Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Обґрунтування вибору методу розпізнавання контурного зображення

Обґрунтування вибору методу розпізнавання контурного зображення




Сторінка1/8
Дата конвертації19.03.2017
Розмір1.16 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8


ЗМІСТ


ВСТУП……………………………………………………………………………..

7

1 АНАЛІЗ ПРЕДМЕТНОЇ ОБЛАСТІ РОЗПІЗНАВАННЯ КОНТУРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ ……………………….......

11

1.1 Актуальність розпізнавання контурних зображень …………………

11

1.2 Аналіз методів розпізнавання контурних зображень………………..

13

1.3 Аналіз програмних засобів розпізнавання контурних зображень….

18

1.3.1 Постановка задачі розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі …………………………………………..

18

1.3.2 Характеристика та аналіз аналогів………………………....

19

1.3.3 Прикладне значення та застосування розпізнавання контурних зображень……………………………………………….

23

1.4 Висновок……………………………………………………………….

24

2 РОЗРОБКА ІНФОРМАЦІЙНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗПІЗНАВАННЯ КОНТУРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ…………..

25

2.1 Обґрунтування вибору методу розпізнавання контурного зображення……………………………………………………………….....

25

2.2 Вдосконалення математичної моделі розпізнавання контурного зображення на основі нейронної мережі…………………………….…

36

2.3 Навчання нейронної мережі з використанням методу зворотнього поширення помилки………………………………………………………..

42

2.4 Структура та етапи інформаційної технології розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі………………………

53

2.5 Висновок…………………………………………………………....….

57

3…ПРОГРАМНА РЕАЛІЗАЦІЯ ІНФОРМАЦІЙНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ РОЗПІЗНАВАННЯ КОНТУРНИХ ЗОБРАЖЕНЬ НА ОСНОВІ НЕЙРОННОЇ МЕРЕЖІ……………………………………………………………………………

58

3.1 Обгрунтування вибору мови програмування ……………………….

58

3.2 Розробка схеми алгоритму роботи програми…………….………….

59

3.3 Розробка ПЗ розпізнавання контурних зображень………………….

62

3.4 Тестування та аналіз результатів роботи інформаційної технології розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі…….

72

3.5 Висновок…………………….………………………………………….

76

4 ЕКОНОМІЧНА ЧАСТИНА………………………………….………………

77

4.1 Оцінювання комерційного потенціалу…………..………………….

77

4.2 Прогнозування витрат на виконання науково-дослідної, дослідно-конструкторської та конструкторсько-технологічної роботи…………

87

4.3 Прогнозування комерційних ефектів від реалізації результатів розробки………………………………………………………………….....

90

4.4 Розразунок ефективності вкладених інвестицій та період їх окупності…………………………………………………………………....

92

4.5 Висновок………………..…………..…………………………………

95

ВИСНОВКИ………………..…………..………………………………………..

97

ПЕРЕЛІК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ ………………..…………..………….

99

Додаток А Технічне завдання….………………………………………………

103

Додаток Б Інструкція користувача……………………………………………

107

Додаток В Лістинг програми……………………………………………………

112

Додаток Г Графічна частина……………………………………………………

141




3






ВСТУП

Актуальність теми дослідження. На сьогоднішній день відбувається розпізнавання швидкий розвиток засобів комп’ютерної техніки, який послужив поштовхом для напрямку, що пов'язаний з розробкою теоретичних основ і практичною реалізацією систем, призначених для розпізнавання та обробки зображень. Розпізнавання зображень постійно зростає. Це обумовлено ускладненням технології та організації виробництва, необхідністю переробки великих потоків інформації, розширенням кола погано формалізованих задач прийняття рішень.
Виробни́цтво - процес створення матеріальних і суспільних благ, необхідних для існування і розвитку. Створюючи певні блага люди вступають у зв'язки і взаємодію – виробничі відносини. Тому виробництво є завжди суспільним.
Тео́рія (від грец. θεωρία - розгляд, дослідження) - сукупність висновків, що відображає відносини і зв'язки між явищами реальності у вигляді інформаційноі моделі. Теорією стає гіпотеза, що має відтворюване підтвердження явищ та механізмів і дозволяє спостерігачу прогнозувати наслідки дій чи зміни стану об'єкта спостережень.
Тео́рія рі́шень - царина досліджень, яка математичними методами досліджує закономірності вибору людьми найвигідніших із можливих альтернатив і має застосування в економіці, менеджменті, когнітивній психології, інформатиці та обчислювальній техніці.
Засоби розпізнавання зображень в даний час одержують усе більше поширення, і важко назвати таку галузь науки чи сферу виробничої діяльності, де вони не використовуються чи не будуть використовуватися в найближчі роки. На теперішній час галузь комп’ютерного зору набирає стрімкої популярності серед розробників програмного забезпечення[1,2].

У той же час обробка зображень пов'язана з великим обсягом обчислень, як правило, в умовах спотворення інформації, що надходить. Багато задач розпізнавання необхідно вирішувати в строго обмежений час, тому алгоритми розпізнавання повинні бути оптимізовані з тимчасової складності.

Програміст, також програмник[Джерело?] - фахівець, що займається програмуванням, виконує розробку програмного забезпечення (в простіших випадках - окремих програм) для програмованих пристроїв, які, як правило містять один чи більше CPU.
Необхідність - система зв'язків і відносин, що зумовлює зміну, поступальний рух, розвиток у жорстко визначеному напрямку з жорстко визначеними результатами. Іншими словами, необхідність - це такий зв'язок, що обов'язково призводить до певної події.
Обчи́слення - є гілкою математики, зосередженою на функціях, похідних, інтегралах, і нескінченному ряду чисел. Цей предмет являє собою важливу частину сучасної математичної освіти. Воно складається з двох основних галузей - диференціального і інтегрального численнь, які пов'язують основні теореми обчислення.
Алгори́тм (латинізов. Algorithmi за араб. ім'ям узб. математика аль-Хорезмі) - набір інструкцій, які описують порядок дій виконавця, щоб досягти результату розв'язання задачі за скінченну кількість дій; система правил виконання дискретного процесу, яка досягає поставленої мети за скінченний час.
Комп'ютерна реалізація таких алгоритмів вимагає забезпечення високої швидкодії і практичної стійкості до спотворень. Обмеженість обсягів машинної пам'яті, що виділяється під простір еталонів, а також вимога швидкодії виводять на перший план алгоритми розпізнавання.

При цьому вкрай актуальною стала проблема доступу до зображень по їх змісту, для вирішення якої потрібне розпізнавання зображень за еталоном (в якості якого може виступати будь яке зображеня). Така процедура потрібна для організації пошуку в спеціалізованих базах зображень найрізноманітнішого призначення (бази логотипів, гео-інформаційні системи, бази біометричних даних, каталоги продукції, рентгенівських знімків і т.д.).   У зв'язку з цим, проводиться огляд методів зіставлення з еталоном і розпізнавання образів як більш перспективної технології роботи з контурними зображеннями .

Пра́ця - цілеспрямована діяльність людей зі створення матеріальних і духовних благ, необхідних для задоволення потреб кожного індивіда і суспільства в цілому.
Систематика (від грец. συστηματικός - впорядкований, що відноситься до системи) - приведення в систему, а також системна класифікація предмету вивчення. Часто систематика є допоміжною дисципліною, яка допомагає впорядковувати об'єкти, які вивчає дана наука; наприклад, мовна систематика.
Логоти́п (дав.-гр. ὀ λόγος - слово, і ὀ τύπος - знак, відбиток) - графічний або текстовий символ, який представляє якийсь конкретний суб'єкт або об'єкт, наприклад - населений пункт, компанію, організацію, приватну особу або продукт.
Проду́кція (рос. продукция, англ. production, output, produce, нім. Produktion f, Erzeugnisse n pl, Produkte n pl, Güter n pl) - матеріальний результат трудової діяльності або виробничих процесів, що має корисні властивості і призначений для використання споживачем.
Тео́рія розпізнава́ння о́бразів - розділ кібернетики, що розвиває теоретичні основи й методи класифікації і ідентифікації предметів, явищ, процесів, сигналів, ситуацій і т. п. об'єктів, які характеризуються кінцевим набором деяких властивостей і ознак.
Тому розробка системи розпізнавання контурних зображень на основі неронної мережі є досить актуальною [3].

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Магістерська робота виконана відповідно до напрямку наукових досліджень кафедри комп’ютерних наук Вінницького національного технічного університету 22 К1 «Моделі, методи, технології та пристрої інтелектуальних інформаційних систем управління, економіки, навчання та комунікацій» та плану наукової та навчально-методичної роботи кафедри.
При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.
Інтелектуал - людина розумової праці[Джерело?]. «Інтелектуалом» також називають[Хто?] освічену, начитану людину з високо розвиненим інтелектом[Джерело?].
Інформацíйна систéма (англ. Information system) - сукупність організаційних і технічних засобів для збереження та обробки інформації з метою забезпечення інформаційних потреб користувачів.
Наукове дослідження - процес дослідження певного об'єкта (предмета або явища) за допомогою наукових методів, яке має на меті встановлення закономірностей його виникнення, розвитку і перетворення в інтересах раціонального використання у практичній діяльності людей.
Вíнницький націона́льний технічний університе́т - вищий навчальний заклад четвертого рівня акредитації.


Мета та завдання дослідження. Метою дослідження магістерської кваліфікаційної роботи є підвищення достовірності та швидкості розпізнавання контурних зображень за рахунок використання нейронної мережі.
Користува́ння - добування з речей їхніх корисних властивостей (наприклад, збирати врожай, вживати продукти харчування, носити одяг і взуття). Одна з трьох класичних правомочностей власника (нарівні з володінням і розпорядженням).
Задача - проблемна ситуація з чітко визначеною метою, яку необхідно досягти; в більш вузькому сенсі задачею називають також цю саму мету, що дана в рамках проблемної ситуації, тобто те, що необхідно виконати.
Підвищення (елевація) - кутова висота об'єкта спостереження (земного предмета, літального апарату, небесного світила тощо) над істинним горизонтом. Підвищення спільно з азимутом служить для визначення напрямку на об'єкт.
Достовірність (validity, adequacy) - властивість інформації бути правильно сприйнятою, ймовірність відсутності помилок, безсумнівна вірність наведених відомостей, які сприймає людина. Таким чином, достовірність - не те ж саме, що істинність.
Магі́стр - освітній ступінь, що здобувається на другому рівні вищої освіти та присуджується вищим навчальним закладом у результаті успішного виконання здобувачем вищої освіти відповідної освітньої програми.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв’язати такі наступні завдання:



  1. Провести аналіз проблеми розв’язання задачі розпізнавання контруних зображень на основі нейронної мережі;

  2. Розглянути існуючі способи розпізнавання та ідентифікації зображень на основі нейронної мережі;

  3. Розглянути існуючі методи вирішення задачі розпізнавання контурних зображень та обрати й обґрунтувати вибір методу, який задовольняє метду даної магістерської кваліфікаційної роботи;

  4. Вдосконалити математичну модель інформаційної технології розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі;
    Ідентифіка́ція: (лат. identifico - ототожнювати) - ототожнення, прирівнювання, уподібнення, розпізнавання. Наприклад, ідентифікація мінералів (англ. mineral identification).
    Математи́чна моде́ль - система математичних співвідношень, які описують досліджуваний процес або явище. Математична модель має важливе значення для таких наук, як: економіка, екологія, соціологія, фізика, хімія, механіка, інформатика, біологія та ін.


  5. Сформулювати стадії інформаційної технології та на їх основні розробити структуру та алгоритм роботи програмного засобу;

  6. Виконати програмну реалізаці запропонованої інформаційної технології розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі;

  7. Провести тестування програмного продукту та виконати аналіз отриманих результатів.

Об’єкт дослідження – це процес розпізнавання контурних зображень компютерними засобами з використанням технологій штучних нейронних мереж.
Результат, пі́дсумок, (заст. ску́ток, вислід) - кінцевий наслідок послідовності дій. Можливі результати містять перевагу, незручність, вигоду, збитки, цінність і перемогу. Результат є етапом діяльності, коли визначено наявність переходу якості в кількість і кількості в якість.
Програ́мний проду́кт (англ. programming product) - це: програмний засіб, програмне забезпечення, які призначені для постачання користувачеві (покупцеві, замовникові). програма, яку може запускати, тестувати, виправляти та змінювати будь-яка людина.
Штучна нейронна мережа (ШНМ, англ. artificial neural network, ANN, рос. искусственная нейронная сеть, ИНС) - це математична модель, а також її програмна та апаратна реалізація, побудовані за принципом функціювання біологічних нейронних мереж - мереж нервових клітин живого організму.


Предмет дослідження це методи та програмні засоби розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі та достовірність їх роботи.

Методи дослідження. У процесі дослідження використовувалися: методи кластеризації цифрових зображень для знаходження об’єктів цифрових зображень, методи фільтрації цифрових зображень для видалення завад у зображеннях, комп’ютерне моделювання для аналізу і перевірки коректності отриманих теоретичних та практичних результатів, технології розробки програмного забезпечення під операційну систему Windows, метод зворотнього поширення помилки для розпізнавання контурного зображення на основі нейронної мережі.
Верифіка́ція (пізньолат. verificatia - підтвердження; лат. verus - істинний, facio - роблю) - доказ того, що вірогідний факт або твердження є істинним. Термін використовується в залежності від того, як обґрунтовується істина: базується вона на приведенні одного доказу або аргументу - чи вона повинна підтверджуватися можливістю багаторазового відтворювання, тобто перевірятися практикою.
Фільтра́ція (рос. фильтрация, англ. filtration, нім. Filtration f, Filtern n, Filterung f, Filtrierung f) - процес проходження розчину чи суспензії через пористу перегородку (мембрану) за різницею гідростатичного тиску з обох боків мембрани, причому розмір профільтрованих часточок обмежується діаметром пор.
Практика (грец. πράξις «діяльність») - доцільна і цілеспрямована діяльність, яку суб'єкт здійснює для досягнення певної мети. Практика має суспільно-історичний характер і залежить від рівня розвитку суспільства, його структури.
Цифрова́ фотогра́фія - технологія фотографії, що використовує замість світлочутливих матеріалів, заснованих на галогеніді срібла, перетворення світла світлочутливою матрицею і отримання цифрового файлу, використовуваного для подальшої обробки і друку.
Операці́йна систе́ма, скорочено ОС (англ. operating system, OS) - це базовий комплекс програм, що виконує управління апаратною складовою комп'ютера або віртуальної машини; забезпечує керування обчислювальним процесом і організовує взаємодію з користувачем.
Розробка програмного забезпечення (англ. software engineering, software development) - це рід діяльності (професія) та процес, спрямований на створення та підтримку працездатності, якості та надійності програмного забезпечення, використовуючи технології, методологію та практики з інформатики, керування проектами, математики, інженерії та інших областей знання.


Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

  • Вдосконалено інформаційну технологію розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі, яка відрізнається від відомих застосуванням штучної нейронної мережі багатошарового персептрона, що забезпечує підвищення достовірності розпізнавання контурних зображень.
    Техноло́гія (від грец. τεχνολογια, що походить від грец. τεχνολογος; грец. τεχνη - майстерність, техніка; грец. λογος - (тут) передавати) - наука («корпус знань») про способи (набір і послідовність операцій, їх режими) забезпечення потреб людства за допомогою (шляхом застосування) технічних засобів (знарядь праці).


  • Вдосконалено математичну модель розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі, яка відрізняється від відомих застосуванням нової функції активації з симетричним діапазоном значень, що забезпечує скорочення часу навчання нейронної мережі .
    Діапазо́н (від грец. δϊα πασον (χορδων) - через усі (струни).
    Актива́ція - збудження чогось, наприклад, молекул, атомів; перехід молекули з неактивного стану в стан з енергією, достатньою для здійснення хімічної реакції, наприклад, механохімічна активація .


Практичне значення одержаних результатів полягає у наступному.

  1. Розроблено новий спосіб розпізнавання контурних зображень , який використовує комплексний метод розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі.

  2. Розроблено алгоритм навчання нейронної мережі багатошарового персептрона для підвищення швидкості даного процесу.

  3. Розроблено алгоритм функціонування нейронної мережі багатошарового персептрона для підвищення достовірності та швидкодії кластеризації числових об’єктів.

  4. Розроблено інформаційну технологію розпізнавання контурних зображень на основі нейронної мережі, який буде використовуватися на ПК в ОС Windows. У даному випадку програма повинна розпізнавати невідоме контурне зображення відповідно тим еталонам, що є у програмі та показувати їх відсоток достовірності розпізнавання.
  1   2   3   4   5   6   7   8



  • ВСТУП Актуальність теми дослідження.
  • Звязок роботи з науковими програмами, планами, темами.
  • Вінницького національного технічного університету
  • Мета та завдання
  • Методи дослідження.
  • Наукова новизна одержаних результатів
  • Практичне значення одержаних результатів