СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОРИЕНТАЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИЗОБРАЖЕНИЯ

Способ определения ориентации элементов изображения относится к широкой области анализа различных изображений в научных исследованиях. Очень часто в качестве регистрации тех или иных свойств материалов или различных процессов используются полученные различными способами изображения, и в частности, цифровые изображения.

При анализе различных изображений часто возникает задача определения ориентации элементов изображения. В качестве примера можно привести проблему определения ориентации микроструктурных элементов в породах на микроуровне. Изображения, полученные с помощью микроскопа, несут информацию об ориентации пор и кристаллов, которая необходима для эффективной разработки месторождений углеводородов.

Известны способы определения ориентации элементов изображений путем анализа их фотоизображений с помощью методов топографии, по дифракционным спектрам (Островский И.О. Голография и ее применение, М., "Наука". 1973), а также методом Фурье-преобразования (Smart P., Tovey К. Electron microscopy of soils and sediments: techniques - Oxford.: Clarendon Press, 1982) Известен способ получение качественного, равномасштабного изображения удаленных объектов и повышение точности определения ориентации объекта (Холин Игорь Владимирович. Способ холина получения изображения динамического объекта и определения его ориентации. Патент 2085834, класс G01B 9/00 опубл. 27.07.1997) основанный на приеме рассеянного объектом поля в двух пунктах которые располагаются вдоль вектора и в каждом пункте формируют комплексный дальностно-доплеровский образ объекта, после чего измеряется вектор скорости смещения амплитудно-фазового распределения поля.

Однако в каждом из этих способов имеются недостатки, снижающие точность оценки степени ориентации. Так, голография требует достаточно сложного дополнительного оборудования и определение ориентации может осуществляется только как преимущественное направление. Метод Фурье - преобразование изображений может давать неправильное направление ориентации, так как не ясно какие гармоники определяют анализируемые структурные элементы изображения. Способ основанный на доплеровском образе объекта не пригоден для анализа готовых изображений, а осуществляется в процессе получения изображения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому, является способ определения ориентации элементов цифровых изображений, использующий в качестве критерия оценки ориентации градиент интенсивности сигнала в каждой точке изображения (Unitt В. М. A digi tal computer method for revealing directional information in images. - J. Phys. E Series Z, 1975, 8, p.423-425). Однако этот метод, не пригоден для анализа двуградационных (черно-белого без оттенков серого) изображений так как изменение градиента интенсивности сигнала по различным направлениям в таких изображениях не происходит.

Целью настоящего изобретения является повышение точности определения ориентации элементов полутоновых и возможность определения ориентации элементов двугарадационных изображений.

В предлагаемом способе реализуется метод измерения средней длины объектов в различных направлениях. Под средней длиной понимается средняя длина полученная по всем измеренным объектам для данного направления. Способ основан на измерении размеров объектов (элементов изображения) в различный направлениях от 0 до 180° с помощью проведения на изображении секущих линий, а критерием оценки для определения направления ориентации (преимущественной ориентации) является направление при котором средний размер всех объектов, измеренный вдоль секущих линий является максимальным по сравнению со средними размерами в других направлениях. Для этого при анализе на изображение наносят параллельные секущие линии, которые пересекают объекты (элементы изображения) и измеряют длину объектов вдоль всех секущих линий и затем вычисляют среднюю длину объектов для всех секущих в данном направлении. Далее аналогичные измерения проводятся для каждого заданного направления секущих линий от 0 до 180° с заданным угловым шагом. Направление ориентации определяется по максимальному значению средней длины объектов определенных для всех заданных направлений. Чем меньше шаг угла и больше направлений анализа, тем больше точность определения ориентации.

Способ осуществляют следующим образом. При анализе на изображение с выделенными ориентированными или разнонаправленными объектами (элементами изображения) наносят параллельные секущие линии как это показано на фиг.1, 2, 3 где иллюстрируются изображения с выделенными элементами в виде эллипсов разной величины ориентированных в вертикальном направлении и обозначенными цифрой 1 (для удобства обозначено только несколько элементов). Секущие линии в виде решетки параллельных линий обозначены цифрой 2 (для удобства обозначена только одна линия). На рисунках в качестве примера показаны только три варианта расположения секущих линий относительно направления ориентации (фиг.1 - под 90°, фиг.2 - под 45°, и фиг.3 - 0°,). При определении ориентации секущие линии наносятся на изображение, затем измеряется длина объектов по секущим линиям и определяется средняя длина. Далее секущие линии проводятся под другим углом, то есть они поворачиваются (вращаются) под углами от 0 до 180° с заданным шагом угла и для каждого направления операции по измерению повторяются. Для пояснения на фиг.4 показаны длины эллипсов L_i вдоль секущих линий проведенных под различными углами относительно горизонтали (обозначенных цифрой 3); Фиг.1a - под углом 90° к вертикали, фиг.1б - под углом 67,5° фиг.1в - под углом 45° фиг.1г - под углом 0°. Для каждого направления вдоль всех секущих линий измеряется каждый объект и вычисляется среднее значение длины всех объектов для всех секущих линий - L_cp. Значение L_cp является мерой степени ориентации для каждого направления секущих линий. Как видно из рисунка при совпадении ориентации эллипсов и секущих линий получаемое среднее значение длины максимально фиг.1а - под углом 90° к горизонтали.

Величина значения средней длины отрезков элементов изображений (объектов) L_cp вдоль всех секущих линий может служить масштабом для вектора векторной диаграммы степени ориентации в данном направлении. Выбор шага угла поворота секущих линий относительно горизонтали определяет количество выбранных направлений и точность анализа ориентации. Например, если проводить секущие линии через каждый угловой градус относительно горизонтали то необходимо анализировать среднюю длину объектов (элементов изображения) 180 раз, если через 5 угловых градусов то 36 раз. Чем меньше шаг угла, тем больше количество выбранных направлений и соответственно более точное определение направления ориентации. Соответственно построенная по полученным значениям L_cp диаграмма - роза ориентации в первом случае будет более информативной. Количество секущих линий также влияет на точность измерений, чем больше секущих тем точнее анализ. При анализе ориентации изображения могут быть цифровыми, а определение ориентации может выполняться на компьютере программным методом, при этом максимальное количество секущих линий будет определяться размером пикселя.

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения ориентации структурных элементов любого изображения и расширить возможности определения ориентации для черно-белых двуградационных изображений. Кроме этого способ дает объективную количественную оценку степени ориентации во всех направлениях.