uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университет10.21869/2223-1536-2023-13-4-115-130uprinmatus-131Research ArticleРАСПОЗНАВАНИЕ И ОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙIMAGE RECOGNITION AND PROCESSINGМетод и алгоритм реализации множества Мандельброта для обработки сложноструктурируемых изображенийA Method and Algorithm for Implementing the Mandelbrot Set for Processing Complex Structured ImagesТомаковаР. А.TomakovaR. A.

Томакова Римма Александровна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Researcher ID: O-6164-2015

Rimma A. Tomakova, Dr. of Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department of Software Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

Researcher ID: O-6164-2015

rtomakova@mail.ruАхмадуллинИ. М.AkhmadullinI. M.

Ахмадуллин Ильдар Музгирович, магистрант кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Ildar M. Akhmadullin, Undergraduate of the Department of Software Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

ildar.230@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-2667-2662НефедовН. Г.NefedovN. G.

Нефедов Никита Геннадьевич, магистрант кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Nikita G. Nefedov, Undergraduate of the Department of Software Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

niknefed@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0008-5967-8744ПузыревЕ. И.PuzyrevE. I.

Пузырев Евгений Игоревич, магистрант кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Evgeny I. Puzyrev, Undergraduate of the Department of Software Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

puzyryov2000@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-4838-6710МалышевА. А.MalyshevA. A.

Малышев Антон Александрович, студент кафедры программной инженерии

ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040

Anton A. Malyshev, Student of the Department of Software Engineering

50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040

alta76@yandex.ruЮго-Западный государственный университетРоссияSouthwest State UniversityRussian Federation202324012024134115130Copyright © Томакова Р.А., Ахмадуллин И.М., Нефедов Н.Г., Пузырев Е.И., Малышев А.А., 20242024Томакова Р.А., Ахмадуллин И.М., Нефедов Н.Г., Пузырев Е.И., Малышев А.А.Tomakova R.A., Akhmadullin I.M., Nefedov N.G., Puzyrev E.I., Malyshev A.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/131Цель исследований

Цель исследований. В нашей жизни фракталы распространены повсеместно, например, в природе, в ней встречается огромное количество фигур, подобных самим себе и построенных по определенным законам. Фракталы используют в компьютерной графике, экономике, радиотехнике, физике и многих других областях. Применение фракталов в различных областях науки способно открыть множество новых возможностей. Поэтому разработка программного продукта, предназначенного для визуализации множество Мандельброта, является актуальной задачей. Цель исследований заключается в разработке программного продукта, предназначенного для обработки сложноструктурируемых изображений на основе фрактальных методов и алгоритмов визуализации множества Мандельброта.

Методы

Методы. Для реализации программного продукта с целью визуализации множества Мандельброта был использован язык программирования Java. В качестве локального хранилища данных была использована БД SQLite. Также были применены библиотеки: JavaFX ‒ для создания пользовательского интерфейса; SQLite JDBC 3.21.0 ‒ для работы с БД SQLite; imgscalr ‒ с целью масштабирования изображений; Apache Commons IO 2.6 для работы с файловой системой; ControlsFX v8.40.14 ‒ для создания интерфейса пользователя.

Результаты

Результаты. Разработанный программный продукт на основе фрактальных методов позволяет существенно выделить текстурные особенности изображений, на основании которых производится операция кластеризация выделенных объектов интереса на изображениях с целью экспортирования для дальнейшей их классификации.

Заключение

Заключение. В ходе выполнения проекта реализован программный продукт для визуализации множества Мандельброта, который может быть использован для моделирования объектов, имеющих фрактальную форму, применительно к обработке сложноструктурируемых изображений, содержащих невидимые скрытые особенности объектов на изображениях.

The purpose of research

The purpose of research. In our life, fractals are ubiquitous, for example, in nature, there are a huge number of figures similar to themselves and built according to certain laws. Fractals are used in computer graphics, economics, radio engineering, physics and many other fields. The use of fractals in various fields of science can open up many new possibilities. Therefore, the development of a software product designed to visualize the Mandelbrot set is an urgent task. The purpose of the research is to develop a software product designed for processing complex structured images based on fractal methods and algorithms for visualizing the Mandelbrot set.

Methods

Methods. The Java programming language was used to implement the software product in order to visualize the Mandelbrot set. The SQLite database was used as a local data store. Libraries were also used: JavaFX ‒ to create a user interface; SQLite JDBC 3.21.0 ‒ to work with the SQLite database; imgscalr ‒ to scale images; Apache Commons IO 2.6 to work with the file system; ControlsFX v8.40.14 ‒ to create a user interface.

Results

Results. The developed software product based on fractal methods makes it possible to significantly highlight the textural features of images, on the basis of which the clustering operation of selected objects of interest in images is performed in order to export them for further classification.

Conclusion

Conclusion. During the implementation of the project, a software product for visualization of the Mandelbrot set was implemented, which can be used to model objects having a fractal shape, in relation to the processing of complexly structured images containing invisible hidden features of objects in the images.

фракталмножество МандельбротапоследовательностьоверсемплингfractalMandelbrot setsequenceoversamplingReferencesНовейшие методы обработки изображений / А. А. Потапов [и др.]; под ред. А. А. Потапова. М.: Физматлит, 2008. 496 с.Potapov A. A., eds. Novejshie metody obrabotki izobrazhenij [The latest methods of image processing]; ed. by A. A. Potapov. Moscow, Fizmatlit, 2008. 496 p.Фисенко В. Т., Фисенко Т. Ю. Исследование методов распознавания образов для систем компьютерного зрения роботов // Ивестия вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56, № 5. С. 63‒70.Fisenko V. T., Fisenko T. Y. Issledovanie metodov raspoznavaniya obrazov dlya sistem komp'yuternogo zreniya robotov [Investigation of pattern recognition methods for robot computer vision systems]. Ivestiya vuzov. Priborostroenie = Ivestia of Universities. Instrumentation, 2013, vol. 56, no. 5, pp. 63‒70.Русанова И. А. Возможности фрактальной обработки изображений и сигналов в медицине. М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2014. 140 c.Rusanova I. A. Vozmozhnosti fraktal'noj obrabotki izobrazhenij i signalov v medicine [Possibilities of fractal processing of images and signals in medicine]. Moscow, LAP Lambert Academic Publishing, 2014. 140 p.Бак П. Как работает природа. Теория самоорганизованной критичности. М.: URSS: Либроком, 2022. 288 с.Bak P. Kak rabotaet priroda. Teoriya samoorganizovannoj kritichnosti [How nature works. Theory of self-organized criticality]. Moscow, URSS, Librocom Publ., 2022. 288 p.Деменок С. Л. Фрактал. Между мифом и ремеслом. М.: Ринвол, Академия исследования культуры, 2011. 296 с.Demenok S. L. Fraktal. Mezhdu mifom i remeslom [Fractal. Between myth and craft]. Moscow, Rinvol, Academy of Culture Research Publ., 2011. 296 p.Методы и алгоритмы контурного анализа для задач классификации сложноструктурируемых изображений / М. В. Дюдин, А. Д. Поваляев, Е. С. Подвальный, Р. А. Томакова // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2014. Т. 10, № 3-1. С. 54‒59.Dyudin M. V., Povalyaev A. D., Podvalny E. S., Tomakova R. A. Metody i algoritmy konturnogo analiza dlya zadach klassifikacii slozhnostrukturiruemyh izobrazhenij [Methods and algorithms of contour analysis for classification problems of complex structured images]. Vestnik Voronezhskogo gosudarstvennogo tekhnicheskogo universiteta = Bulletin of the Voronezh State Technical University, 2014, vol. 10, no. 3-1, pp. 54‒59.Метод классификации рентгенограмм на основе использования глобальной информации об их структуре / Р. А. Томакова, М. В. Томаков, И. В. Дураков, В. В. Жилин // Биомедицинская радиоэлектроника. 2016. № 9. С. 45‒51.Tomakova R. A., Tomakov M. V., Durakov I. V., Zhilin V. V. Metod klassifikacii rentgenogramm na osnove ispol'zovaniya global'noj informacii ob ih strukture [Method of classification of radiographs based on the use of global information about their structure]. Biomedicinskaya radioelektronika = Biomedical Radioelectronics, 2016, no. 9, pp. 45‒51.Томакова Р. А., Дюдин М. В., Томаков М. В. Нейросетевые модели принятия решений для диагностики заболеваний легких на основе флюорограмм грудной клетки // Биомедицинская радиоэлектроника. 2014. № 9. С. 12‒15.Tomakova R. A. Dyudin M. V., Tomakov M. V. Nejrosetevye modeli prinyatiya reshenij dlya diagnostiki zabolevanij legkih na osnove flyuorogramm grudnoj kletki [Neural network models of decision-making for the diagnosis of lung diseases based on chest fluorograms]. Biomedicinskaya radioelektronika = Biomedical Radioelectronics, 2014, no. 9, pp. 12‒15.Брежнева А. Н., Томакова Р. А., Филист С. А. Спектральный анализ сегментов изображения глазного дна для количественной оценки сосудистой патологии // Биомедицинская радиоэлектроника. 2009. № 6. С. 15‒18.Brezhneva A. N., Tomakova R. A., Filist S. A. Spektral'nyj analiz segmentov izobrazheniya glaznogo dna dlya kolichestvennoj ocenki sosudistoj patologii [Spectral analysis of fundus image segments for quantitative assessment of vascular pathology]. Biomedicinskaya radioelektronika = Biomedical Radioelectronics, 2009, no. 6, pp. 15‒18.Мандельброт Б. Б. Фракталы и хаос. Множество Мандельброта и другие чудеса. М.: Регулярная и хаотическая динамика, 2009. 392 с.Mandelbrot B. B. Fraktaly i haos. Mnozhestvo Mandel'brota i drugie chudesa [Fractals and chaos. The Mandelbrot set and other miracles]. Moscow, Regular and chaotic dynamics Publ., 2009. 392 p.Деменок С. Л. Просто фрактал. М.: Страта, 2018. 308 с.Demenok S. L. Prosto fraktal [Simply fractal]. Moscow, Strata Publ., 2018. 308 p.Секованов В. С. Элементы теории фрактальных множеств. М.: Едиториал УРСС, 2018. 248 с.Sekovanov V. S. Elementy teorii fraktal'nyh mnozhestv [Elements of the theory of fractal sets]. Moscow, Unitorial URSS Publ., 2018. 248 p.Гуц А. К. Комплексный анализ и кибернетика. М.: ЛКИ, 2010. 144 с.Guts A. K. Kompleksnyj analiz i kibernetika [Complex analysis and cybernetics]. Moscow, LKI Publ., 2010. 144 p.Мандельброт Б. Б. Фрактальная геометрия природы. М.: Институт компьютерных исследований, 2010. 676 с.Mandelbrot B. B. Fraktal'naya geometriya prirody [Fractal geometry of nature]. Moscow, Institute of Computer Research Publ., 2010. 676 p.Божокин С. В., Паршин Д. А. Фракталы и мультифракталы. Ижевск: Регулярная и хаотическая динамика, 2001. 128 с.Bozhokin S. V., Parshin D. A. Fraktaly i mul'tifraktaly [Fractals and multifractals]. Izhevsk, Regular and chaotic dynamics Publ., 2001. 128 p.Прохоренок Н. А. Основы Java. СПб.: БХВ-Петербург, 2017. 704 с.Prokhorenok N. A. Osnovy Java [Fundamentals of Java]. St. Petersburg, BHVPetersburg Publ., 2017. 704 p. 17. Prokhorenok N. A. [JavaFX]. St. Petersburg, BHV-Petersburg Publ., 2020. 768 p.Прохоренок Н. А. JavaFX. СПб.: БХВ-Петербург, 2020. 768 с.Vasiliev A. N. Ob"ektno-orientirovannoe programmirovanie [Java. Object-oriented programming]. St. Petersburg, Peter Publ., 2012. 398 p.Васильев А. Н. Java. Объектно-ориентированное программирование. СПБ.: Питер, 2012. 398 с.Laforet R. Struktury dannyh i algoritmy v Java [Data structures and algorithms in Java]. St. Petersburg, Peter Publ., 2016. 704 p.Роберт Лафоре. Структуры данных и алгоритмы в Java. СПБ.: Питер, 2016. 704 с.Niemeyer P., Leuk D. Programmirovanie na Java [Programming in Java]. Moscow, Eksmo Publ., 2014. 1216 p.Нимейер П., Леук Д. Программирование на Java. М.: Эксмо, 2014. 1216 с.Нимейер П., Леук Д. Программирование на Java. М.: Эксмо, 2014. 1216 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.