Τεχνικές υπερανάλυσης με επεξεργασία ακολουθίας εικόνων

Abstract

Η πρόοδος σε αναλογικά κυκλώματα και οπτικά συστήματα επέτρεψε την λήψη εικόνων υψηλής ανάλυσης σε σχετικά προσιτό κόστος. Παρόλα αυτά, υπάρχουν ακόμα πολλές εφαρμογές που απαιτούν αναλύσεις εικόνων πολύ μεγαλύτερες από αυτές που επιτρέπουν τα σύγχρονα συστήματα, όπως η τομογραφία, ή εφαρμογές όπου η χρήση ακριβών και ποιοτικών οπτικών συστημάτων είναι απαγορευτική, είτε λόγω κόστους, είτε λόγω όγκου, όπως συστήματα παρακολούθησης. Επιπλέον, είναι πολλές φορές ανέφικτο η αντικατάσταση του οπτικού συστήματος με κάποιο πιο εξελιγμένο, που είναι συνηθισμένο φαινόμενο σε διαστημικές εφαρμογές. Την ανάγκη για την λήψη εικόνων υψηλής ανάλυσης, ανεξάρτητα του οπτικού αισθητήρα, έρχεται να καλύψει η τεχνική της υπερανάλυσης. Η υπερανάλυση, μια σαφής μαθηματική διεργασία, είναι σε θέση να προσφέρει υψηλή ποιότητα εικόνας χρησιμοποιώντας εικόνες χαμηλότερης ανάλυσης. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται οι θεμελιώδεις έννοιες γύρω από τις τεχνικές υπερανάλυσης, χρησιμοποιώντας ακολουθία εικόνων. Προσεγγίζονται μαθηματικά και διαισθητικά οι επικρατούσες μέθοδοι υπερανάλυσης, ή αλλιώς ανακατασκευής εικόνας, όπως οι μέγιστης πιθανοφάνειας και μέγιστης εκ των υστέρων πιθανότητας, που ανήκουν στον χώρο των στοχαστικών μεθόδων, και οι POCS και IBP του χώρου των μεθόδων ανακατασκευής στο πεδίο του χώρου. Παράλληλα, παρατίθενται ακολουθίες εικόνων χαμηλής ανάλυσης και τα αποτελέσματα της χρήσης των μεθόδων σε αυτές. Συγκεκριμένα, το κείμενο οργανώνεται στα: Κεφάλαιο 1, που εξηγούνται οι βασικές αρχές της υπερανάλυσης και παρουσιάζονται συνοπτικά οι συνηθέστερες μέθοδοι υπερανάλυσης, καθώς και οι τομείς που βρίσκει η τελευταία εφαρμογή. Κεφάλαιο 2, που ορίζεται το μοντέλο παρατήρησης που περιγράφει τα χαρακτηριστικά της ακολουθίας των εικόνων όπως η κίνηση, ο θόρυβος κ.ά, αλλά και η σχέση που έχει η ακολουθία με την εικόνα υψηλής ανάλυσης που αναζητείται. Κεφάλαιο 3, όπου παρουσιάζονται οι στοχαστικές μέθοδοι μέγιστης πιθανοφάνειας και μέγιστης εκ των υστέρων πιθανότητας και τα αποτελέσματα της προσομοίωσης της μεθόδου μέγιστης πιθανοφάνειας σε ακολουθία εικόνων. Κεφάλαιο 4, με την παρουσίαση των μεθόδων POCS και IBP και με τα αποτελέσματα των προσομοιώσεών τους. Κεφάλαιο 5, που συγκρίνονται οι μέθοδοι μεταξύ τους ως προς την υπολογιστική πολυπλοκότητά τους και την ποιότητα ανακατασκευής που προσφέρουν. Ακόμα παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα των μεθόδων για διαφορετικά επίπεδα θορύβου.