RU2522869C2 - Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures - Google Patents
Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522869C2 RU2522869C2 RU2012147313/08A RU2012147313A RU2522869C2 RU 2522869 C2 RU2522869 C2 RU 2522869C2 RU 2012147313/08 A RU2012147313/08 A RU 2012147313/08A RU 2012147313 A RU2012147313 A RU 2012147313A RU 2522869 C2 RU2522869 C2 RU 2522869C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- roundness
- elliptical
- circular
- dumbbell
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 230000000877 morphologic effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 15
- 230000009466 transformation Effects 0.000 claims description 6
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 8
- 239000010408 film Substances 0.000 description 8
- 238000012549 training Methods 0.000 description 6
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 4
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 238000013528 artificial neural network Methods 0.000 description 3
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 3
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 3
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000000696 magnetic material Substances 0.000 description 2
- 230000003562 morphometric effect Effects 0.000 description 2
- 238000013425 morphometry Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 2
- PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 16-Epiaffinine Natural products C1C(C2=CC=CC=C2N2)=C2C(=O)CC2C(=CC)CN(C)C1C2CO PXFBZOLANLWPMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000005894 Albizia lebbeck Species 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000003850 cellular structure Anatomy 0.000 description 1
- 230000002380 cytological effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000003062 neural network model Methods 0.000 description 1
- 239000012788 optical film Substances 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к компьютерной технике, а именно к анализу структуры объектов на цифровых изображениях, и может быть использовано в системах компьютерного зрения, при проведении научных экспериментов объектов и структур различной степени сложности.The invention relates to computer technology, namely to the analysis of the structure of objects in digital images, and can be used in computer vision systems, when conducting scientific experiments of objects and structures of varying degrees of complexity.
При решении ряда задач возникает необходимость анализа лабиринтных структур, содержащих большое количество разнообразных объектов, отличающихся друг от друга формой и размерами. Известно, что параметры устройств на магнитных пленках (запоминающие, логические, магнитооптические устройства, элементы магнитофотоники) определяются структурой магнитных пленок. Структура пленок содержит большое количество доменов - обособленных микро- и нанообъектов различной формы. Примерами таких структур могут служить лабиринтные доменные структуры в магнитооптических материалах, содержащие круглые, эллиптические, гантелеобразные, полосовые и ветвистые домены, например, в феррит-гранатовых пленках, предназначенных для реализации широкого класса устройств. Необходимость распознавания и анализа формы и классификации таких микрообъектов объектов необходима прежде всего для технологических целей.When solving a number of problems, it becomes necessary to analyze labyrinth structures containing a large number of various objects that differ from each other in shape and size. It is known that the parameters of devices on magnetic films (memory, logical, magneto-optical devices, elements of magnetophotonics) are determined by the structure of magnetic films. The film structure contains a large number of domains - separate micro- and nano-objects of various shapes. Examples of such structures are labyrinthine domain structures in magneto-optical materials containing round, elliptical, dumbbell, strip and branching domains, for example, in ferrite-garnet films intended for the implementation of a wide class of devices. The need for recognition and analysis of the shape and classification of such micro-objects is necessary primarily for technological purposes.
Описаны различные методы распознавания, классификации микрообъектов на цифровых изображениях. Так, в изобретении (RU 2385494 С1, Никитаев и др. 27.03.2010) описан способ распознавания изображения текстуры объектов на цифровых фотографиях биологических объектов. Способ включает определение текстурных признаков объекта, которое состоит в том, что осуществляют предобработку полученных изображений объекта посредством сегментации, производят вычисления значений для текстурных признаков и формирования матриц чисел и осуществляют идентификацию и классификацию объекта. Наиболее информативные признаки для классификации определяют автоматически на основе обучающих выборок из предварительно созданных баз изображений, на основе которых производят идентификацию и классификацию по следующим показателям: энергия, момент инерции, максимальная вероятность соседств, которые встречаются наиболее часто в данном изображении, локальная однородность, энтропия, след нормализованной матрицы пространственной смежности (НМПС), среднее значение яркости, корреляция значений яркости изображения. В патенте (RU 118774 U1, Журавлев и др. 27.07.2012) описано устройство, реализующее способ анализа объектов на неоднородном фоне, предусматривающее модуль морфологической фильтрации изображения, выполненный с возможностью подавления объектов с наибольшими значениями яркости и заданной формы, сохраняющий оставшиеся границы искомых объектов неизменными; выделение локальных минимумов яркости изображения; определение расстояния от каждого пиксела изображения до ближайшего фонового пиксела и выделение локальных максимумов яркости изображения. Проводится фильтрация границ шумовых объектов, определяют морфологический градиент изображения, вычисление оптических и геометрических характеристик обнаруженных объектов и базу данных координат, оптических и геометрических характеристик выявленных объектов. Однако вышеупомянутые способы не предусматривают распознавания лабиринтных и ветвистых объектов.Various methods of recognition, classification of micro-objects in digital images are described. So, in the invention (RU 2385494 C1, Nikitaev et al. March 27, 2010) a method for recognizing images of the texture of objects in digital photographs of biological objects is described. The method includes determining the texture features of an object, which consists in pre-processing the obtained images of the object through segmentation, calculating the values for the texture features and forming matrixes of numbers, and identifying and classifying the object. The most informative signs for classification are automatically determined on the basis of training samples from previously created image databases, based on which identification and classification are performed according to the following indicators: energy, moment of inertia, maximum probability of the neighbors that are most often found in this image, local uniformity, entropy, trace of the normalized matrix of spatial adjacency (NMPS), the average value of the brightness, the correlation of the brightness values of the image. In the patent (RU 118774 U1, Zhuravlev et al. 07/27/2012) a device is described that implements a method for analyzing objects against a heterogeneous background, including a morphological image filtering module that is capable of suppressing objects with the highest brightness values and a given shape, preserving the remaining boundaries of the desired objects unchanged; highlighting local minima of image brightness; determining the distance from each pixel of the image to the nearest background pixel and highlighting the local maximums of the image brightness. The boundaries of noise objects are filtered, the morphological gradient of the image is determined, the optical and geometric characteristics of the detected objects are calculated, and the database of coordinates, optical and geometric characteristics of the detected objects is calculated. However, the above methods do not include recognition of labyrinth and branching objects.
В изобретении (RU 2297039 С2, Меняев и др. 10.04.2007) описана идентификация сложных объектов на изображении за счет извлечения из анализируемых изображений признака, способного эффективно описывать изображения сложной структуры и инвариантного к искажениям. Изображения всех эталонных объектов разбивают на пересекающиеся доменные блоки, а изображение анализируемого объекта разбивают на непересекающиеся ранговые блоки, размер которых меньше доменных блоков. Затем производят поиск наилучшего сопоставления всех ранговых блоков анализируемого изображения и доменных блоков всех эталонных изображений с использованием сжимающих аффинных преобразований. После этого формируют векторы расстояний между геометрическими центрами сопоставленных доменных для эталонного объекта и ранговых для анализируемого объекта блоков. Однако этот способ основан на сравнении анализируемого объекта с эталонными объектами и таким образом не предусматривает распознавания объектов с заранее неизвестной формой.The invention (RU 2297039 C2, Menyaev et al. 04/10/2007) describes the identification of complex objects in an image by extracting a feature from the analyzed images that can effectively describe images of complex structure and distortion-invariant. Images of all reference objects are divided into intersecting domain blocks, and the image of the analyzed object is divided into disjoint rank blocks, the size of which is smaller than domain blocks. Then, a search is made for the best comparison of all ranking blocks of the analyzed image and domain blocks of all the reference images using compressive affine transformations. After that, the distance vectors between the geometric centers of the mapped domain for the reference object and the rank blocks for the analyzed object are formed. However, this method is based on comparing the analyzed object with reference objects and thus does not provide for the recognition of objects with a previously unknown shape.
В заявке (GB2397423 (А) KOKKO ERIC GERARD et al. 21.07.2004) описан способ идентификации и подсчета семян и других малых объектов, включающий обучение модели единичной нейронной сети с обучением наборов известных объектов; обоснование оптимальной модели нейронной сети; анализ неизвестных объектов с неизвестными параметрами путем их визуализации для получения цифрового изображения, включающего пикселы, представляющие неизвестные объекты, фон и посторонние объекты. Однако этот способ не предусматривает одновременного распознавания объектов нескольких типов.Application (GB2397423 (A) KOKKO ERIC GERARD et al. 07/21/2004) describes a method for identifying and counting seeds and other small objects, including training a model of a single neural network with training sets of known objects; substantiation of the optimal neural network model; analysis of unknown objects with unknown parameters by visualizing them to obtain a digital image that includes pixels representing unknown objects, background and extraneous objects. However, this method does not provide for the simultaneous recognition of objects of several types.
В изобретении (RU 2132061C1, Медовый и др. 20.06.1999) описан способ сегментации и распознавания клеток на изображениях цитологических препаратов в поле зрения светового микроскопа. Сначала выполняется настройка параметров моделей контуров клеточных структур на небольшой обучающей выборке изображений. В процессе сегментации границ клеточных структур оцифрованный кадр с изображением разбивается на фасеты и далее формируются границы структур клеток. Однако этот способ предназначен для распознавания объектов одного типа - клеток.The invention (RU 2132061C1, Honey et al. 06/20/1999) describes a method for segmentation and recognition of cells in images of cytological preparations in the field of view of a light microscope. First, the parameters of the models of the contours of cellular structures are set up on a small training set of images. In the process of segmenting the boundaries of cell structures, the digitized frame with the image is divided into facets and then the boundaries of the cell structures are formed. However, this method is designed to recognize objects of the same type - cells.
Наиболее близким аналогом к патентуемому является способ распознавания и классификации микрообъектов по патенту RU 2346331 С1, Куркин и др. 10.02.2009 - прототип.The closest analogue to the patented is a method for the recognition and classification of microobjects according to patent RU 2346331 C1, Kurkin et al. 02/10/2009 - prototype.
При проведении тестирования изображение передают с помощью web-камеры в персональный компьютер (ПК). В персональном компьютере создают обучаемую для каждого типа ЖКИ нейросеть. Перед началом процесса тестирования по изображению ЖКИ проводят цифровую фильтрацию, выделяя и анализируя на черно-белом изображении связные области. По связным областям определяют набор морфометрических характеристик для классификации областей по форме, положению и ориентации. Сличение проводят автоматически, используя для этого нейросеть, сохраняемую в ПК и персонально обученную для каждого типа ЖКИ по распознаванию тех участков изображения рабочей поверхности ЖКИ, которые содержат в себе определенные ранее морфометрические характеристики связных областей.During testing, the image is transmitted using a web camera to a personal computer (PC). In a personal computer, a neural network trained for each type of LCD is created. Before starting the testing process, the LCD images are digitally filtered by isolating and analyzing the connected areas on the black-and-white image. By connected areas, a set of morphometric characteristics is determined to classify areas according to their shape, position and orientation. Comparison is carried out automatically, using a neural network stored in a PC and personally trained for each type of LCD to recognize those portions of the image of the LCD working surface that contain the previously determined morphometric characteristics of the connected areas.
Однако данный способ не предусматривает классификацию изменяющихся по форме объектов, являющихся составными элементами двумерных лабиринтных структур и не может быть использован для распознавания и классификации объектов в лабиринтных структурах.However, this method does not provide for the classification of shape-changing objects that are components of two-dimensional labyrinth structures and cannot be used to recognize and classify objects in labyrinth structures.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи распознавания объектов и их классификации по геометрическим признакам в лабиринтных структурах, например в магнитооптических доменных средах.The present invention is directed to solving the technical problem of object recognition and their classification according to geometric features in labyrinth structures, for example, magneto-optical domain media.
Способ распознавания и классификации формы объектов в лабиринтных доменных структурах включает получение цифрового изображения структуры, его фильтрацию, бинаризацию и анализ морфологических признаков объектов.A method for recognizing and classifying the shape of objects in labyrinth domain structures involves obtaining a digital image of the structure, filtering it, binarizing and analyzing the morphological features of the objects.
Патентуемый способ отличается тем, что определяют общее количество объектов на изображении структуры, в качестве морфологических признаков используют коэффициенты округлости и заполнения для каждого из объектов.The patented method is characterized in that the total number of objects in the image of the structure is determined, roundness and filling factors for each of the objects are used as morphological features.
Формируют нечеткую базу знаний для разделения объектов на круглые, эллиптические и гантелеобразные с использованием треугольной функции принадлежности, а для некруглых полосовых и ветвистых объектов - с использованием трапециевидной функции принадлежности на основе экспериментальных данных значений указанных коэффициентов округлости и заполнения и проводят распознавание доменов.A fuzzy knowledge base is formed for dividing objects into round, elliptical and dumbbell-shaped using a triangular membership function, and for non-circular strip and branching objects using a trapezoidal membership function based on experimental data of the values of these roundness and filling coefficients, and domain recognition is performed.
Далее формируют нечеткий классификатор для разделения объектов по форме на круглые, эллиптические, гантелеобразные, полосовые и ветвистые объекты на основе соотношения коэффициента округлости и коэффициента заполнения объекта и проводят классификацию формы объектов. При классификации некруглого объекта проводят построение его остова и для него выполняют преобразование успех/неудача, далее выявляют точки ветвлений и при их наличии некруглый объект относят к ветвистым, а при отсутствии - к полосовым доменным структурам.Next, a fuzzy classifier is formed to divide objects in shape into round, elliptical, dumbbell, strip and branchy objects based on the ratio of the roundness coefficient and the fill factor of the object and classify the shape of the objects. When classifying a non-circular object, the construction of its skeleton is carried out and the success / failure transformation is performed for it, then branch points are identified and, if present, the non-circular object is referred to as branchy, and in the absence, to strip domain structures.
Способ может характеризоваться тем, что нечеткий классификатор формируют с учетом численных значений коэффициента k1 округлости и коэффициента k2 заполнения, лежащих в диапазонах:The method can be characterized in that the fuzzy classifier is formed taking into account the numerical values of the coefficient k 1 roundness and coefficient k 2 filling, lying in the ranges:
для круглых объектов - k1=0,77-1,0; k2=0,83-1,0;for round objects - k 1 = 0.77-1.0; k 2 = 0.83-1.0;
для эллиптических объектов - k1=0,62-0,77, k2=0,71-0,83;for elliptical objects - k 1 = 0.62-0.77, k 2 = 0.71-0.83;
для гантелеобразных объектов - k1=0,5-0,62, k2=0,62-0,71;for dumbbell-shaped objects - k 1 = 0.5-0.62, k 2 = 0.62-0.71;
для некруглых полосовых, ветвистых - k1=0,01-0,9, k2=0,1-0,62,for non-circular strip, branched - k 1 = 0.01-0.9, k 2 = 0.1-0.62,
причем коэффициенты округлости k1 и заполнения k2 описывают треугольными функциями принадлежности для круглых, эллиптических, гантелеобразных объектов и трапецеидальными функциями принадлежности для некруглых объектов.moreover, the roundness coefficients k 1 and filling k 2 are described by triangular membership functions for round, elliptical, dumbbell-shaped objects and trapezoidal membership functions for non-circular objects.
Технический результат - обеспечение распознавания объектов и их классификации по геометрическим признакам в лабиринтных структурах.The technical result is the provision of recognition of objects and their classification by geometric features in labyrinth structures.
Сущность патентуемого способа поясняется на фигурах, где:The essence of the patented method is illustrated in the figures, where:
фиг.1 - блок-схема магнитооптического устройства для получения микрофотографий;figure 1 is a block diagram of a magneto-optical device for obtaining micrographs;
фиг.2 - исходная микрофотография доменной структуры в пленке феррита-граната с выделением области последующего анализа;figure 2 - the initial micrograph of the domain structure in the film of ferrite garnet with the selection of the area for subsequent analysis;
фиг.3 - функции принадлежности µ(к) коэффициентов округлости k1 и заполнения k2 для классов d1-d4;figure 3 - membership functions µ (k) roundness coefficients k 1 and filling k 2 for classes d1-d4;
фиг.4 - изображение выделенной на фиг.2 области после предварительной обработки;figure 4 - image selected in figure 2 of the area after pre-processing;
фиг.5 - результаты распределения доменов по классам;figure 5 - the results of the distribution of domains into classes;
фиг.6 - изображение остовов некруглых доменов с найденными точками ветвлений.6 is an image of the skeletons of non-circular domains with branch points found.
Способ реализуют следующим образом. Изображения структур получают с помощью цифровой камеры магнитооптическим методом с использованием эффекта Фарадея. На блок-схеме установки (фиг.1) показаны: И - источник света; СЛ - световой луч; Л - линзы; П, А - поляризатор и анализатор; ЭМ - электромагнит; МО -исследуемая магнитооптическая пленка; Т - терморегулятор; ФК - цифровая камера, ПК - персональный компьютер. Зарождение и формирование лабиринтной доменной структуры в магнитных материалах происходит под действием внешних магнитных и/или температурных полей.The method is implemented as follows. Images of structures are obtained using a digital camera using the magneto-optical method using the Faraday effect. On the block diagram of the installation (figure 1) shows: And - the light source; SL - light beam; L - lenses; P, A - polarizer and analyzer; EM is an electromagnet; MO — magneto-optical film under investigation; T - temperature controller; FC - digital camera, PC - personal computer. The origin and formation of the labyrinthine domain structure in magnetic materials occurs under the influence of external magnetic and / or temperature fields.
В размагниченном состоянии в магнитном материале, пленке феррита-граната толщиной несколько микрометров, обычно реализуется лабиринтная доменная структура, содержащая домены различной формы. На фиг.2 представлена исходная микрофотография доменной структуры в пленке феррита-граната. В рамке выделена область анализа. Ширина лабиринтных доменов сравнима с толщиной пленки.In a demagnetized state in a magnetic material, a ferrite garnet film several micrometers thick, a labyrinth domain structure containing domains of various shapes is usually realized. Figure 2 presents the original micrograph of the domain structure in a film of ferrite garnet. The analysis area is highlighted in the frame. The width of the labyrinth domains is comparable to the film thickness.
С целью определения диапазонов изменения коэффициентов формы объектов различных классов проанализированы несколько сотен изображений различных лабиринтных доменных структур. Установлено, что для разделения объектов на круглые (класс d1), эллиптические (класс d2), гантелеобразные (класс d3) и некруглые (полосовые, ветвистые: класс d4) в качестве информативных признаков достаточно использовать коэффициент округлости k1 и коэффициент заполнения k2. Функции принадлежности µ(k) для объектов указанных классов в доменных структурах приведены на фиг.3. Функции принадлежности построены на основе распределения экспериментальных данных значений коэффициентов округлости и заполнения.In order to determine the ranges of variation of the shape factors of objects of various classes, several hundred images of various labyrinth domain structures were analyzed. It has been established that for dividing objects into round (class d1), elliptic (class d2), dumbbell-shaped (class d3) and non-circular (strip, branchy: class d4), it is sufficient to use the roundness coefficient k 1 and the fill factor k 2 as informative signs. Membership functions µ (k) for objects of the indicated classes in domain structures are shown in FIG. 3. Membership functions are based on the distribution of experimental data of the values of the roundness and filling coefficients.
Для описания распределения объектов, близких к круглым (классы d1, d2, d3), использовалась треугольная функция принадлежности µ(k):To describe the distribution of objects close to round (classes d 1 , d 2 , d 3 ), we used the triangular membership function µ (k):
где [а,с] - диапазон изменения переменной, b - наиболее возможное значение переменной. Для некруглых объектов использовалась трапециевидная функция:where [a, c] is the range of the variable, b is the most possible value of the variable. For non-circular objects, the trapezoid function was used:
где [a, d] - носитель нечеткого множества, [b, с] - ядро нечеткого множества.where [a, d] is the carrier of the fuzzy set, [b, c] is the core of the fuzzy set.
Задача классификации состоит в отнесении объекта, заданного вектором информативных признаков K=(k1, k2), к одному из наперед определенных классов {d1, d2 d3, d3} т.е. состоит в выполнении отображения вида (см., Штовба С.Д. Проектирование нечетких систем средствами MATLAB. - М.: Горячая линия - Телеком, 2007):The classification task is to assign the object specified by the vector of informative features K = (k 1 , k 2 ) to one of the previously defined classes {d 1 , d 2 d 3 , d 3 } i.e. consists in performing the display of the form (see, Shtovba SD. Designing fuzzy systems using MATLAB tools. - M.: Hot line - Telecom, 2007):
Здесь y - выходной параметр нечеткого классификатора. Классификация на основе нечеткого логического вывода происходит по базе знаний вида:Here y is the output parameter of the fuzzy classifier. Classification based on fuzzy inference occurs on the basis of knowledge of the form:
где:
nj - количество строчек - конъюнкций, в которых выход у оценивается нечетким термом dj, j=1,m;n j is the number of lines - conjunctions in which the output y is estimated by the fuzzy term d j , j = 1, m;
m - количество термов, используемых для лингвистической оценки выходного параметра y.m is the number of terms used to linguistically evaluate the output parameter y.
На основе исходных данных (функции принадлежности коэффициентов формы, см. фиг.3) для построения нечеткого классификатора сформирована нечеткая база знаний, представленная в Таблице 1.Based on the source data (membership function of form factors, see Fig. 3), a fuzzy knowledge base is presented for the construction of a fuzzy classifier, presented in Table 1.
Веса правил ωjp настроены в процессе обучения нечеткого классификатора. Обучение проводилось на основе порядка двухсот экспериментов.The weights of the rules ω jp are tuned during the training of the fuzzy classifier. The training was conducted on the basis of about two hundred experiments.
Степени принадлежности объекта классификации, информативные признаки которого заданы вектором
В качестве решения выбирают класс с максимальной степенью принадлежностиAs a solution, choose a class with a maximum degree of belonging
В качестве критерия разделения некруглых объектов на полосовые и ветвистые авторами был выбран критерий наличия либо отсутствия ветвлений у исследуемых объектов, основанный на преобразовании успех/неудача (Digital Image Processing using MATLAB / R. C. Gonzalez, R. E. Woods, S. L. Eddins. - Pearson Education. 2004) и включающий в себя следующие шаги:As a criterion for dividing non-circular objects into strip and branching objects, the authors selected a criterion for the presence or absence of branching of the studied objects based on the success / failure transformation (Digital Image Processing using MATLAB / RC Gonzalez, RE Woods, SL Eddins. - Pearson Education. 2004) and includes the following steps:
1) Построение остова некруглого объекта.1) Construction of the skeleton of a non-circular object.
2) Удаление паразитных компонентов остова.2) Removal of parasitic components of the skeleton.
3) Выполнение преобразования успех/неудача для остова объекта.3) Performing a success / failure transformation for the object backbone.
4) Подсчет количества точек ветвлений объекта.4) Counting the number of branch points of an object.
При наличии точек ветвлений некруглый объект относится к ветвистым, при их отсутствии - к полосовым доменам.In the presence of branch points, a non-circular object refers to branching, in their absence - to strip domains.
Пример. В качестве иллюстрации достижения технического результата показан пример обработки изображения, содержащего круглые, эллиптические, гантелеобразные, полосовые и ветвистые домены (на фиг.2, для наглядности, выделен небольшой участок структуры для обработки). Компьютерная обработка выполнялась в среде MatLab.Example. As an illustration of the achievement of the technical result, an example of image processing containing round, elliptical, dumbbell, strip and branching domains is shown (in Fig. 2, for clarity, a small portion of the structure for processing is highlighted). Computer processing was performed in the MatLab environment.
На фиг.4 показано изображение для анализа после предварительной обработки, включающей в себя фильтрацию и бинаризацию (см. Анализ и распознавание наномасштабных изображений: традиционные подходы и новые постановки задач. /В.А.Сойфер, А.В.Куприянов // Компьютерная оптика. - 2011. - Т.35, №2. - С.136-144).Figure 4 shows the image for analysis after pre-processing, which includes filtering and binarization (see Analysis and recognition of nanoscale images: traditional approaches and new problem statements. / V.A.Soyfer, A.V. Kupriyanov // Computer Optics . - 2011. - T.35, No. 2. - S.136-144).
На фиг.5 показаны результаты распределения доменов по классам. Для каждого объекта на бинарном изображении рассчитываются коэффициент округлости k1 (вертикальная ось, фиг.5) и коэффициент заполнения k2 (горизонтальная ось, фиг.5). Приведены построенные с помощью нечеткой кластеризации функции принадлежности µ объектов к определенному типу в зависимости от значений коэффициентов k1, k2. На осях отмечены интервалы, соответствующие одному из заранее определенных классов объектов: круглые объекты (класс d1), эллиптические (класс d2), гантелеобразные (класс d3) и некруглые (полосовые, ветвистые: класс d4). В результате объекты, принадлежащие к одному и тому же классу, локализуются в строго определенной области координат на фиг.5, что и позволяет реализовать распознавание доменов на основе предложенной базы знаний.Figure 5 shows the results of the distribution of domains into classes. For each object in a binary image, a roundness coefficient k 1 (vertical axis, FIG. 5) and a fill factor k 2 (horizontal axis, FIG. 5) are calculated. The functions of belonging of µ objects to a certain type constructed using fuzzy clustering are given depending on the values of the coefficients k 1 , k 2 . On the axes, intervals corresponding to one of the predefined classes of objects are marked: round objects (class d1), elliptical (class d2), dumbbell-shaped (class d3) and non-circular (strip, branchy: class d4). As a result, objects belonging to the same class are localized in a strictly defined coordinate region in Fig. 5, which allows realizing domain recognition based on the proposed knowledge base.
На фиг.6 показано распределение доменов по областям, которые соответствуют ранее упоминавшимся классам объектов d1-d4.Figure 6 shows the distribution of domains in areas that correspond to the previously mentioned classes of objects d1-d4.
При дальнейшем анализе для некруглых объектов выполняется построение остовов (фиг.6). К каждому объекту применяется преобразование успех/неудача, позволяющее определить наличие точек ветвлений у доменов. Для наглядности изображение на фиг.6 инвертировано, а найденные точки ветвлений выделены.With further analysis for non-circular objects, the construction of the cores is performed (Fig.6). For each object, the success / failure transformation is applied, which allows determining the presence of branch points at domains. For clarity, the image in Fig.6 is inverted, and the found branch points are highlighted.
В таблице 2 приведены результаты классификации доменов для исходного тестового изображения, показанного на фиг.4.Table 2 shows the results of the domain classification for the original test image shown in FIG. 4.
Таким образом, патентуемый способ обеспечивает распознавание круглых, эллиптических, гантелеобразных и некруглых объектов в лабиринтных доменных структурах и, кроме того, классификацию некруглых объектов на полосовые и ветвистые. Изобретение может быть использовано для анализа изображений различного происхождения, имеющих в своем составе тысячи объектов различной формы.Thus, the patented method provides recognition of round, elliptical, dumbbell-shaped and non-circular objects in labyrinth domain structures and, in addition, the classification of non-circular objects into strip and branch ones. The invention can be used to analyze images of various origins, incorporating thousands of objects of various shapes.
Claims (2)
отличающийся тем, что определяют общее количество объектов на изображении структуры,
в качестве морфологических признаков используют коэффициенты округлости и заполнения для каждого из объектов,
формируют нечеткую базу знаний для разделения объектов на круглые, эллиптические и гантелеобразные с использованием треугольной функции принадлежности, а для некруглых полосовых и ветвистых объектов - с использованием трапециевидной функции принадлежности на основе экспериментальных данных значений указанных коэффициентов округлости и заполнения, и проводят распознавание доменов,
далее формируют нечеткий классификатор для разделения объектов по форме на круглые, эллиптические, гантелеобразные, полосовые и ветвистые объекты на основе соотношения коэффициента округлости и коэффициента заполнения объекта и проводят классификацию формы объектов, причем
при классификации некруглого объекта проводят построение его остова и для него выполняют преобразование успех/неудача, далее выявляют точки ветвлений и при их наличии некруглый объект относят к ветвистым, а при отсутствии - к полосовым доменным структурам.1. A method for recognizing and classifying the shape of objects in labyrinth domain structures, including obtaining a digital image of the structure, filtering it, binarizing and analyzing morphological features of objects,
characterized in that the total number of objects in the image of the structure is determined,
as morphological features using roundness and filling factors for each of the objects,
form a fuzzy knowledge base for dividing objects into round, elliptical and dumbbell-shaped using a triangular membership function, and for non-circular strip and branching objects using a trapezoidal membership function based on experimental data of the values of these roundness and filling coefficients, and domain recognition is performed,
further, a fuzzy classifier is formed for dividing objects in shape into round, elliptical, dumbbell, strip and branchy objects based on the ratio of the roundness coefficient and the fill factor of the object and classifies the shape of the objects,
when classifying a non-circular object, the construction of its skeleton is carried out and the success / failure transformation is performed for it, then branch points are identified and, if present, the non-circular object is referred to as branchy, and in the absence, to strip domain structures.
для круглых объектов - k1=0,77-1,0; k2=0,83-1,0;
для эллиптических объектов - k1=0,62-0,77, k2=0,71-0,83;
для гантелеобразных объектов - k1=0,5-0,62, k2=0,62-0,71;
для некруглых полосовых, ветвистых - k1=0,01-0,9, k2=0,1-0,62,
причем коэффициенты округлости k1 и заполнения k2 описывают треугольными функциями принадлежности для круглых, эллиптических, гантелеобразных объектов и трапецеидальными функциями принадлежности для некруглых объектов. 2. The method according to claim 1, characterized in that the fuzzy classifier is formed taking into account the numerical values of the coefficient k 1 roundness and coefficient k 2 filling, lying in the ranges:
for round objects - k 1 = 0.77-1.0; k 2 = 0.83-1.0;
for elliptical objects - k 1 = 0.62-0.77, k 2 = 0.71-0.83;
for dumbbell-shaped objects - k 1 = 0.5-0.62, k 2 = 0.62-0.71;
for non-circular strip, branched - k 1 = 0.01-0.9, k 2 = 0.1-0.62,
moreover, the roundness coefficients k 1 and filling k 2 are described by triangular membership functions for round, elliptical, dumbbell-shaped objects and trapezoidal membership functions for non-circular objects.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147313/08A RU2522869C2 (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012147313/08A RU2522869C2 (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012147313A RU2012147313A (en) | 2014-05-20 |
| RU2522869C2 true RU2522869C2 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=50695374
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012147313/08A RU2522869C2 (en) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2522869C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2836156C1 (en) * | 2024-05-02 | 2025-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of recognizing and classifying objects on image |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2173881C2 (en) * | 1999-06-25 | 2001-09-20 | Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения | Method and device for selection of ground and air objects (modifications) |
| US20070217676A1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Kristen Grauman | Pyramid match kernel and related techniques |
| RU2346331C1 (en) * | 2007-06-04 | 2009-02-10 | Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" | Method of automatic estimate of lcd data display correctness |
| US20090326872A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Microsoft Corporation | Analytical Map Models |
| RU118774U1 (en) * | 2012-03-30 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Российской академии наук | AUTOMATED SYSTEM OF ANALYSIS OF BIOMEDICAL MICRO-IMAGES FOR DETECTION AND CHARACTERIZATION OF INFORMATIVE OBJECTS OF A SPECIFIED TYPE ON AN INHOMOGENEOUS BACKGROUND |
-
2012
- 2012-11-07 RU RU2012147313/08A patent/RU2522869C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2173881C2 (en) * | 1999-06-25 | 2001-09-20 | Центральный научно-исследовательский институт точного машиностроения | Method and device for selection of ground and air objects (modifications) |
| US20070217676A1 (en) * | 2006-03-15 | 2007-09-20 | Kristen Grauman | Pyramid match kernel and related techniques |
| RU2346331C1 (en) * | 2007-06-04 | 2009-02-10 | Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Метран" | Method of automatic estimate of lcd data display correctness |
| US20090326872A1 (en) * | 2008-06-27 | 2009-12-31 | Microsoft Corporation | Analytical Map Models |
| RU118774U1 (en) * | 2012-03-30 | 2012-07-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Вычислительный центр им. А.А. Дородницына Российской академии наук | AUTOMATED SYSTEM OF ANALYSIS OF BIOMEDICAL MICRO-IMAGES FOR DETECTION AND CHARACTERIZATION OF INFORMATIVE OBJECTS OF A SPECIFIED TYPE ON AN INHOMOGENEOUS BACKGROUND |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2836156C1 (en) * | 2024-05-02 | 2025-03-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" | Method of recognizing and classifying objects on image |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012147313A (en) | 2014-05-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Garg et al. | Deep convolution neural network approach for defect inspection of textured surfaces | |
| Jin et al. | Internal crack detection of castings: a study based on relief algorithm and Adaboost-SVM | |
| CN111860309A (en) | Face recognition method and system | |
| US20060204953A1 (en) | Method and apparatus for automated analysis of biological specimen | |
| CN111517092A (en) | Transmission belt tearing detection method | |
| Voronin et al. | Automated visual inspection of fabric image using deep learning approach for defect detection | |
| Joshua et al. | Segmentation of optic cup and disc for diagnosis of glaucoma on retinal fundus images | |
| Yusof et al. | Automated asphalt pavement crack detection and classification using deep convolution neural network | |
| CN104680545A (en) | Method for detecting existence of salient objects in optical images | |
| Jambhekar | Red blood cells classification using image processing | |
| Jian et al. | Imbalanced defect classification for mobile phone screen glass using multifractal features and a new sampling method | |
| CN103679144B (en) | Method for identifying fruits and vegetables in complex environment based on computer vision | |
| Sigdel et al. | Feature analysis for classification of trace fluorescent labeled protein crystallization images | |
| Long et al. | Cascaded approach to defect location and classification in microelectronic bonded joints: Improved level set and random forest | |
| CN108876776A (en) | A kind of method of generating classification model, eye fundus image classification method and device | |
| Prabaharan et al. | RETRACTED ARTICLE: An improved convolutional neural network for abnormality detection and segmentation from human sperm images | |
| Wu et al. | Particle swarm optimization-based optimal real Gabor filter for surface inspection | |
| Basile et al. | A texture-based image processing approach for the description of human oocyte cytoplasm | |
| Ayala et al. | Image segmentation by agent-based pixel homogenization | |
| Isidoro et al. | Automatic Classification of Cervical Cell Patches based on Non-geometric Characteristics. | |
| RU2522869C2 (en) | Method for recognition and classification of object shape in labyrinth domain structures | |
| CN115953629B (en) | Polarized image identification and pixel classification method | |
| CN118587702A (en) | A rock lithology classification and recognition method based on multi-scale convolutional neural network | |
| Mahmood et al. | An automated approach for interpretation of statistical graphics | |
| Xiong et al. | Automatic area classification in peripheral blood smears |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201108 |