Розробка та застосування комп’ютерної програми для оцінки якості обробки зображень на основі дослідження згорток

Автор(и)

  • М.О. Царенко Вінницький національний технічний університет
  • А.Р. Партека Вінницький національний технічний університет
  • М.В. Лавров Вінницький національний технічний університет
  • Й.Й. Білинський Вінницький національний технічний університет

DOI:

https://doi.org/10.31649/1681-7893-2025-49-1-64-71

Ключові слова:

обробка зображень, згортка, ядро згортки, просторова фільтрація, комп'ютерний зір, цифрова обробка сигналів, пікове співвідношення сигналів до шуму, PSNR, середньоквадратична помилка, MSE, метрики оцінки якості зображень, фільтр розмиття, фільтр загострення, фільтр тиснення, виявлення контурів, гаусівський шум, імпульсний шум, шум «сіль-перець», Java, AWT, Swing

Анотація

Цифрові фільтри на основі згортки займать ключове місце в комп’ютерного програмах обробки зображень для розмиття підвищення різкості, виділення границь тощо. З метою вивчення властивостей таких фільтрів, набуття знань, умінь, навичок та досвіду роботи студентами розроблено комп'ютерну програму, яка дає змогу наочно, використовуючи ядра буд- яких розмірів отримати різні згорткові фільтри (підвищення різкості, розмиття, виявлення країв, тиснення) для обробки зображень, а також оцінити якість їх роботи за допомогою критеріїв пікового співвідношення сигналу до шуму (PSNR) між оригінальним і обробленим зображенням. Програма реалізована на об'єктно-орієнтованій мові програмування Java з використанням бібліотек AWT та Swing, які призначені для обробки фільтрів будь-якого розміру у форматах JPG, JPEG, PNG, BMP або GIF. Описано принципи роботи ядра згортки, методи обробки шумів, реалізація програм та інструкції з налаштування вентилів. Додано функціонал для введення користувацького ядра згортки, обробки зображень з використанням гаусівського шуму (σ = 25.0) та шуму типу «сіль-перець» (нейтральність 5%), з подальшою можливістю оновлення зображення шляхом скидання шуму. Програма дає змогу використовувати ядра згортки з будь-якими ваговими коефіцієнтами. Враховуючи широке застосування згорткових фільтрів у комп'ютерному зорі та цифровій обробці сигналів, важливою задачею є демонстрація та кількісна оцінка їхньої ефективності. Для вирішення цього завдання ми розробили комп'ютерну програму, яка порівнює різні згорткові фільтри (підвищення різкості, розмиття, виявлення країв, тиснення та власний фільтр) для обробки зображень. Якість обробки оцінюється за допомогою пікового співвідношення сигнал/шум (PSNR) між оригінальним та обробленим зображенням.

Біографії авторів

М.О. Царенко, Вінницький національний технічний університет

студент, факультет інтелектуальних інформаційних технологій та автоматизації

А.Р. Партека, Вінницький національний технічний університет

студент, факультет інтелектуальних інформаційних технологій та автоматизації

М.В. Лавров, Вінницький національний технічний університет

студент, факультет інтелектуальних інформаційних технологій та автоматизації

Й.Й. Білинський, Вінницький національний технічний університет

доктор технічних наук, професор, професор кафедри загальної фізики

Посилання

Gonzalez R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. 4-те вид. New York : Pearson, 2018. 1019 с. URL: https://www.cl72.org/090imagePLib/books/Gonzales,Woods-Digital.Image.Processing.4th. Edition.pdf (дата звернення: 07.06.2025).

Monsters D. A Quick Overview of Methods to Measure the Similarity Between Images. Medium. URL: https://medium.com/@datamonsters/a-quick-overview-of-methods-to-measure-the-similarity-between-images-f907166694ee (дата звернення: 17.05.2025).

GeeksforGeeks. Types of Convolution Kernels - GeeksforGeeks. GeeksforGeeks. URL: https://www.geeksforgeeks.org/types-of-convolution-kernels/ (дата звернення: 03.05.2025).

Image Kernels explained visually. Explained Visually. URL: https://setosa.io/ev/image-kernels/ (дата звернення: 03.05.2025).

JavaHowTo CalculatePSNR - Rhea. Project Rhea: Learning by Teaching. URL: https://www.projectrhea.org/rhea/index.php/JavaHowTo_CalculatePSNR (дата звернення: 13.05.2025).

Szeliski R. Computer Vision: Algorithms and Applications. 2-ге вид. Springer, 2022. 1206 с. URL: https://library.huree.edu.mn/data/202295/2024-06-03/Computer%20Vision%20-%20Algorithms%20and%20Applications%202nd%20Edition,%20Richard%20Szeliski.pdf (дата звернення: 13.05.2025).

Image Quality Assessment: From Error Visibility to Structural Similarity / Z. Wang та ін. IEEE Transactions on Image Processing. 2004. Т. 13, № 4. С. 600–612. URL: https://doi.org/10.1109/tip.2003.819861 (дата звернення: 07.06.2025).

ConvolveOp (Java Platform SE 8). Oracle. URL: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/api/ java/awt/image/ConvolveOp.html (дата звернення: 07.06.2025).

Pavlov S. V. Information Technology in Medical Diagnostics //Waldemar Wójcik, Andrzej Smolarz, July 11, 2017 by CRC Press - 210 Pages.

Wójcik W., Pavlov S., Kalimoldayev M. Information Technology in Medical Diagnostics II. London: (2019). Taylor & Francis Group, CRC Press, Balkema book. – 336 Pages.

Highly linear Microelectronic Sensors Signal Converters Based on Push-Pull Amplifier Circuits / edited by Waldemar Wojcik and Sergii Pavlov, Monograph, (2022) NR 181, Lublin, Comitet Inzynierii Srodowiska PAN, 283 Pages. ISBN 978-83-63714-80-2

Pavlov Sergii, Avrunin Oleg, Hrushko Oleksandr, and etc. (2021). System of three-dimensional human face images formation for plastic and reconstructive medicine // Teaching and subjects on bio-medical engineering Approaches and experiences from the BIOART-project Peter Arras and David Luengo (Eds.), Corresponding authors, Peter Arras and David Luengo. Printed by Acco cv, Leuven (Belgium). - 22 P. ISBN: 978-94-641-4245-7.

##submission.downloads##

  • PDF
    Завантажень: 18
Переглядів анотації: 51

Опубліковано

2025-06-18

Як цитувати

[1]
М. Царенко, А. Партека, М. Лавров, і Й. Білинський, «Розробка та застосування комп’ютерної програми для оцінки якості обробки зображень на основі дослідження згорток», Опт-ел. інф-енерг. техн., вип. 49, вип. 1, с. 64–71, Чер 2025.

Номер

Том 49 № 1 (2025)

Розділ

Методи та системи оптико-електронної і цифрової обробки зображень та сигналів

Метрики

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Ліцензія

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
  2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
  3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).