АНАЛІЗ АЛГОРИТМІВ СКЕЛЕТИЗАЦІЇ БІНАРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ

Анотація

Досліджено алгоритми побудови скелетів бінарних зображень. Уточнено сучасне визначення скелета плоскої фігури. Проведено огляд і класифікація існуючих алгоритмів скелетизації. Алгоритми класифіковані за методами обробки зображення всередині кадру та за застосовуваними принципами скелетизації. Відзначена некоректність за Адамаром задачі побудови скелета плоскої фігури. Некоректність задачі породжує дефекти отриманого скелета двох типів - поява помилкових гілок скелета і порушення його суцільності. Для кількісного порівняння різних алгоритмів введені два показника якості одержуваного скелета, що характеризують зазначені дефекти. В якості ще одного показника для порівняння різних алгоритмів вибрано швидкодію. Швидкодія оцінюється часом виконання процедури побудови скелета за заданим алгоритмом. Для порівнянності результатів процедура побудови скелета повинна здійснюватися на одній програмно-апаратній платформі. Для порівняння якості алгоритмів скелетизації були обрані п'ять найбільш популярних алгоритмів: класична морфологічна скелетизація, два ітеративних паралельних алгоритми - Жанг-Суена і Гуо-Холла, ітеративний послідовний алгоритм Стентіфорда і високоякісний послідовний алгоритм Щепіна-Непомнящего. Для порівняльного аналізу алгоритми були програмно реалізовані на мові C ++ з використанням бібліотеки OpenCV на економічній комп'ютерної платформі середньої продуктивності. В якості вихідного зображення для скелетизації були використані кадри з відеопотоку зображення рухів людини розміром 640*480 пікселів, отримані за допомогою побутової веб-камери. Порівняльний аналіз проводився з погляду застосовності алгоритмів в системах дистанційної рухової реабілітації хворих. У таких системах алгоритм скелетизації фігури всередині кадру є найбільш ресурсномісткою обчислювальною операцією. Тому метою порівняльного аналізу був вибір алгоритму скелетизації, що працює в режимі, близькому до реального часу, і забезпечує досить високу якість скелета для подальшого аналізу рухів пацієнта. Аналіз проводився для оброблених 340 зображень з бази даних системи рухової реабілітації. Встановлено, що компромісним варіантом для систем рухової реабілітації є алгоритм Жанг-Суена. Цей алгоритм поєднує високу швидкодію з високими показниками якості скелета.