omnaОмский научный вестникOmsk Scientific Bulletin1813-82252541-7541Омский государственный технический университет10.25206/1813-8225-2024-189-127-136HQKVYTomna-322Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, ФОТОНИКА, ПРИБОРОСТРОЕНИЕ И СВЯЗЬELECTRONICS, PHOTONICS, APPLIANCE AND COMMUNICATIONSЦифровой сглаживающий трапецеидальный рекурсивно-сепарабельный фильтр обработки изображений с изменяемыми размерами сканирующей многоэлементной апертурыDigital anti-aliasing trapezoidal recursively separable image processing filter with resizable scanning multi-element aperturehttps://orcid.org/0000-0001-6587-7776КаменскийА. В.KamenskiyA. V.

Каменский Андрей Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры телевидения и управления, доцент кафедры цифрового телевидения

AuthorID (РИНЦ): 1057825

AuthorID (SCOPUS): 57191031758

г. Томск

Kamenskiy Andrey Viktorovich, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of Television and Management Department, Associate Professor of Digital Television Department

AuthorID (RSCI): 1057825

AuthorID (SCOPUS): 57191031758

Tomsk

andru170@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-5936-535XРыловК. А.RylovK. A.

Рылов Кирилл Александрович, аспирант, ассистент кафедры телевидения и управления

AuthorID (SCOPUS): 57214750784

г. Томск

Rylov Kirill Aleksandrovich, Graduate Student, Assistant of Television and Management Department

AuthorID (SCOPUS): 57214750784

Tomsk

https://orcid.org/0000-0002-6134-9877БородинаН.BorodinaN.

Бородина Наталья, аспирант, ассистент кафедры телевидения и управления

AuthorID (SCOPUS): 57815608800

г. Томск

Borodina Natalya, Graduate Student, Assistant of Television and Management Department

AuthorID (SCOPUS): 57815608800

Tomsk

Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиРоссияTomsk State University of Control Systems and RadioelectronicsRussian Federation20243003202401127136Copyright © Каменский А.В., Рылов К.А., Бородина Н., 20242024Каменский А.В., Рылов К.А., Бородина Н.Kamenskiy A.V., Rylov K.A., Borodina N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://onv.omgtu.ru/jour/article/view/322

Развитие телевизионных систем является важным фактором для многих отраслей, занимающихся получением, обработкой, хранением и передачей изображений. На сегодняшний день актуальной задачей в применении подобных систем является улучшение качества изображений, полученных с помощью цифровых фото- и видеокамер. Для решения этой задачи могут быть использованы цифровые рекурсивно-сепарабельные сглаживающие фильтры. В работе приводится описание процесса работы алгоритма изменения размера сканирующей многоэлементной апертуры сглаживающего трапецеидального рекурсивно-сепарабельного фильтра обработки цифровых изображений. Приведены результаты оценки его быстродействия относительно того же алгоритма, реализованного через классическую двумерную свертку при различных размерах тестовых изображений. Оценено влияние размеров апертуры разработанного фильтра на изменение отношения сигнал/шум. Алгоритм был реализован в вычислительной среде MATLAB.

The development of television systems is an important factor for many industries involved in the acquisition, processing, storage and transmission of images. Today, an urgent task in the use of such systems is to improve the quality of images obtained using digital photo and video cameras. To solve this problem, digital recursive-separable smoothing filters can be used. The paper describes the process of operation of the algorithm for changing the size of the scanning multi-element aperture of a smoothing trapezoidal recursive-separable filter for digital image processing. The results of evaluating its performance relative to the same algorithm implemented through classical two-dimensional convolution for various sizes of test images are presented. The influence of the aperture size of the developed filter on the change in the signal-to-noise ratio is assessed. The algorithm is implemented in the MATLAB computing environment.

цифровая обработка изображенийрекурсивно-сепарабельные фильтрыповышение четкостиоценка качествабыстродействиеdigital image processingrecursively separable filterssharpeningquality assessmentperformanceИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10200 в ТУСУРе.The study is supported by the Russian Science Foundation grant No. 21-79-10200 at TUSUR.ReferencesLi Y., Ibanez-Guzman J. Lidar for autonomous driving: The principles, challenges, and trends for automotive lidar and perception systems // EEE Signal Processing Magazine. 2020. Vol. 37, № 4. P. 50–61. DOI: 10.1109/MSP.2020.2973615.Li Y., Ibanez-Guzman J. Lidar for autonomous driving: The principles, challenges, and trends for automotive lidar and perception systems // EEE Signal Processing Magazine. 2020. Vol. 37, no. 4. P. 50–61. DOI: 10.1109/MSP.2020.2973615. (In Engl.).Loomis H. H., Sinha B. High-speed recursive digital filter realization // Circuits, Systems and Signal Processing. 1984. Vol. 3. P. 267–294. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF01599077.Loomis H. H., Sinha B. High-speed recursive digital filter realization // Circuits, Systems and Signal Processing. 1984. Vol. 3. P. 267–294. URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF01599077. (In Engl.).Yergaliyev S., Akhtar M. T. A Systematic Review on Distributed Arithmetic-based Hardware Implementation of Adaptive Digital Filters // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 85165–85183. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3304234.Yergaliyev S., Akhtar M. T. A Systematic Review on Distributed Arithmetic-based Hardware Implementation of Adaptive Digital Filters // IEEE Access. 2023. Vol. 11. P. 85165–85183. DOI: 10.1109/ACCESS.2023.3304234. (In Engl.).Толмачева А. С., Каменский А. В., Тисленко А. А., Титов Д. В. Применение быстродействующих рекурсивно-сепарабельных фильтров для обработки зашумленных изображений // Доклады ТУСУР. 2023. Т. 26, № 1. С. 56–62. DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-1-56-62.Tolmacheva A. S., Kamensky A. V., Tislenko A. A., Titov D. V. Primeneniye bystrodeystvuyushchikh rekursivno-separabel’nykh fil’trov dlya obrabotki zashumlennykh izobrazheniy [Application of high-speed recursively-separable filters for processing noisy images] // Doklady TUSUR. Proceedings of TUSUR University. 2023. Vol. 26, no. 1. P. 56–62. DOI: 10.21293/1818-0442-2023-26-1-56-62. (In Russ.).Kamenskiy A. V. High-speed recursive-separable image processing filters // Computer Optics. 2022. Vol. 46 (4). P. 659–665. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1063.Kamenskiy A. V. High-speed recursive-separable image processing filters // Computer Optics. 2022. No. 46 (4). P. 659–665. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1063. (In Engl.).Акаева Т. М., Каменский А. В., Струмилова М. А. Быстродействующий трапецеидальный рекурсивно-сепарабельный фильтр обработки изображений // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 1. С. 138–145. EDN: UPFVQZ.Akaeva T. M., Kamenskiy A. V., Strumilova M. A. Bystrodeystvuyushchiy trapetseidal'nyy rekursivno-separabel'nyy fil'tr obrabotki izobrazheniy [Recursive-separable filter image enhancement] // Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. Questions of Radio Electronics. Series: TV Technique. 2023. No. 1. P. 138–145. (In Russ.).Moler C., Little J. A history of MATLAB // Proceedings of the ACM on Programming Languages. 2020. Vol. 4, № 81. P. 1–67. DOI: 10.1145/3386331.Moler C., Little J. A history of MATLAB // Proceedings of the ACM on Programming Languages. 2020. Vol. 4, no. 81. P. 1–67. DOI: 10.1145/3386331. (In Engl.).Bister M., Yap C. S., Ng K. H. [et al.]. Increasing the speed of medical image processing in MatLab // Biomedical Imaging and Intervention Journal. 2007. Vol. 3, № 1. DOI: 10.2349/biij.3.1.e9.Bister M., Yap C. S., Ng K. H. [et al.]. Increasing the speed of medical image processing in MatLab // Biomedical Imaging and Intervention Journal. 2007. Vol. 3, no. 1. DOI: 10.2349/biij.3.1.e9. (In Engl.).C. E. F. do Amaral, Alves R. F., M. J. da Silva [et al.]. Image processing techniques for high-speed videometry in horizontal two-phase slug flows // Flow Measurement and Instrumentation. 2013. Vol. 33. P. 257–264. DOI: 0.1016/j.flowmeasinst.2013.07.006.C. E. F. do Amaral, Alves R. F., M. J. da Silva [et al.]. Image processing techniques for high-speed videometry in horizontal two-phase slug flows // Flow Measurement and Instrumentation. 2013. Vol. 33. P. 257–264. DOI: 0.1016/j.flowmeasinst.2013.07.006. (In Engl.).Ghosh A. K., Ansari A. A. To Analysis and Implement Image De-Noising Using Fuzzy and Wiener Filter in Wavelet Domain // International Journal of Trend in Research and Development. 2021. Vol. 8, № 3. P. 320–373. URL: http://www.ijtrd.com/papers/IJTRD22695.pdf.Ghosh A. K., Ansari A. A. To Analysis and Implement Image De-Noising Using Fuzzy and Wiener Filter in Wavelet Domain // International Journal of Trend in Research and Development. 2021. Vol. 8, no. 3. P. 320–373. URL: http://www.ijtrd.com/papers/IJTRD22695.pdf. (In Engl.).Casacio C. A., Madsen L. S., Terrasson A. Quantum-enhanced nonlinear microscopy // Nature. 2021. Vol. 594, № 7862. P. 201–206. DOI: 10.1038/s41586-021-03528-w.Casacio C. A., Madsen L. S., Terrasson A. Quantum-enhanced nonlinear microscopy // Nature. 2021. Vol. 594, no. 7862. P. 201–206. DOI: 10.1038/s41586-021-03528-w. (In Engl.).Altman D. G., Bland J. M. Standard deviations and standard errors // Bmj. 2005. Vol. 331, № 7521. P. 903. DOI: 10.1136/bmj.331.7521.903.Altman D. G., Bland J. M. Standard deviations and standard errors // Bmj. 2005. Vol. 331, no. 7521. P. 903. DOI: 10.1136/bmj.331.7521.903. (In Engl.).Movсhan A. K., Kapustin V. V., Kuryachiy M. I. [et al.]. Multi-Area Method of a Depth Map Building with Gain Modulation in Active-Pulse Television Measuring Systems // 2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). IEEE. 2022. P. 1–6. DOI: 10.1109/SIBCON56144.2022.10002872.Movchan A. K., Kapustin V. V., Kuryachiy M. I. [et al.]. Multi-Area Method of a Depth Map Building with Gain Modulation in Active-Pulse Television Measuring Systems // 2022 International Siberian Conference on Control and Communications (SIBCON). IEEE. 2022. P. 1–6. DOI: 10.1109/SIBCON56144.2022.10002872. (In Engl.).Kapustin V. V., Zahlebin A. S., Movchan A. K. [et al.]. Experimental assessment of the distance measurement accuracy using the active-pulse television measuring system and a digital terrain model // Computer Optics. 2022. Vol. 46 (6). P. 948–954. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1114.Kapustin V. V., Zahlebin A. S., Movchan A. K. [et al.]. Experimental assessment of the distance measurement accuracy using the active-pulse television measuring system and a digital terrain model // Computer Optics. 2022. Vol. 46 (6). P. 948–954. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1114. (In Engl.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.