Журналов:     Статей:        

Радиопромышленность. 2020; 30: 23-34

Архитектура объектно-ориентированной программной реализации алгоритмов полного цикла обработки оптических изображений неизвестного объекта

Лавров В. В., Лучкин Р. С., Прохоров М. Е., Рындин Ю. Г., Тестов А. В.

https://doi.org/10.21778/2413-9599-2020-30-4-23-34

Аннотация

Постановка проблемы. В процессе программной обработки сильно искаженных оптических изображений (ОИ) удаленных объектов, формируемых в телескопах наземного базирования, возникает необходимость решения задач оценки параметров фонового излучения, фильтрации изображений информационных объектов, выделения их на исходных ОИ и классификации. Эта ситуация характерна для обработки изображения как одиночного объекта, так и движущихся космических объектов на снимках звездного неба. В этой связи авторами в рамках объектно-ориентированного подхода разработан универсальный шаблон проектирования, позволяющий реализовать необходимую обработку с единых позиций.

Цель. Разработка прототипа программной реализации алгоритмов для решения вышеупомянутых задач в рамках предложенного авторами шаблона проектирования, проверка возможности его использования при разработке архитектуры программного обеспечения, с примерами обработки ОИ, полученными в натурных условиях.

Результаты. В статье изложены результаты разработки архитектуры программной реализации алгоритмов обработки искаженных ОИ удаленных космических объектов, формируемых в телескопах наземного базирования. В рамках объектно-ориентированной парадигмы программирования с использованием универсального языка моделирования (UML) дается описание основных компонент статической и динамической моделей архитектуры. В части статической модели предложено новое представление ОИ с использованием совокупности булевых матриц. В рамках динамической модели разработан универсальный шаблон (интерфейс) для реализации алгоритмов обработки искаженных ОИ с использованием диаграмм деятельности UML. Приводится его детализация при решении задач выделения отдельных конструктивных элементов на изображении одиночного объекта и выделения треков движущихся объектов на изображении звездного неба.

Практическая значимость. Разработанные программные реализации алгоритмов обработки оптических изображений невысокого качества могут быть использованы в рамках модернизации программных комплексов наземных телескопов.

Список литературы

1. Методы и алгоритмы полного цикла обработки последетекторного малоконтрастного оптического изображения / В. В. Лавров, Р. С. Лучкин, О. И. Немыкин, М. Е. Прохоров, Ю. Г. Рындин, В. С. Тюрин // Вопросы радиоэлектроники. 2018. № 3. С. 99–107. DOI 10.21778/2218-5453-2018-3-99-107

2. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений. М.: Издательский дом «Вильямс», 2006. 544 с.

3. Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice (SEI Series in Software Engineering). Addison-Wesley Professional, 2012, 624 p.

4. Dennis А., Wixom B. H., Tegarden D. Systems Analysis and Design: An Object-Oriented Approach with UML. New York, John Wiley & Sons Inc, 2015, 544 p.

5. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. М.: ДМК, 2000. 496 c.

6. Фаулер М., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования. М.: Мир, 1999. 192 с.

7. Чочиа П. А. Пирамидальный алгоритм сегментации изображений [Электронный ресурс] // Информационные процессы. 2010. Т. 10, № 1. C. 23–35. URL: http://www.jip.ru/2010/23–35–2010.pdf (дата обращения 06.10.2020).

8. Харинов. М. В. Обобщение трех подходов к оптимальной сегментации цифрового изображения // Труды СПИИРАН. 2013. № 2. C. 294–316.

9. Milyukova O. P. On Justification of Image Model // Optical Information Science and Technology (OIST97), Proc. SPIE, 1997, vol. 3348, pp. 283–289.

10. Колесса А. Е., Репин В. Г. Робастный адаптивный алгоритм выделения отметок от целей в цифровом изображении. Межгосударственная акционерная корпорация «Вымпел» [Электронный ресурс]. URL: https://docplayer.ru/51026878Robastnyy-adaptivnyy-algoritm-vydeleniya-otmetok-ot-celey-v-cifrovom-izobrazhenii.html (дата обращения: 06.10.2020).

11. Chittapur M. Track-Before-Detect Technique for Mitigating Sea Clutter Based on Hough Transform. IJCSN International Journal of Computer Science and Network, 2014, vol. 3, iss. 3, pp. 66–70.

Radio industry (Russia). 2020; 30: 23-34

Architecture of an object-oriented software implementation of algorithms for a full cycle of optical images of an unknown object processing

Lavrov V. V., Luchkin R. S., Prokhorov M. E., Ryndin Yu. G., Testov A. V.

https://doi.org/10.21778/2413-9599-2020-30-4-23-34

Abstract

Formulation of the problem. In the process of software processing of highly distorted optical images (OI) of distant objects formed in ground-based telescopes, it becomes necessary to solve the problems of estimating the parameters of background radiation, filtering images of information objects, isolating them on the original OIs, and classifying them. This situation is typical when processing images of both a single object and moving space objects in images of the starry sky. In this regard, the authors, within the framework of the object-oriented approach, have developed a universal design pattern that makes it possible to implement the necessary processing from a single point of view.

Objective. Development of a prototype for software implementation of algorithms for solving the aforementioned problems within the framework of the design pattern proposed by the authors. Examining the possibility of its use in the development of software architecture, with examples of OI processing obtained in natural conditions.

Results. The article presents the results of the development of the software implementation algorithms architecture for processing distorted OIs of remote space objects formed in ground-based telescopes. Within the framework of the objectoriented programming paradigm using the Universal Modeling Language (UML), a description of the main components of static and dynamic architecture models is provided. For the static model, a new representation of the OI is proposed using a set of Boolean matrices. Within the framework of the dynamic model, a universal template (interface) has been developed for the implementation of algorithms for processing distorted OIs using UML activity diagrams. Its particularization is given when solving the problems of highlighting individual structural elements in the image of a single object and highlighting the tracks of moving objects in the image of the starry sky.

Practical significance. The developed software implementations of low-quality optical image processing algorithms can be used in the modernization of software systems for ground-based telescopes.

References

1. Metody i algoritmy polnogo tsikla obrabotki posledetektornogo malokontrastnogo opticheskogo izobrazheniya / V. V. Lavrov, R. S. Luchkin, O. I. Nemykin, M. E. Prokhorov, Yu. G. Ryndin, V. S. Tyurin // Voprosy radioelektroniki. 2018. № 3. S. 99–107. DOI 10.21778/2218-5453-2018-3-99-107

2. Fauler M. Arkhitektura korporativnykh programmnykh prilozhenii. M.: Izdatel'skii dom «Vil'yams», 2006. 544 s.

3. Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice (SEI Series in Software Engineering). Addison-Wesley Professional, 2012, 624 p.

4. Dennis A., Wixom B. H., Tegarden D. Systems Analysis and Design: An Object-Oriented Approach with UML. New York, John Wiley & Sons Inc, 2015, 544 p.

5. Buch G., Rambo D., Dzhekobson A. Yazyk UML. Rukovodstvo pol'zovatelya. M.: DMK, 2000. 496 c.

6. Fauler M., Skott K. UML v kratkom izlozhenii. Primenenie standartnogo yazyka ob\"ektnogo modelirovaniya. M.: Mir, 1999. 192 s.

7. Chochia P. A. Piramidal'nyi algoritm segmentatsii izobrazhenii [Elektronnyi resurs] // Informatsionnye protsessy. 2010. T. 10, № 1. C. 23–35. URL: http://www.jip.ru/2010/23–35–2010.pdf (data obrashcheniya 06.10.2020).

8. Kharinov. M. V. Obobshchenie trekh podkhodov k optimal'noi segmentatsii tsifrovogo izobrazheniya // Trudy SPIIRAN. 2013. № 2. C. 294–316.

9. Milyukova O. P. On Justification of Image Model // Optical Information Science and Technology (OIST97), Proc. SPIE, 1997, vol. 3348, pp. 283–289.

10. Kolessa A. E., Repin V. G. Robastnyi adaptivnyi algoritm vydeleniya otmetok ot tselei v tsifrovom izobrazhenii. Mezhgosudarstvennaya aktsionernaya korporatsiya «Vympel» [Elektronnyi resurs]. URL: https://docplayer.ru/51026878Robastnyy-adaptivnyy-algoritm-vydeleniya-otmetok-ot-celey-v-cifrovom-izobrazhenii.html (data obrashcheniya: 06.10.2020).

11. Chittapur M. Track-Before-Detect Technique for Mitigating Sea Clutter Based on Hough Transform. IJCSN International Journal of Computer Science and Network, 2014, vol. 3, iss. 3, pp. 66–70.