Nr wniosku: 184252, nr raportu: 19821. Kierownik (z rap.): dr hab

Nr wniosku: 184252, nr raportu: 19821. Kierownik (z rap.): dr hab. Bogdan Józef Smołka
Poprawa jakości informacji wizyjnej, od kilkudziesięciu już lat pozostaje jedną z wiodących dziedzin cyfrowego
przetwarzania sygnałów. Od niedawna, w związku z gwałtownie rozwijającym się rynkiem urządzeń multimedialnych
umożliwiających pozyskiwanie i przesyłanie obrazów oraz ich sekwencji za pośrednictwem internetowych serwisów
społecznościowych, obserwuje się intensyfikację prac badawczych prowadzonych w wiodących ośrodkach badawczych.
Silna konkurencja na rynku elektroniki konsumenckiej spowodowała znaczny wzrost rozdzielczości stosowanych matryc
światłoczułych współpracujących z niewielkimi obiektywami stosowanymi we współczesnych smartfonach, kamerach
internetowych, laptopach czy tabletach. Od urządzeń tych oczekuje się zazwyczaj znakomitej jakości obrazów, nawet w
bardzo niekorzystnych warunkach oświetleniowych. Wymagania te mogą zostać w części spełnione, wyłącznie przy
zastosowaniu wydajnych i co ważne, szybkich algorytmów umożliwiających redukcję szumów, poprawę kontrastu,
nasycenia barw i zwiększenia dynamiki tonalnej obrazów.
Zapotrzebowanie na nowe, efektywne algorytmy redukcji szumu w obrazach generowane jest także w znaczącym stopniu
przez szybko rozwijające się techniki obrazowania, szczególnie w medycynie, analizie obrazów satelitarnych, astronomii,
zastosowaniach przemysłowych, policyjnych i wojskowych. We wszystkich modalnościach obrazowania, zagadnienie
redukcji szumu odgrywa znaczącą rolę, ponieważ bardzo często poprawa jakości obrazu warunkuje sukces dalszych
etapów jego przetwarzania.
Celem projektu badawczego było opracowanie efektywnych algorytmów filtracji szumów zakłócających barwne obrazy
cyfrowe. Utworzone metody oparte są na eksploracji lokalnego sąsiedztwa przetwarzanego piksela i ekstrakcji cech
pozwalającej na korektę bądź eliminację pikseli obrazu zdegradowanych przez proces szumu. Stopień podobieństwa
strukturalnego piksela do jego sąsiedztwa określany był za pomocą różnorodnych technik, których cechą wspólną była
wysoka efektywność filtracji, połączona z niskim nakładem obliczeniowym, pozwalającym na zastosowanie
opracowanych rozwiązań algorytmicznych w systemach czasu rzeczywistego.
W cyklu prac będących wynikiem projektu wprowadzono między innymi nową, odporną na wartości odstające, miarę
podobieństwa pomiędzy pikselami, uwzględniającą ich lokalne sąsiedztwo, a także opracowano oryginalną miarę
impulsywności piksela poprzez analizę kosztów ścieżek cyfrowych łączących przetwarzany piksel z brzegami lokalnego
okna filtracyjnego. Koncepcja określenia optymalnych połączeń pomiędzy elementem centralnym okna filtracyjnego i
jego sąsiadami została także rozszerzona na dziedzinę czasoprzestrzenną, co umożliwiło opracowanie skutecznych metod
poprawy jakości sekwencji wideo, zdegradowanych przez proces szumu.
Rezultatem badań są różnorodne metody filtracji obrazów zakłóconych szumem gaussowskim, multiplikatywnym oraz
szumem będącym mieszaniną szumu impulsowego i gaussowskiego. Ten ostatni rodzaj szumu stanowi poważne
wyzwanie dla algorytmów poprawy jakości obrazów, ponieważ filtry przeznaczone do filtracji szumów impulsowych,
działają zbyt inwazyjnie w przypadku obrazów zakłóconych przez szum gaussowski, a metody dobrze redukujące szum
gaussowski, są z reguły nieefektywne w przypadku szumu impulsowego.
W publikacjach prezentujących opracowane filtry redukcji szumu dokonano porównania nowych metody z
najefektywniejszymi technikami znanymi z literatury. Zarówno porównanie obiektywnych miar jakości obrazów i
sekwencji wideo, jak i analiza wizualna wyników filtracji, wskazuje na bardzo wysoką skuteczność wypracowanych
rozwiązań oraz dużą szybkość ich działania, pozwalającą na ich zastosowanie w praktycznych aplikacjach wymagających
działania w czasie rzeczywistym.
Wynikiem projektu badawczego są 24 prace, z czego 13 jest indeksowanych w światowej bazie Web of Science (WoS), a
5 posiada tak zwany współczynnik wpływu IF. Osiągnięte rezultaty badawcze prezentowane były na 13 sympozjach
międzynarodowych, których materiały pokonferencyjne zostały w większości zaindeksowane w bazie WoS i są dostępne
poprzez bazy: IEEE Xplore, Digital Library, SpringerLink, SPIE Digital Library, a także są umieszczone na stronach
internetowych konferencji i czasopism. Wymiernym wynikiem projektu badawczego była także redakcja dwóch
monografii: Advances in Low-Level Color Image Processing, Editors: Celebi, M. Emre, Smolka, Bogdan Springer, 2014
oraz Color Image and Video Enhancement, Editors: Celebi, M. Emre, Lecca, Michela, Smolka, Bogdan, Springer, 2015.