.Podchashynskyi, O.Luhovykh, V.Tsyporenko, V.Tsyporenko // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2021. – Vol. 6, No. 9 (114). – P. 32–46 [Electronic resourse]. – Access mode : http://journals.uran.ua/eejet/article/view/248624.

Korobiichuk I. Correlation mathematical model of video images with measuring information about geometrical parameters / I.Korobiichuk, Y.Podchashinskiy // 25th International Conference on Methods and Models in Automation and Robotics (MMAR), 23–26 Aug. – 2021. – P. 59–63 [Electronic resourse]. – Access mode : https://ieeexplore.ieee.org/document/9528487.

Дуднік А.С. Наукові основи комп’ютеризованих сенсорних систем вимірювання механічних величин : дис. доктора техн. наук : 05.11.01 / Дуднік А.С. ; Національний авіаційний університет ; Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». – Київ, 2019. – 276 с. [Електронний ресурс]. – Режим доступу : http://ela.kpi.ua/bitstream/123456789/27395/1/Dudnik_diss.pdf.

Борецький Т.Р. Розробка та реалізація методів обчислення елементарних функцій на основі програмних та апаратних засобів : дис. … к.т.н. / Борецький Т.Р. – Львів, 2019.

Мороз Л.В. Теорія та швидкодіючі апаратно-програмні засоби ітераційних методів обчислення функцій : автореф. дис. … д.т.н. / Л.В. Мороз. – Львів, 2013.

CORDIC IP Core User’s Guide / Lattice Semiconductor Corp. – August, 2012. – 37 р.

Patent № 5,568,600 United States. Method and apparatus for rotating and scaling images / James T.C., Jackson N.J. – Oct. 22, 1996.

Визначення геометричних характеристик промислових виробів з природного каменю на основі цифрової обробки їх відеозображень / В.В. Гніліцький, Є.С. Купкін, Ю.О. Подчашинський, Л.О. Чепюк // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2005. – № 6/2 (18). – С. 98–102.

Гніліцький В.В. Визначення параметрів цифрових обчислювальних пристроїв для обробки вимірювальної інформації про геометричні ознаки об’єктів / В.В. Гніліцький, Ю.О. Подчашинський, Л.О. Чепюк // Східно-Європейський журнал передових технологій. – 2006. – № 1/2 (19). – С. 145–148.

Чепюк Л.О. Порівняння методів побудови швидкодіючих цифрових обчислювальних пристроїв для визначення геометричних ознак виробів з природного каменю / Л.О. Чепюк // Інформаційно-комп’ютерні технології: стан, досягнення та перспективи розвитку : збірник тез доповідей Всеукраїнської науково-практичної інтернет-конференції здобувачів вищої освіти і молодих учених, 14–15 листопада. – Житомир, 2019. – С. 78–79.

Чепюк Л.О. Визначення оптимальних параметрів цифрових обчислювальних пристроїв для визначення геометричних ознак виробів з природного каменю / Л.О. Чепюк // Інформаційно-комп’ютерні технології : тези XI Міжнародної науково-технічної конференції, 9–11 квітня. – Житомир, 2020. – С. 133–134.

Єфремов Ю.М. Застосування методу cordic в спеціалізованих обчислювальних пристроях / Ю.М. Єфремов, Л.О. Чепюк, В.В. Чепюк // Інформаційно-комп’ютерні технології : тези ХІІІ Міжнародної науково-технічної конференції «Житомирська політехніка», 30–31 березня. – Житомир, 2023. – С. 156–157.