Поиск активных областей изображения

Êîíôåðåíöèÿ ¾Ëîìîíîñîâ 2011¿
Ñåêöèÿ ¾Âû÷èñëèòåëüíàÿ ìàòåìàòèêà è êèáåðíåòèêà¿
Ïîèñê àêòèâíûõ îáëàñòåé èçîáðàæåíèÿ
Ëàïòåâ Äìèòðèé Àíàòîëüåâè÷
Ñòóäåíò
Ìîñêîâñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò èìåíè Ì.Â. Ëîìîíîñîâà, Ôàêóëüòåò
âû÷èñëèòåëüíîé ìàòåìàòèêè è êèáåðíåòèêè, Ìîñêâà, Ðîññèÿ
E-mail: [email protected]
Ïîèñê àêòèâíûõ îáëàñòåé íà èçîáðàæåíèè - ïðîáëåìà, êîòîðàÿ âîçíèêàåò âî ìíîãèõ
ïðèêëàäíûõ çàäà÷àõ. Òàê, íàïðèìåð, ïîèñê àêòèâíûõ îáëàñòåé áèîëîãè÷åñêèõ ôîòîñíèìêîâ ñóùåñòâåííî îáëåã÷àåò ðàáîòó ó÷åíûõ ïî âûÿâëåíèþ íåêîòîðûõ òèïîâ àêòèâíîñòè êëåòîê.  íàøåì ñëó÷àå çàäà÷à âîçíèêëà èç íåîáõîäèìîñòè âûäåëåíèÿ îáëàñòåé
ïîâûøåííîé ýëåêòðîìàãíèòíîé àêòèâíîñòè íà Ñîëíöå [1].
Âõîäíûìè äàííûìè çàäà÷è ÿâëÿåòñÿ ñåãìåíòàöèÿ, ïîëó÷åííàÿ â ðåçóëüòàòå âàðèàöèîííîãî ïðèáëèæåíèÿ [2]. Íà ñåãìåíòàöèè ñèíèì ïðåäñòàâëåíû íåéòðàëüíûå ïèêñåëè
èçîáðàæåíèÿ (ìàãíèòíîå ïîëå íà Ñîëíöå áëèçêî ê íóëþ), êðàñíûì - ïèêñåëè, ñîîòâåòñòâóþùèå ñèëüíîìó ïîëîæèòåëüíîìó ìàãíèòíîìó ïîëþ íà Ñîëíöå, çåëåíûì - ïèêñåëè,
ñîîòâåòñòâóþùèå ñèëüíîìó îòðèöàòåëüíîìó ìàãíèòíîìó ïîëþ.
 êà÷åñòâå àêòèâíîãî ðåãèîíà áóäåì èñêàòü ïðÿìîóãîëüíóþ îáëàñòü R íà èçîáðàæåíèè. Ââåäåì äâà ôîðìàëüíûõ êðèòåðèÿ, êîòîðûå áóäóò õàðàêòåðèçîâàòü "àêòèâíîñòü"èçîðàæåíèÿ íà äàííîì ïðÿìîóãîëüíèêå:
F1 (R) = α
X
Ai −
i∈R
F2 (R) = α
X
i∈R
Ai −
X
Bi + β
X
Bi →R max
i∈R
p
Area(R)
i∈R
X
Bi →R max
i∈Border of R
Çäåñü Ai = 1, åñëè ïèêñåëü i ïðèíàäëåæèò ê êëàññó ñèëüíîãî ïîëîæèòåëüíîãî èëè
îòðèöàòåëüíîãî ïîëÿ (êðàñíûå è çåëåíûå ïèêñåëè). Bi = 1, åñëè ïèêñåëü i ïðèíàäëåæèò
ê íåéòðàëüíîìó êëàññó (ñèíèå ïèêñåëè). Border of R - ïèêñåëè, ïðèíàäëåæàùèå ãðàíèöå ïðÿìîóãîëíèêà, Area(R) - ïëîùàäü ïðÿìîóãîëüíèêà R. α, β - ïàðàìåòðû ìîäåëè,
íåîòðèöàòåëüíûå ÷èñëà.
Ïðåäëàãàåìûé ìåòîä ïîèñêà ìàêñèìóìà ôóíêöèîíàëîâ îñíîâàí íà ìåòîäå âåòâåé è
ãðàíèö [3], ÷òî ïîçâîëÿåò ýôôåêòèâíî ïåðåáèðàòü ïðÿìîóãîëüíèêè, ñóùåñòâåííî ñîêðàùàÿ âðåìÿ ðàáîòû àëãîðèòìà.
Ðåçóëüòàò ðàáîòû àëãîðèòìà ïðåäñòàâëåí íà ðèñóíêå 1 äëÿ ôóíêöèîíàëîâ F1 (ñëåâà)
è F2 (ñïðàâà). Ïðÿìîóãîëüíèêîì âûäåëåíà îáëàñòü, íà êîòîðîé äîñòèãàåòñÿ ìàêñèìóì
çàäàííîãî ôóíêöèîíàëà, îâàëàìè - íàãëÿäíûå îòëè÷èÿ â ðàáîòå àëãîðèòìà äëÿ ðàçíûõ
ôóíêöèîíàëîâ.
 èòîãå íàìè áûë ïîñòðîåí àëãîðèòì, îñíîâàííûé íà ìåòîäå âåòâåé è ãðàíèö, êîòîðûé áûñòðî íàõîäèò àêòèâíûå îáëàñòè íà èçîáðàæåíèè. Äëÿ íóæä êîíêðåòíîé çàäà÷è
ïðîãíîçèðîâàíèÿ ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè ôóíêöèîíàë áûë óñïåøíî ìîäèôèöèðîâàí. Èçëîæåííàÿ òåõíèêà ìîæåò áûòü òàêæå ïðèìåíåíà äëÿ äðóãèõ ïðèêëàäíûõ çàäà÷.
Ëèòåðàòóðà
1
Êîíôåðåíöèÿ ¾Ëîìîíîñîâ 2011¿
1. Benkhalil A., Zharkova V., Ipson S., Zharkov S. Automated Recognition of Active
Regions on Full Disk Solar Spectroheliograms. ISCA, 2005.
2. Kropotov D., Laptev D., Osokin A., Vetrov D. Variational Segmentation Algorithms
with Label Frequency Constraints. PRIA, 2010.
3. Lampert, C. H., Blaschko M. B., Hofmann T. Beyond Sliding Windows: Object Localization
by Ecient Subwindow Search. CVPR, 2008.
Èëëþñòðàöèè
Ðèñ. 1: Ïðèìåð ðàáîòû àëãîðèòìà ñ ðàçíûìè ôóíêöèîíàëàìè
2