Computationally effective numerical simulation method for diffraction-blurred images of objects with piecewise-linear edge contour

F.M. Inochkin, N.R. Belashenkov
2018 Naučno-tehničeskij Vestnik Informacionnyh Tehnologij, Mehaniki i Optiki  
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2018, том 18, № 5 826 НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ВЕСТНИК ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ сентябрь-октябрь 2018 Том 18 № 5 Язык статьи -русский Ссылка для цитирования: Иночкин Ф.М., Белашенков Н.Р. Вычислительно-эффективный метод численного моделирования дифракционно-размытых изображений объектов с кусочно-линейным контуром границы // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. Аннотация
more » ... птики. Аннотация Предмет исследования. Исследована задача численного моделирования изображений объектов с заданным контуром границы с учетом дифракционного размытия изображения оптической системой и его пространственной дискретизации фотоприемником. Предложено вычислительно-эффективное решение в условиях допущения об аппроксимации контура границы множеством прямых отрезков. Метод. Для решения задачи предложен метод, основанный на аналитическом численном расчете фурье-образа оптического изображения многоугольника, ограничивающего объект. Полоса частот для расчета определяется дифракционным пределом оптической системы и частотными характеристиками текстуры объекта и фона. Основной результат. Предлагаемое техническое решение позволило на 2-3 порядка снизить время моделирования по сравнению с субпиксельным моделированием в пространственной области при шаге субпиксельной дискретизации 10 -2 пикселя. Вычислительная сложность предлагаемого решения не зависит от субпиксельной точности воспроизведения геометрии моделируемого объекта. Практическая значимость. Предложенный метод может быть использован для решения обратных задач в области оптического измерения геометрии объектов и исследования работы алгоритмов обработки изображений с ошибкой воспроизведения геометрических параметров порядка 10 -1 -10 -4 пикселя. Ключевые слова моделирование изображений, расчет фурье-образа, субпиксельная оценка положения границы, метод центра тяжести, дифракционный предел, параллельные вычисления Благодарности Работа выполнена в Университете ИТМО в рамках реализации проекта 074-11-2018-004 при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации. Article in Russian For citation: Inochkin F.M., Belashenkov N.R. Computationally effective numerical simulation method for diffraction-blurred images of objects with piecewise-linear edge contour. Abstract Subject of Research. The paper presents research of numerical image simulation for objects with known edge contour, considering optical diffraction blur and image sensor spatial sampling. Computationally effective solution is proposed under restriction of edge contour approximation by a set of straight lines. Method. Proposed method is based on the analytical numerical computation of the Fourier transform for the object bounding polygon. Calculus bandwidth is defined by the optical system diffraction limit and spatial frequency response of the object and background textures. Main Result. Proposed technical solution results in 2-3 order less computation time compared to a subpixel image simulation in spatial domain with subpixel sampling step value of 10 -2 pixel. Computational complexity of the proposed approach is invariant with respect to a subpixel accuracy of simulated object geometry representation. Practical Relevance. Proposed approach may be applied to a solution of inverse problems in the field of optical geometrical measurements and to a study of image processing algorithms with geometrical parameters representation error on the order of 10 -1 -10 -4 pixel.
doi:10.17586/2226-1494-2018-18-5-826-833 fatcat:gpl26jnicna5jpyhmzuo23h3e4