Директор иси со ран д ф. м н. А. Г. Марчук

Утверждаю

Директор ИСИ СО РАН

д.ф.-м.н. А.Г. Марчук

_______________

7 октября 2003 г.

ВЫПИСКА

из протокола заседания № 581 семинара

“Конструирование и оптимизация программ”

Института систем информатики СО РАН от 7-го октября 2003г.
Заключение о кандидатской диссертации

Лобива Игоря Васильевича

«Программные системы для локализации и идентификации объектов

в изображениях»

ПРИСУТСТВОВАЛИ: 30 человек, в том числе:

д.ф.-м.н. Касьянов В.Н., д.ф.-м.н. Евстигнеев В.А., к.т.н. Поляков В.Г.,

д.ф.-м.н. Рябко Б.Я. , д.ф.-м.н. Замулин А.В., к.ф.-м.н. Бульонков М.А.,

к.ф.-м.н. Емельянов П.Г., к.т.н. Загорулько Ю.А., к.ф.-м.н. Городняя Л.В.,

к.ф.-м.н. Калинина Н.А., к.т.н. Шелехов В.И., к.ф.-м.н. Степанов Г.Г.,

к.ф.-м.н. Мурзин Ф.А., к.ф.-м.н. Пестунов И.А., д.т.н. Бандман О.Л.,

д.ф.-м.н. Марчук А.Г., Половинко О.Н., Черемушкин Е.С., Дунаев А.А. и др.

СЛУШАЛИ: Диссертационную работу Лобива И.В. «Программные системы для локализации и идентификации объектов в изображениях» на соискание ученой степени к.ф.-м.н. по специальности 05.13.11. – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»

ПОСТАНОВИЛИ: Принять следующее заключение по диссертации:

Актуальность. Задачи из области машинного зрения на сегодняшний день появляются не только в таких традиционных сферах как обработка аэрокосмических снимков или военные области, но и в нетрадиционных. Например для обработки снимков бактерий в микробиологии, для автоматической сортировки корреспонденции и промышленных грузов, для автоматического контроля автомобильного движения , для сборки сложной продукции с помощью роботов на промышленном конвейере и т.д.

Задачи, возникающие в данной области, пытаются решить многие научные школы. Нельзя не отметить вклад американских ученных в лице корпорации Datacube. Корпорация получила известность еще в 80-е, когда представила несколько конвейерных суперкомпьютеров для военных и гражданских нужд США. Одна из основных областей, разрабатываемых данной корпорации – область машинного зрения. В 1990 году был выпущен программно - аппаратный продукт ImageFlow предназначенный для быстрой обработки изображений.

На данный момент корпорация является лидером в производстве систем распознавания изображений. Продукт MaxVision Toolkit используется во многих гражданских областях народного хозяйства, а так же военными США.

Метод, предложенный корпорацией Datacube обладает рядом недостатков.

1. Большое время обучения системы по образцу – , где - размер образца

2. Ограниченный набор преобразований – дискретная шкала углов и масштабов.

3. При построении последовательности изображений по методу пирамид возможна потеря данных, а значит и ухудшается вероятность локализации.

4. Работа только с серыми (gray-scale) изображениями. Тогда как в области машинного зрения существует острый недостаток приложений, работающих с цветными изображениями.

В диссертационной работе описывается метод, конкурентоспособный с разработкой компании Datacube, основанный на применении системы опорных точек и использовании лексикографического рекурсивного поиска.

В результате проведенных исследований был реализован ряд программных систем для локализации и идентификации объектов в изображениях.

Первая рассмотренная задача – локализация образца в фотографическом изображении.

Задача осложнена тем, что искомый фрагмент может отличаться от образца расположением (параллельным переносом и поворотом), масштабом и цветовыми характеристиками, такими как яркость, контрастность, насыщенность цвета и др.

Другое важное требование состоит в том, что поиск должен осуществляться максимально быстро. Это требование является типичным в робототехнике, системах безопасности, военных системах наведения и целеуказания

Степень новизны полученных автором результатов. Все полученные автором результаты, вошедшие в диссертацию, являются новыми и своевременно опубликованными. В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

Проведены комплексные теоретические исследования и созданы программные системы, выполняющие следующие функции:

• 
  Быстрый поиск (локализация) фрагмента фотографического изображения в другом изображении для случая, когда фрагмент может быть повернут и/или изменен его масштаб.
  
• 
  Распознавание и локализация движущегося объекта в видео-потоке.
  
• 
  Локализация на фотографическом изображении шаблона и распознавания содержащегося в нём текста.
  
• 
  Восстановление положения движущегося тела по информации, получаемой с множества одномерных видеокамер.
  

Степень достоверности полученных результатов. Все основные положения и выводы, сформулированные в диссертации, теоретически и экспериментально обоснованы.

Основные результаты диссертационной работы докладывались в Институте систем информатики СО РАН, Институте физики полупроводников СО РАН, Институте теоретической и прикладной механики СО РАН.

Результаты работы докладывались на следующих научных конференциях: “Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика”, Международная конференция, посвященная 80-летию академика Н.Н. Яненко в 2001 г.; Пятая международная конференция, посвященная памяти академика А.П. Ершова «Перспективы систем информатики» - 2003; Международная конференция “Вычислительные технологии  98” и Международная конференция “ИНПРИМ  98” в Новосибирске, а также в Институте физики полупроводников СО РАН на конференции “Distributed Data Processing – 98”.

Публикации. Автор имеет 17 печатных работ, из них по теме диссертации опубликовано 11 работ. Научные результаты, включенные в диссертацию, в полной мере опубликованы в следующих работах:

1. Лобив И.В., Мехонцев Д.Ю., Селезнев К.С. Методы обнаружения движущихся объектов в видео потоке // Современные проблемы прикладной математики и механики: теория, эксперимент и практика, Международная конференция, посвященная 80-летию академика Н.Н.Яненко, Новосибирск, Академгородок, 24 - 29 июня 2001 года, С. 60-61.

2. Дунаев А.А., Лобив И.В., Мехонцев Д.Ю., Мурзин Ф.А., Половинко О.Н., Семич Д.Ф., Чепель А.В., Ярков К.А. Алгоритмы быстрого поиска фрагментов фотографических изображений // Современные проблемы конструирования программ. – Новосибирск, 2002. – С. 88 – 109.

3. Мехонцев Д.Ю., Лобив И.В., Селезнев К.С. Слежение и определение скорости движущихся на плоскости объектов в реальном времени. // Современные проблемы конструирования программ. – Новосибирск, 2002. – С. 243 – 246.

4. Лобив И.В., Мехонцев Д.Ю., Селезнев К.С. Слежение и определение скорости движущихся на плоскости объектов в реальном времени. // Международная конференция молодых ученых по математическому моделированию и информатике – 2001, Новосибирск, Академгородок, ИСИ СО РАН, С. 24 – 25.

5. Мехонцев Д.Ю., Лобив И.В. Решение задачи нахождения оптимального положения тела в пространстве по данным поступающим с одномерных камер для трехмерной оптической системы анализа движения объектов // Международная конференция молодых ученых по математическому моделированию и информатике – 2002, Новосибирск, Академгородок, ИСИ СО РАН С. 45 – 46 (http://www-sbras.nsc.ru/HBC/2002/n44/f12.html)

6. Дунаев А.А., Кель А.Э., Лобив И.В., Мурзин Ф.А, Половинко О.Н., Черемушкин Е.С. Алгоритмы визуализации генетической информации. // Пятая международная конференция «Перспективы систем информатики» - 2003, Новосибирск, Академгородок, Доклады и тезисы С.43 - 47

7. Винокуров А.А., Ильин И.В., Лобив И.В., Мурзин Ф.А, Половинко О.Н., Семич Д.Ф. Программное обеспечения для поддержки процесса ядерного каротажа нефтяных скважин. // Пятая международная конференция «Перспективы систем информатики» - 2003, Новосибирск, Академгородок, Доклады и тезисы С.40 - 43

8. Дунаев А.А., Лобив И.В., Мехонцев Д.Ю., Мурзин Ф.А., Половинко О.Н., Семич Д.Ф., Ярков К.А. Алгоритмы быстрого поиска повернутых и масштабированных образов внутри данного изображения. // Пятая международная конференция «Перспективы систем информатики» - 2003, Новосибирск, Академгородок, С.50 – 53

Научная и практическая ценность. Научные исследования и реализация программных систем выполнялись по заказам зарубежных фирм и переданы заказчикам. Разработанные методы позволили решить несколько важных хорошо известных проблем области исследования. Также было предложено несколько оригинальных модификаций классических алгоритмов (например, модификация алгоритма Брезенхейма в подзадаче быстрого поворота фрагмента изображения и др.).

Личный вклад автора.

Наибольший вклад в первой задаче автор внес в разработку и реализацию алгоритмов: быстрый поворот фрагмента изображения, метод адаптивных порогов, оптимизация древовидной поисковой структуры, контрольное сравнение, метод обратной связи между алгоритмом поиска и контрольного сравнения. Во второй задаче автору полностью принадлежит программная реализация всех методов. Совместно с Мехонцевым Д.Ю. автор проводил отработку алгоритмических деталей: фильтры, адаптивный фон. При разработке третьей задачи был ответственным за локализацию маркера, текст распознавали другие соавторы. В четвертой задаче участвовал в разработке алгоритмов. В данной задаче также проводил проектирование и вывод наиболее сложных формул в системе символьных преобразований Maple_V_R4 и частично реализовывал программу на C++ (часть фильтров, интерполяция некоторых данных и др.).

Заключение. Семинар считает, что диссертация Лобива И.В. является законченной научно-исследовательской работой, содержащей новые подходы к решению задач поиска и локализации объектов в изображениях. Разработанный программный комплекс быстрого поиска фрагмента в изображении является одним из лучших для данного класса задач.

Диссертация Лобива И.В. «Программные системы для локализации и идентификации объектов в изображениях» удовлетворяет требованиям, предъявляемым к кандидатским диссертациям, и ее содержание соответствует специальности 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей».

Диссертация рекомендуется к защите на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей».
Председатель семинара

д.ф.-м.н., профессор Касьянов В.Н.

Секретарь семинара Волянская Т.А.