Математические модели процессов фильтрации и повышения уровня качества телевизионных изображений в видеоинформационных системах

Актуальность и востребованность темы диссертации. На сегоднящий день в мире в сфере информационно-коммуникационных технологий пристальное внимание уделяется разработке системы управления процессами обработки цифровых телевизионных изображений в видео-информационных системах. В условиях интенсивного совершенствование современных информационно-коммуникационных систем увеличения объема и информационного потока одним из актуальных проблем являются повышения уровня качества телевизионных изображений и управления процессами фильтрации от избыточных информаций. В этом направлении в области информационно-коммуникационных технологий в ведущих странах мира увеличивается спрос и потребность совершенствованию методов фильтрации и повышению яркости цифрового телевизионного изображения. «На мировой арене доходы от цифровой телевизионной передачи в 2016 г. в средствах массовой информации оценивался в 7 мдрд. долл. США, за последние пять лет достигнуто повышению экономической эффективности on-lain телепередач на 23%.»'
В Республике Узбекистан проводятся широкомасштабные мероприятия по решению задач, связанных с повышением яркости цифрового телевизионного изображения, по эффективной организации мер по автоматическому определению и своевременному устранению шума и инородных элементов в изображениях. В этой сфере, в том числе, по создании методов повышения яркости и фильтрации изображения, интеллектуализации процессов управления обработки цифрового изображения, создании специализированного программного, ориентированного комплекса совершенствованию методов устранения сдвигов и сигналных искажений возникающихся в результате аддитивного, импульсного и аддаптивно-гауссного типов воздействий в процессе обработки цифровых телевизионных изображений, проведен ряд научно-исследовательских работ.
В мире одним из важнейших вопросов является формирования цифровых телевизионных изображений, на их основе совершенствование системы управления процессами обработки изображений, разработка числовых моделей и алгоритмов решения задач фильтрации различных цифровых телевизионных изображений с помощью методов Фурье и вейвлет. В этой области осуществляются целенаправленные научные исследования, в том числе, пристальное внимание уделяется в следующих направлениях: разработка совершенстованного метода классификации и выбора критериев наблюдения и оценки качества изображений, разработка методов управления четкостью изображений при заданных значениях пикселей средней интенсивности, создание алгоритмов моделлирования процесса обработки изображений, разработка методов управления процессами обеспечения уровня четкости телевизионого изображения. Проведение научных исследований по вышеприведенным научно-исследовательским направлениям подтверждает актуальность темы данной диссертации.
Данное диссертационное исследование в определенной степени служит выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан № ПП-1741 от 17 апреля 2012 года «О Государственной программе по техническому и технологическому переходу на цифровое телевещание в Республике Узбекистан», и в постановлении Кабинета Министров №24 от 1 февраля 2012 года «О мерах по созданию условий по дальнейшему развитию компьютеризации и информационнокоммуникационных технологий на местах» а также в других нормативноправовых документах, принятых в данной сфере.
Целью исследования разработка методов, алгоритмов и растровых моделей процессов фильтрации и повышения качества телевизионных изображений в видеоинформационных системах на основе использования математических моделей с частными производными.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
разработан механизм использования преобразования Фурье, вейвлет и дискретно-косинусного преобразования в процессах обработки телевизионных изображений в видеоинформационных системах, на основе учета особенностей и критериев предельных граничных условий;
разработан метод управления процессом обеспечения требуемого уровня яркости изображения и визуальной оценки качественных показателей телевизионных изображений при заданных значениях средней интенсивности пикселей;
разработаны математическая модель для описания процессов пространственно-временной обработки цифровых телевизионных изображений и алгоритм решения соответствующей двухпараметрической нелинейной системы;
разработана модель энтропийного кодирования процессов обработки последовательных динамических цифровых телевизионных изображений, а также метод выделения контуров и сегментов изображений в видеоинформационных системах;
разработаны методы и алгоритмы решения задач по устранению дефектов изображений в процессах обработки цифровых телевизионных изображений в видеоинформационных системах с помощью математических моделей с применением теории дискретных и дифференциальных игр;
разработаны методы линейной и нелинейной фильтрации повышения яркости изображения при компьютерной обработке статических и динамических телевизионных изображений на основе моделирующих дифференциальных уравнений и формирования нелинейных игровых задач;
разработан метод устранения сдвигов, дефектов аддитивного, импульсного и адаптивно-гауссовского характера при помощи анизитропной фильтрации и раздельно-гладких моделей изображений.
Заключение
По итогам исследования докторской диссертации на тему «Математические модели процессов фильтрации и повышения уровня качества телевизионных изображений в видеоинформационных системах» были сделаны следующие выводы:
1. Процессы обработки цифровых телевизионных изображений в видеоинформационных системах с использованием методов создания математических моделей, выражения с помощью линейных и нелинейных дифференциальных уравнений на основе теории игр, анализ применения алгоритмов компьютерных вычислений и программных комплексов определили теоретические основы перспективы и особенностей.
2. Создание методов фильтрации процессов обработки статических и динамических телевизионных изображений на основе дифференциальных уравнений, обоснованность математической корректности их алгоритмов, разработка соответствующих вычислительных алгоритмов и программных комплексов способствует автоматизированному управлению процессами повышения четкости изображений на пикселях средней интенсивности.
3. Преобразования типа Фурье, дискретно-косинусное и вейвлет на основе ограничений процессов обработки телевизионных изображений, выбранных критериев и классификации параметров способствует созданию методов визуальной оценки качества цифрового телевизионного изображения.
4. В результате проведения вычислительных экспериментов и математического моделирования процессов обработки изображений на основе теории дифференциальных игр найдено решение по устранению временно-фазовых сдвигов и дефектов адаптивного, импульсного и аддитивно-гаусного типов в изображениях.
5. Создание математической модели процессов обработки телевизионных изображений в двупараметрных нелинейных системах автоматизируют процессы управления изображениями, устранение сдвигов и временно-фазовых дефектов с помощью эффективного использования и исследования результатов вычислительных экспериментов, определения и фильтрации их типов в изображениях.
6. Разработка двухмерной растровой модели состояния изображения объекта и алгоритмов моделлирования спорных состояний в процессе обработки телевизионных изображений позволяет выбрать способы обеспечения требуемого распределения яркости пикселей изображений и формирования задач нелинейных игры.
7. Совершенствование способов фильтрации обработки цифровых телевизионных изображений с верменно-фазовыми сдвигами и дефектами позволяет устранить недостатки при передачи изображений путем их оптимизации с учетом особенностей импульсов в спектральных полях изображений, применения способов адаптивно-анизотропной фильтрации и моделей раздельно-последовательнфх изображений.
8. Создание системы управления яркостью изображений с помощью матричного ряда Чебышева, адаптивности механизма управления для обработки изображений в динамической последовательности позволяет разработать алгоритм оценки эффективности и точности при обработке изображений.
9. Использование методов выделения контуров при сегментации изображений в системах видеоданных, модели энтропийного кодирования телевизионных изображений и методов линейной фильтрации изображений с помощью уравнения Винер-Хопа дают возможность сократить дефекты и сдвиги в телевизионных изображениях примерно на 11 -26%, а также повысить уровень яркости изображений на 8,5%.