Министерство образования и науки Российской Федерации
УДК 004.62
ГРНТИ
Инв. №
|
УТВЕРЖДЕНО:
|
|
Исполнитель:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный технический университет»
|
|
От имени Руководителя организации
______________/___________/
М.П.
|
|
НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ
ОТЧЕТ
о выполнении 1 этапа Государственного контракта
№ 16.740.11.0041 от 01 сентября 2010 г.
-
Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный технический университет»
|
Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., в рамках реализации мероприятия № 1.2.1 Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук.
|
Проект: Разработка распределенных автоматически профилируемых средств обработки, архивирования и защиты диагностической информации
|
Руководитель проекта:
______________/Еременко Владимир Тарасович
(подпись)
|
Орел, 2010 г.
СПИСОК ОСНОВНЫХ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ
по Государственному контракту 16.740.11.0041 от 01 сентября 2010 на выполнение поисковых научно-исследовательских работ для государственных нужд
Руководитель темы:
|
|
|
|
доктор технических наук, профессор
|
|
______________________
подпись, дата
|
Еременко В. Т.
|
Исполнители темы:
|
|
|
|
кандидат технических наук, доцент
|
|
______________________
подпись, дата
|
Тютякин А. В.
|
кандидат технических наук, звание не указано
|
|
______________________
подпись, дата
|
Савенков А. Н.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Агарков Д. В.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Борисов О. М.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Деев О. В.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Семашко Е. А.
|
без ученой степени, без ученого звания
|
|
______________________
подпись, дата
|
Кулагин В. С.
|
Организация-Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Орловский государственный технический университет» (ОрелГТУ)
Реферат
Отчет 108 с., 4 ч., 19 рис., 10 табл., 55 источн., 1 прил.
ФПП, профиль, профилирование, диагностические, изображения, архивирование, обработка, защита, автоматическое
В отчете представлены результаты исследований, выполненных по 1 этапу Государственного контракта № 16.740.11.0041 "Разработка распределенных автоматически профилируемых средств обработки, архивирования и защиты диагностической информации" (шифр "2010-1.2.1-101-005") от 01 сентября 2010 по направлению "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук по следующим областям:- распределенные вычислительные системы;- обработка, хранение, передача и защита информации;- создание интеллектуальных систем навигации и управления;- создание и управление новыми видами транспортных систем;- создание электронной компонентной базы" в рамках мероприятия 1.2.1 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук.", мероприятия 1.2 "Проведение научных исследований научными группами под руководством докторов наук и кандидатов наук", направления 1 "Стимулирование закрепления молодежи в сфере науки, образования и высоких технологий." федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009-2013 годы.
Цель работы - Обеспечение оптимального сочетания достоверности обработки, степени сжатия и защиты данных в распределенных системах технической и медицинской диагностики, независимо от опыта и интуиции разработчиков и пользователей средств обработки, архивации и защиты, за счет разработки автоматически профилируемых средств реализации указанных процедур.
Цифровой обработки изображений, математического моделирования, численные методы, методы оптимизации, методы кодирования цифровых данных.
MySQL 5.1, PhpMyAdmin, Apache, QTCreator QT 4.6.3, MS Word 2003/2007, MathType 6.6, ErWin Data Modeller 7.1
База основных ФПП способов и средств обработки сжатия и защиты графической информации, применимых в системах технической и медицинской диагностики.
Содержание
1 Анализ применимости базовых ФПП способов и средств обработки изображений в системах технической и медицинской диагностики 11
1.1 Видоизменение гистограмм 12
1.1.1 Эквализация гистограммы 13
1.1.2 Приведение гистограммы (задание гистограммы) 14
1.1.3 Локальное улучшение 14
1.2 Подавление шумов 15
1.2.1 Пороговый метод 15
1.2.2 Усреднение изображений 16
1.3 Пространственная фильтрация 17
1.3.1 Сглаживающие пространственные фильтры 18
1.3.2 Медианная фильтрация 19
1.3.3 Пространственные фильтры повышения резкости 20
1.4 Частотные методы улучшения изображений 22
1.4.1 Фильтр нижних частот 25
1.5 Обработка спектрозональных изображений 26
1.6 Выводы 26
2 Анализ применимости ФПП способов и средств сжатия в системах технической и медицинской диагностики 29
2.1 Постановка задачи 29
2.2 Анализ алгоритмов сжатия без потерь неподвижных полутоновых изображений 30
2.3 Алгоритмы сжатия без потерь полутоновых изображений 31
2.4 Сжатие без потерь полутоновых изображений на основе выбора ФПП алгоритма сжатия 47
2.5 Выводы 48
3 Анализ применимости ФПП способов и средств защиты в системах технической и медицинской диагностики 50
3.1 Основные задачи защиты диагностических изображений 50
3.2 Обеспечение подлинности диагностического изображения 54
3.3 Защита диагностической информации от несанкционированного редактирования 56
3.4 Защита диагностических изображений от просмотра посторонними (компрометации) 72
3.4.1 Аутентификация способом «запрос-ответ» 77
3.4.2 Аутентификация способом «рукопожатия» 79
3.4.3 Аутентификация на основе криптографической хэш-функции с секретным ключом 81
3.4.4 Аутентификация на основе цифровой подписи 82
3.5 Выводы 85
4 Формирование базы профилей алгоритмов обработки, архивирования и защиты графической информации, применимых в распределенных системах технической и медицинской диагностики 89
4.1 Сравнение реляционных СУБД 89
4.2 Разработка структуры БД 90
4.3 Заполнение базы данных 95
4.4 Выводы 97
Введение
Разнообразные системы диагностики состояния технических и медицинских объектов широко распространены в разнообразных областях человеческой деятельности. Большинство задач диагностики, решаемых посредством этих систем, сводится к анализу полутоновых диагностических изображений (в основном – монохромных), получаемых такими методами, как рентгенография, ультразвуковая эхолокация, магнитно-резонансное сканирование и т. п. [1]
Основными процедурами обработки изображений в системах диагностики являются: собственно обработка (устранение неинформативных составляющих и определение информативных характеристик), архивирование (сжатие) и защита от несанкционированного доступа. Методы, алгоритмы и средства реализации этих процедур практически не зависят от назначения системы диагностики и характеризуются рядом общих отличий, а именно:
недопустимостью потерь диагностической информации при обработке, сжатии и защите диагностических изображений;
как правило, территориально распределенным характером систем технической и медицинской диагностики и, как следствие, обязательным в большинстве практических случаев характером процедур архивирования и защиты данных;
разнообразием как характеристик и параметров диагностических изображений, так и возможных профилей (типов, характеристик, параметров и опциональных возможностей) средств их обработки, архивирования и защиты;
весьма значительной зависимостью достоверности обработки изображений, степени их сжатия и защиты от корректности выбора профилей средств, реализующих эти процедуры.
При этом, с учетом таких специфических особенностей указанных средств, как:
необходимости идентификации их профилем не только методов и алгоритмов, но также их характеристик и параметров (например, размерностей и коэффициентов сглаживающих массивов при пространственной фильтрации; параметров прогнозирующих функций при сжатии методом предсказания и т. п.);
большого разнообразия указанных характеристик и параметров и практической невозможности их нормирования некоторым фиксированным набором профилей (в отличие от, например, профилей протоколов преобразования, передачи и обработки данных в вычислительных сетях);
для профилей данных средств корректно применять термин функционально-параметрический профиль (ФПП), определяемый как сочетание методов, алгоритмов и средств обработки данных, с идентификацией конкретных типов, характеристик и параметров указанных алгоритмов и средств, необходимых для выполнения конкретных функций преобразования и обработки информации.
Из вышесказанного следует, что для обеспечения приемлемых достоверности обработки диагностических изображений, степени их сжатия и защиты необходим корректный комплексный выбор ФПП средств реализации указанных процедур (т. е. профилирование данных средств) в соответствии с конкретной задачей диагностики.
Наиболее простым подходом к выбору указанного ФПП является возложение данной задачи на разработчика средств обработки, сжатия и защиты диагностических изображений, который в руководстве по их применению должен указать рекомендуемые ФПП указанных средств для каждого из распространенных типов изображений. Однако при этом практически невозможно разработать рекомендации, позволяющие выбрать адекватный ФПП для каждого из изображений, встречающихся на практике.
Потенциально большую гибкость в выборе ФПП обеспечивает возложение данной задачи на пользователя, который, в зависимости от характера подвергаемого сжатию изображения и на основании собственных опыта и интуиции, а также (опционально) рекомендаций разработчика средств обработки, сжатия и защиты диагностических изображений самостоятельно выбирает ФПП указанных средств. Однако, как правило, пользователь не является специалистом в области обработки изображений. Поэтому велика вероятность того, что выбранный им ФПП не будет оптимален.
Исходя из вышесказанного, рациональным решением задачи профилирования средств обработки, сжатия и защиты диагностических изображений представляется автоматизированного выбор их ФПП (другими словами – автоматизированного профилирования) на основании параметров и характеристик конкретного изображения, а также решаемой задачи диагностики и требований к параметрам указанных средств.
Как показали результаты патентных исследований по теме настоящей работы, отчет о которых представлен в Приложении А, разработка способов и средств обработки, архивирования и защиты графических изображений с элементами автоматизированного профилирования является устойчивой тенденцией развития способов и средств решения указанных задач. Однако ни одно из решений, выявленных в процессе патентных исследований, полностью не обеспечивает комплексного автоматизированного профилирования средств обработки, архивирования и защиты диагностической информации. Поэтому проблема разработки соответствующих этому требованию автоматически профилируемых средств обработки, архивирования и защиты диагностической информации является актуальной.
При этом профилирование должно осуществляться по следующему обобщенному алгоритму.
а) Задание требований к качеству изображения, в зависимости от решаемой диагностической задачи (например, минимальных размеров информативных элементов изображения, подлежащих анализу, и т. п.).
б) Получение исходного диагностического изображения, подлежащего обработке, архивированию и защите.
в) Определение (в автоматическом режиме) характеристик и параметров полученного изображения, служащих исходными данными для выбора ФПП средств обработки, архивирования и защиты.
г) Автоматизированный выбор ФПП указанных средств по базе потенциально применимых ФПП, на основании определенных в предыдущем пункте характеристик и параметров изображения, а также заданных требований к его качеству.
д) Обработка, архивирование и защита полученного диагностического изображения с выбранными ФПП средств реализации данных процедур. Оформление результатов выполнения указанных процедур в виде файла, снабженного данными, необходимыми для его дальнейшего использования (например, информацией о ФПП алгоритма сжатия, примененного при архивировании изображения).
Целью настоящей работы является обеспечение оптимального сочетания достоверности обработки, степени сжатия и защиты данных в распределенных системах технической и медицинской диагностики, независимо от опыта и интуиции разработчиков и пользователей средств обработки, архивации и защиты, за счет разработки автоматически профилируемых средств реализации указанных процедур.
Для достижения указанной цели планируется выполнение следующих основных работ:
-
Проведение патентных исследований по теме проекта с целью исследования текущего уровня и выявление тенденций развития способов и средств обработки, архивирования и защиты графической информации, применимых в распределенных системах технической и медицинской диагностики. Анализ применимости всех основных существующих ФПП средств обработки, архивирования и защиты графической информации в системах технической и медицинской диагностики.
Разработка математических методик автоматического профилирования средств обработки, архивирования и защиты диагностической информации.
Разработка алгоритмической базы обработки, архивирования и защиты диагностической информации с автоматическим профилированием.
Разработка базового программного обеспечения обработки, архивирования и защиты диагностической информации с автоматическим профилированием.
Разработка методологических основ обработки, архивирования и защиты диагностической информации с автоматическим профилированием.
В настоящем отчете отражены результаты выполнения работ по первому из вышеперечисленных этапов.
|
