МЕТОД БІФУРКАЦІЇ БІТОВИХ ПЛОЩИН В СИСТЕМАХ ОБРОБКИ ІНФРАЧЕРВОНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
DOI:
https://doi.org/10.18372/2310-5461.66.20325Ключові слова:
інфрачервоні зображення, обробка інфрачервоних зображень, стиснення інфрачервоних зображень, зображення із широким динамічним діапазон, бітовий простір, бітові площини, біфуркація бітових площинАнотація
У статті представлено підхід до обробки інфрачервоних зображень із широким динамічним діапазоном — метод біфуркації бітових площин, що забезпечує ефективне стиснення даних без втрати критичної температурної інформації. Актуальність дослідження обумовлена зростаючою роллю інфрачервоних технологій у сфері технічної діагностики, медицини, безпеки та енергетики, де традиційні методи стискання часто виявляються непридатними через втрату діагностично значущих деталей. Звідси сформована науково-прикладна задача: підвищення ефективності обробки та кодування інфрачервоних зображень. Сучасні методи обробки інфрачервоних знімків спираються на застарілі кодеки, що не враховують специфіку інфрачервоних зображень, або є закритими пропрієтарними технологіями, що недоступні для широкого застосування. Тому мета статті полягає у розробці методу біфуркації бітових площин інфрачервоних зображень для підвищення ефективності їх обробки та кодування. Запропонований метод ґрунтується на екстракції старших і молодших біт із 16-бітного зображення, що дозволяє зменшити розрядність до 8 біт, зберігаючи основну семантичну структуру у старших бітах та дрібні деталі — у молодших. Проведено математичне обґрунтування алгоритму, описано його реалізацію та представлено результати експериментального дослідження. Зокрема, показано, що застосування біфуркації дозволяє підвищити коефіцієнт стиснення в середньому на 22% порівняно з прямим стисненням повнорозрядного зображення, при цьому збільшення середньоквадратичного відхилення залишається в межах, які не призводять до візуально помітних спотворень. Метод не вимагає спеціалізованого апаратного забезпечення, має низьку обчислювальну складність і є придатним для використання в мобільних або енергообмежених системах. Результати дослідження закладають підґрунтя для розвитку методів контекстно-орієнтованої обробки й адаптивного стиснення тепловізійних зображень.
Посилання
Barannik, V. V., Shulgin, S. S., Babenko, Y. M., Onyshchenko, R. S., Revva, K. V., Belikova, T. V., & Ignatyev, O. O. (2023). Technology of sliding coding of uneven diagonal sequences in two‑dimensional spectral space of transformants. Visnyk NTUU “KPI” Seriia: Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannia, (94), 13–23. https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.94.13‑23.
Anantha Babu, S., Eswaran, P., & Senthil Kumar, C. (2020). Performing image compression and decompression using matrix substitution technique. In Advances in Computational and Bio‑Engineering (pp 25–36). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-46939-9_3.
Putra, A. B. W., Supriadi, S., Wibawa, A. P., Pranolo, A., & Gaffar, A. F. O. (2020). Modification of a gray‑level dynamic range based on a number of binary bit representation for image compression. Science in Information Technology Letters, 1(1), 9–16. https://doi.org/10.31763/sitech.v1i1.17.
Hassaini, M. O., Morsli, M., & Yaichi, S. (2020, February). Image compression using principal component analysis. In 2020 International Conference on Mathematics and Information Technology (ICMIT) (pp. 226–231). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICMIT47780.2020.9047014.
Barannik, V. V., Sidchenko, S. O., Barannik, D. V., Chornomaz, I. K., Hurzhiy, P. M., & Hrihoriian, M. B. (2023). Saving elements methods for service components of images cryptocompression codograms. Visnyk NTUU “KPI” Seriia: Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannia, (92), 28–40. https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.92.28‑40.
Odarchenko, R., Gnatyuk, S., Gnatyuk, V., & Abakumova, A. (2018). Security key indicators assessment for modern cellular networks. In Proceedings of the IEEE First International Conference on System Analysis & Intelligent Computing (SAIC) (pp. 1–7). IEEE. https://doi.org/10.1109/SAIC.2018.8516889.
Shah, T. J., & Banday, M. T. (2020). A review of contemporary image compression techniques and standards. In Examining fractal image processing and analysis (pp. 121–157). IGI Global. https://doi.org/10.4018/978-1-7998-0066-8.ch006.
Kozlovskyi, V. V., Savchenko, A. S., Tolstikova, O. V., & Klobukova, L. P. (2022). The criteria of choice of spectral‑efficient signals in wireless informational networks. Science-Based Technology, 56(4), 268–273. https://doi.org/10.18372/2310-5461.56.17125.
Krasnorutsky, A., Barannik, V., Shulgin, S., Kolesnyk, V., Kharchenko, N., & Revva, K. (2023, November). Integration of video image decryption coding into a remote video information service. In Proceedings of the 2023 IEEE 5th International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT) (pp. 1–6). IEEE. https://doi.org/10.1109/AICT61584.2023.10452679.
Garg, G., & Kumar, R. (2022). Analysis of image types, compression techniques and performance assessment metrics: A review. Journal of Information and Optimization Sciences, 43(3), 429–436. https://doi.org/10.1080/02522667.2022.2037282.
Barannik, V., Babenko, Y., Kulitsa, O., Barannik, D., Khimenko, V., & Musienko, A. (2020, November). Significant microsegment transformants encoding method to increase the availability of video information resource. In 2020 IEEE 2nd International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT) (pp. 52–56). IEEE. https://doi.org/10.1109/ATIT50783.2020.9349256.
Uthayakumar, J., Elhoseny, M., & Shankar, K. (2020). Highly reliable and low-complexity image compression scheme using neighborhood correlation sequence algorithm in WSN. IEEE Transactions on Reliability, 69(4), 1398–1423. https://doi.org/10.1109/TR.2020.2972567.
Krasnorutsky, A., Onyshchenko, R., Barannik, D., & Barannik, V. (2022, December). The methods of intellectual processing of video frames in coding systems in progress aeromonitor to increase efficiency and semantic integrity. In 2022 IEEE 4th International Conference on Advanced Trends in Information Theory (ATIT) (pp. 53–56). IEEE. https://doi.org/10.1109/ATIT58178.2022.10024208.
Rodríguez‑Carvajal, R., Meyer, T., & Rüdel, H. (2021, February). Comparing Freeman Chain Code 4 adjacency algorithm and LZMA compression. In Journal of Physics: Conference Series (Vol. 1783, Article 012045). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1783/1/012045.
Barannik, V. V., Havrylov, D. S., Hurzhii, P. M., Kolesnyk, V. O., & Tsimura, Y. V. (2023). Adaptive integer arithmetic coding with RLE‑transform. Systems and Technologies of Communication, Informatization and Cybersecurity, 3, 5–13. https://doi.org/10.58254/viti.3.2023.01.05.
Odarchenko, R. S., Ivanova, M. S., Ryabenko, M. S., & Al‑Mudhafar Akil Abdulhussein, M. (2023). Method of analyzing dependencies between QoE and QoS parameters based on machine learning algorithms. Science-Based Technology, 56(4), 305–316. https://doi.org/10.18372/2310-5461.56.17130.
Barannik, V., & Shiryaev, A. (2012). Quadrature compression of images in polyadic space. In Proceedings of the International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (p. 422). INSPEC Accession Number: 12713484.
Qasim, A. J., Din, R., & Ahmed Alyousuf, F. Q. (2020). Review on techniques and file formats of image compression. Bulletin of Electrical Engineering and Informatics, 9(2), 602–610. https://doi.org/10.11591/eei.v9i2.2085.
Lang, H., Beischl, A., Leis, V., Boncz, P., Neumann, T., & Kemper, A. (2020). Tree-encoded bitmaps. In Proceedings of the 2020 ACM SIGMOD International Conference on Management of Data (pp. 937–967). ACM. https://doi.org/10.1145/3318464.3380588.
Barannik, V., Khimenko, V., & Barannik, N. (2020). Development of an adaptive arithmetic coding method to the sequence of bits. In S. Zawiślak & J. Rysiński (Eds.), Engineer of the XXI Century: Mechanisms and Machine Science (Vol. 70, pp. 203–204). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-030-13321-4_18.
Tsimura, Y., Kostromytskyi, A., Suhanov, O., & Dumych, S. (2024). Method of encoding video data in spectral‑parametric space. In Information and Communication Technologies, Electronic Engineering (Vol. 4, No. 1, pp. 61–69). ICTEE. https://doi.org/10.23939/ictee2024.01.061.
Barannik, V., Khimenko, V., & Barannik, N. (2021). Method of indirect information hiding in the process of video compression. Radioelectronic and Computer Systems, 2021(4), 119–131. https://doi.org/10.32620/reks.2021.4.
Barannik, V., Krasnorutsky, A., Kolesnik, V., Barannik, V., Pchelnikov, S., & Zeleny, P. (2022). Compression method in terms of ensuring the fidelity of video images in infocommunication networks. Radioelectronic and Computer Systems, 2022(4), 10–24. https://doi.org/10.32620/reks.2022.5/09.
Barannik, V., Sidchenko, S., Barannik, D., Babenko, M., Manakov, V., Kulitsa, O., … Kuzmin, O. (2023). A method of scrambling for the system of cryptocompression of codograms service components. In M. Klymash, A. Luntovskyy, M. Beshley, I. Melnyk, & A. Schill (Eds.), Emerging networking in the digital transformation age (Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 965, pp. 444–459). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-24963-1_26.
Barannik, V. V., Krasnorutsky, A. O., Kolesnyk, V. O., Sushko, A. L., Elіseev, E. S., & Fedorovskiy, O. V. (2023). Video segments stamping method saving their reliability in the spectral‑cluster space. Visnyk NTUU “KPI” Seriia: Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannia, 92, 41–53. https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.92.41‑53.
Tsímura, Y., Yelíseiev, Ye., Barannik, V. V., Babenko, M. V., & Tarasenko, D. (2024). Method of clustering a sequence of transformants by structural features of their spectral‑parametric description. Наукоємні технології, 62(2), 185–192. https://doi.org/10.18372/2310-5461.62.18712.
Barannik, V., Barannik, V., Babenko, Y., Kolesnyk, V., Zeleny, P., Pasynchuk, K., Ushan, V., Yermachenkov, A., & Savchuk, M. (2024). Method of coding video images based on meta‑determination of segments. In Digital ecosystems: Interconnecting advanced networks with AI applications (Lecture Notes in Electrical Engineering, Vol. 1198, pp. 566–589). Springer. https://doi.org/10.1007/978-3-031-61221-3_27.
Barannik, V. V., Krasnorutsky, A. O., Kolesnyk, V. O., Pchelnikov, S. I., Babenko, Yu. M., & Sheigas, O. M. (2022). A method of coding video segments in spectral‑cluster space with detection of structural features. Visnyk NTUU “KPI” Seriia: Radiotekhnika. Radioaparatobuduvannia, (90), 21–30. https://doi.org/10.20535/RADAP.2022.90.21-30.
Barannik, V., & Karpenko, S. (2008, February). Method of the 3-D image processing. In Proceedings of the International Conference on Modern Problems of Radio Engineering, Telecommunications and Computer Science (TCSET) (pp. 378–380). Lviv-Slavsko, Ukraine.
Barannik, V., Berchanov, A., Barannik, V., & Babenko, M. (2023, November). Method of mini segments encoding in difference space using Haar wavelet. In Proceedings of the 2023 IEEE 5th International Conference on Advanced Information and Communication Technologies (AICT) (pp. 1–4). IEEE. https://doi.org/10.1109/AICT61584.2023.10452674.
Barannik, V. V., Eliseyev, Y. S., Tsimura, Y. V., Babenko, M. V., & Ushan, V. M. (2024). Method of compression of clustered transformants based on block coding with locally-monotonic length determination. Science-Based Technology, 63(3), 274–281. https://doi.org/10.18372/2310-5461.63.18971.
