РОЗРОБКА ДИНАМІЧНОЇ МОДЕЛІ РОЗБИТТЯ ТА ПРОГРАМНОГО КОМПЛЕКСУ ДЛЯ СЕГМЕНТАЦІЇ ЗОБРАЖЕННЯ ПРИ РЕАЛІЗАЦІЇ КОМП’ЮТЕРНОГО ЗОРУ РОБОТОТЕХНІЧНИХ СИСТЕМ
Анотація
У статті розглянуто підхід сегментації зображень з використанням сучасних математичних та програмних засобів. Зокрема, використаний апарат теорії оптимального розбиття множин для задач в динамічних постановках та сучасні мови, технології і засоби створення програмного забезпечення для реалізації алгоритмів та методів графічної сегментації. В роботі зроблено акцент на використанні отриманих результатів для навчання робототехнічних систем, що можуть бути використані для ліквідації наслідків техногенних катастроф. Методи та алгоритми теорії оптимального розбиття множин використовуються для формалізації задачі, визначення ключових факторів та об’єктів сегментації, а також для конкретизації складових цільового функціоналу. Програмна реалізації методів та алгоритмі, здійснена з використання сучасних мов та технологій програмування, баз даних та систем управління ними. В роботі наведено достатню кількість результатів комп’ютерного експерименту, що дозволяють наочно впевнитись в адекватності застосованих моделей та методів, алгоритмів їх реалізації.
Результати наукового дослідження використані та апробовані на реальних сухопутних безпілотних пристроях, винайдені недоліки та переваги, які в тому числі окреслені в статті. Основними результатами роботи є застосування запропонованих моделей для сегментації зображень, з метою виокремлення на фото та відео окремих об’єктів.
У роботі систематизовано та класифіковано підходи до сегментації зображень. Проведено порівняльний аналіз класичних і AI-методів на основі експериментального застосування до зображень, що моделюють умови надзвичайних ситуацій. Обґрунтовано доцільність застосування U-Net у випадках з доступом до розмічених даних, та Watershed – для ресурсно обмежених пристроїв без потреби навчання. Результати дозволяють гнучко обирати інструменти під специфіку задачі.
Метою дослідження є розробка математичної моделі та методів для реалізації графічної сегментації зображень, а також програмного комплексу для реалізації згаданих алгоритмів та отримання сегментованого зображення.
Дослідження проводилося на персональному компютері Intel Core i7-12700K, 8 ядер, 3.6 GHz, RAM: 32 ГБ, DDR4 3200 MHz, HDD: 2 ТБ
Отримані в роботі результати свідчать про високу точність запропонованої математичної моделі, та коректну реалізації алгоритмів, що підтверджено отриманими графічними результатами. Середньоквадратична відносна похибка не перевищувала 4.12%.
Модель є не лише теоретично обґрунтованою, а й практично придатною до впровадження у цифрові системи моніторингу та керування робототехнічними самохідними установками. Математична модель та програмний додаток апробований на практиці, показав високу ефективність та точність.
Ключові слова: математична модель, робототехнічні системи, сегментація зображень, теорія оптимального розбиття множин, кластеризація, класифікація.