Применение алгоритмов компьютерного зрения к оцифровке ионограмм

Ионосферное радиозондирование является одним из методов исследования состояния и структуры ионосферы. Результаты вертикального зондирования представляются в виде ионограмм, содержащих информацию о характеристиках отражённого сигнала в зависимости от частоты и действующей высоты [1, 2].
В работе рассматривается задача автоматизированной оцифровки архива ионограмм, сохранённых в виде растровых изображений. Исходный архив содержит 93812 GIF-файлов. Поскольку изображения не содержат исходных числовых данных, необходимо восстановить координаты отображённого сигнала и представить их в структурированном виде.
Разработан алгоритм, преобразующий графическое представление ионограммы в набор точек с тремя характеристиками: частотой, действующей высотой и относительной интенсивностью сигнала. Обработка выполняется с использованием библиотеки OpenCV и включает определение области построения, классификацию координатной сетки и выделение полезного сигнала.
Для определения границ области построения используется детектор Кэнни [3], после чего линейные элементы изображения обнаруживаются с помощью преобразования Хафа [4]. Поскольку в архиве используются различные варианты координатных сеток, изображения распределяются по их типам. Для каждого типа по известным отметкам осей задаются параметры линейного преобразования, позволяющего переводить координаты пикселей в частоту и действующую высоту.
Выделение сигнала выполняется с использованием цветовой информации изображения. С учетом специфики конкретно данного архива, анализируется красный канал области построения, после чего фон отделяется по наиболее часто встречающемуся уровню яркости. Для выделенных точек сохраняется значение красного канала как относительная интенсивность цветового представления сигнала. Полученные данные записываются в текстовые файлы в виде таблиц из трёх столбцов, что позволяет использовать результаты не только для визуального анализа, но и для последующей машинной обработки.
Разработанный подход позволяет автоматизировать перевод большого количества архивных ионограмм из графического в числовое представление. Перспективным направлением дальнейшей работы является применение разработанных методов к оцифровке бумажных архивов ионограмм, что позволит распространить подход на архивные материалы после их сканирования.