ВВЕДЕНИЕ
Актуальность задачи обработки растровых изображений большого размера обусловлена появлением и развитием в различных предметных областях устройств, формирующих цифровые изображения. Например, компьютерные томографы позволяют создавать изображения поперечного среза исследуемого объекта, искусственные спутники Земли делают снимки земной поверхности, формируя большие объёмы фотографий, облегчающие создание карт. Наконец, многие современные любительские и профессиональные фотоаппараты сохраняют снимки в цифровом формате.
Размеры изображений, создаваемых с помощью этих и многих других устройств, постоянно растут. Более того, в большинстве областей применения цифровых изображений часто приходится работать не только с отдельными изображениями, но и с их множествами. В результате снижается эффективность существующих средств обработки цифровых изображений.
Важно отметить, что обработка цифровых изображений включает в себя ряд задач, среди которых:
визуализация одного изображения;
одновременная визуализация набора изображений;
хранение изображений во внешней памяти;
хранение изображений в оперативной памяти;
изменение параметров просмотра изображения (масштабирование, перемещение, изменение яркости, контрастности и т.д.);
редактирование одного изображения;
одновременное редактирование набора изображений.
Для решения каждой из этих задач применяются специальные методы. Например, при визуализации одного изображения оно может занимать всё пространство дисплея, что требует максимального качества его отображения. Если же визуализируются сразу несколько изображений, они занимают гораздо меньшую площадь дисплея, и, следовательно, могут быть отображены в более низком качестве, что позволяет повысить скорость их визуализации.
Для обеспечения оперативности обработки цифровых изображений большого размера необходимо повысить скорость методов, применяемых для решения указанных задач. С одной стороны, это можно сделать за счёт применения специализированных, более мощных вычислительных средств, недостатком которых является их высокая стоимость.
С другой стороны, можно повысить эффективность программных реализаций методов обработки цифровых изображений за счёт использования новых вычислительных возможностей персональных компьютеров, что существенно снижает стоимость получаемых решений. Данный подход предпочтительнее, так как он повышает эффективность использования имеющихся вычислительных ресурсов.
В различных предметных областях используются как цветные, так и полутоновые изображения. Например, последние применяются в таких областях, как компьютерная флюорография, компьютерная томография, дефектоскопия. Ввиду распространённости полутоновых изображений и их более простого устройства по сравнению с цветными изображениями в первую очередь необходимо повысить эффективность именно их обработки. Полученные результаты могут быть впоследствии обобщены для работы с цветными изображениями.
Таким образом, актуальность данной НИР обусловлена:
распространённостью цифровых изображений в различных предметных областях;
ростом размеров цифровых изображений, с которыми приходится оперировать в рамках данных предметных областей;
возможностью создания дешёвых решений обработки цифровых изображений.
Научная значимость проблемы исследования заключается в развитии подходов, технологий, методов и моделей, применяемых при построении систем обработки графических изображений, с целью повышения их эффективности. Полученные в ходе исследования научные результаты также будут иметь существенное значение с точки зрения проведения исследований в области разработки методов и моделей построения программных систем обработки графических изображений различных классов.
Целью данной НИР является повышение эффективности обработки полутоновых растровых изображений большого размера.
Для достижения поставленной цели предполагается решение следующих задач:
анализ и классификация методов компьютерной обработки полутоновых изображений;
программная реализация методов обработки полутоновых изображений;
проведение экспериментальных исследований с разработанными реализациями методов с целью их оценки по времени обработки изображений;
разработка программного комплекса обработки полутоновых растровых изображений большого размера с малым временем отклика.
Методы и средства обработки графической информации с помощью персонального компьютера интенсивно развиваются в течение последних лет. При этом совершенствуется как методологическая, так и аппаратная база.
Среди последних технических достижений можно выделить создание графических ускорителей, поддерживающих программирование общего назначения (например, NVIDIA GeForce 6 и старше). Такие графические ускорители можно использовать не только для решения задач трёхмерной компьютерной графики, но и для выполнения произвольных вычислений.
Появление таких видеоадаптеров привело к возникновению различных технологий, позволяющих программировать их напрямую (CUDA, AMD FireStream, OpenCL, DirectCompute). Кроме того, появляются новые версии существующих инструментальных средств создания графических приложений, позволяющие использовать возможности современных графических ускорителей (OpenGL 4, DirectX 11).
Все перечисленные аппаратные и методологические средства являются универсальными средствами обработки графической информации. Следовательно, они могут быть применены для повышения эффективности обработки полутоновых растровых изображений большого размера.
Таким образом, интенсивное развитие инструментальных средств обработки графической информации формирует перспективу их применения для достижения цели данной НИР.
В ходе первого этапа НИР были решены следующие задачи:
анализ методов обработки полутоновых растровых изображений;
анализ программных и аппаратных средств обработки графической информации;
классификация методов обработки полутоновых растровых изображений.
Целью второго этапа исследования является создание эффективных реализаций рассматриваемых методов обработки полутоновых растровых изображений и проведение патентных исследований в области программных средств обработки изображений.
Для достижения поставленной цели в рамках второго этапа должны быть решены следующие задачи:
разработка модели процессов обработки полутоновых растровых изображений;
обоснование выбора для каждого метода инструментальных средств, обеспечивающих максимальную скорость обработки графической информации;
проведение патентных исследований по ГОСТ Р 15.011-96;
программная реализация методов обработки полутоновых растровых изображений с использованием выбранных средств.
|
