МЕТОД ПОКРАЩЕННЯ КОСМОЗНІМКІВ З ВИКОРИСТАННЯМ ПРОСТОРОВИХ ОПТИЧНИХ МАСОК ТА ЧАСТОТНИХ ФІЛЬТРІВ

Анотація

У роботі запропоновано простий ефективний метод покращення якості космознімків, який базується на просторовій і частотній фільтрації зображень з використанням різноманітних фільтрів. Метод базується на теорії створення оптичних масок з використанням теореми згортки з наступним здійсненням частотної фільтрації. Роботу такого методу продемонстровано на прикладі гаусівського згладжуючого фільтру. Практична частина роботи реалізована із використанням мови програмування Python 3.7.4 у середовищі розробки Visual Studio 2017 Community Edition а також із використанням Jupyter Nonebook. Розроблено  різноманітниы просторовы фільтри-маски а також створено гаусівські високо- та низькочастотні фільтри. Властивостями останніх можна керувати шляхом зміни  пераметру ширини гаусівської кривої σ. Реалізацію можливостей фільтрів продемонстровано на космознімку залишків оборонного монастиря Св. Василія Великого. Аналіз впливу фільтрів на зображення показав, що кожен з них  здійснює певну дію. Для сприйняття за допомогою людського ока найбільш помітний вплив здійснюють низькочастотні згладжуючі фільтри. Це в першу чергу пов’язане із тим , що при такій фільтрації значення яскравості окремого пікселя замінюється середнім значенням у градаціях сірого при використанні відповідної маски. При цьому на зображенні зменшуються різкі переходи на рівні сірого. Оскільки усереднений шум проявляється у різких переходах , то слід очікувати що згладжування приведе до зменшення шумів. Однак краї, які завжди присутні на зображеннях, також характеризуються різкими переходами на рівнях сірого. Тому використання усереднюючих фільтрів дає небажаний ефект у розмитті країв. Усунути такий недолік дозволило використання  гаусівських високочастотних і низькочастотних фільтрів, у яких можна змінювати ширину гаусівської кривої  σ. Зокрема було показано, що у випадку високочастотних фільтрів  більш різко проявляються контури оборонних мурів (σ = 12). Натомість при використанні низькочастотних згладжуючих фільтрів краще проглядаються певні плавні просторові області. Так при (σ = 24) появляються  залишки оборонних споруд ,які не проглядаються ні на оригіналі.

Аналіз космознімків також показав, що на них також спостерігаються адитивні шуми, які на вдається усунути  шляхом частотної або просторової фільтрації. Такі шуми , як правило виникають в процесі самої  зйомки їч можна позбутись методами відновлення зображень.

У роботі також представлена  написана на мові Python 3.7.4  оригінальна програма, із використанням внутрішніх функцій ,яка дозволяє створювати просторові маски вищих порядків.

Отримані результати можуть бути корисні при створенні елементів комп’ютерного зору.

Ключові слова: функція Гауса,теорема згортки,  космознімки, оптичні маски, гаусівські високочастотні і низькочастотні просторові фільтри