Метод семантично-орієнтованої обробки бітових площин інфрачервоних зображень
Вантажиться...
Файли
Дата
2025
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Розглянуто особливості побудови методу семантично-орієнтованої обробки бітових площин інфрачервоних (ІЧ) зображень, орієнтованого на підвищення ефективності систем дистанційного спостереження в умовах обмежених ресурсів. Розкрито підхід до зменшення бітового об’єму ІЧ даних без втрати критичної семантичної інформації, яка є вирішальною для задач виявлення та ідентифікації об’єктів інтересу. Розкрито переваги використання додаткового ІЧ інформаційного каналу, що забезпечує надійне функціонування систем в умовах обмеженої видимості, маскування об’єктів або несприятливого фону. Водночас зафіксовано проблему збільшення об’єму даних, які мають бути оброблені в реальному часі. З’ясовано, що традиційні методи (PNG, JPEG-LS, JPEG 2000, HEVC) або мають надто високу обчислювальну складність, або не забезпечують збереження термальної семантики. Отже, актуальною є науково-прикладна задача, що полягає у покращені ефективності роботи систем дистанційного спостереження із застосуванням ІЧ інформаційних каналів. Задля розв’язання цієї задачі, у статті запропоновано метод, що ґрунтується на розділенні бітових площин зображення (виділення старших та молодших бітів) та подальшій семантично-орієнтованій обробці. Старші біти зберігають глобальну структуру та основну інформацію про сцену, тоді як молодші несуть залишковий шум або малопомітні деталі. Це дозволяє застосовувати адаптивні стратегії стиснення залежно від інформативності окремих сегментів. Метод включає ієрархічну декомпозицію зображення на сегменти та мінісегменти для локалізованого аналізу. Для утворених сегментів виконується оцінка інформативності у спектральному домені з використанням вейвлет-перетворення Хаара, подальша нормалізація метрик інформативності, а також селективне кодування: інформативні сегменти кодуються з мінімальними втратами, неінформативні – з агресивнішим стисканням. Оцінка метрики інформативності спирається на високочастотні складові, які репрезентують теплові контури об’єктів. Запропонована метрика інформативності ґрунтується на нормованій сумі модулів високочастотних коефіцієнтів після перетворення мінісегментів у різницевий простір. Для класифікації сегментів як інформативних або неінформативних використовуються порогові значення. У залежності від класу інформативності сегменту виконується подальше селективне кодування, яке зберігає точність реконструкції для ключових ділянок сцени. Особлива увага приділяється тому, щоб навіть при зменшенні бітової глибини до 8 біт зберігати ключову температурну структуру сцени. Проведено порівняльний експериментальний аналіз на наборі зображень з 16-бітною глибиною. За умов однакового значення PSNR, розроблений метод демонструє покращення коефіцієнта стиснення в середньому на 2.63. Візуальний аналіз показав, що у розробленому методі об’єкти інтересу зберігають термальну цілісність після декодування, на відміну від традиційного підходу. Отже, мета дослідження – розробити метод семантично-орієнтованої обробки бітових площин інфрачервоних зображень. Запропонований метод має практичну цінність для інтеграції в бортові системи безпілотних апаратів, систем моніторингу та інших мобільних платформ, де обмеження швидкості передачі й обчислювальних ресурсів є критичними.
Опис
Ключові слова
системи дистанційного спостереження, обробка інфрачервоних зображень, розділення бітових площин, метрика інформативності, вейвлет-перетворення Хаара, адаптивна сегментація зображень, збереження теплових сигнатур, стиснення зображень з низькою обчислювальною складністю, семантично-орієнтоване кодування, селективне стиснення зображень, remote sensing systems, infrared image processing, bit plane bifurcation, information content metric, Haar wavelet transform, adaptive image segmentation, thermal signature preservation, low computational complexity image compression, semantic-oriented coding, selective image compression
Бібліографічний опис
Метод семантично-орієнтованої обробки бітових площин інфрачервоних зображень / Бараннiк В. В., Берчанов А. А., Бараннiк В. В., Суханов О. Ю., Перцев П. Д., Лиходєєв О. С., Юдiн О. К., Прокопенко Р. О., Чаун Ю. М. // Вісник НТУУ «КПІ». Радіотехніка, радіоапаратобудування : збірник наукових праць. – 2025. – Вип. 102. – С. 15-24. – Бібліогр.: 36 назв.