СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ОБЪЕКТА НА УДАЛЕННОМ ФОНЕ Российский патент 1997 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к локации, в частности к пассивным способам селекции воздушно-космического объекта на сложном неоднородном фоне.

Известен способ селекции цели в присутствии фоновых засветок.

В известном техническом решении используется способ исключения фоновых объектов /звезд/ путем экранирования некоторых участков изображения непосредственно в оптическом тракте поисковой системы. Основную часть системы составляет прозрачная сфера с нанесенными на ней непрозрачными изображениями наиболее ярких звезд. После ориентации оси сферы в направлении оси вращения Земли вспомогательный часовой механизм вращает сферу синхронно с вращением Земли. Изображение участка звездного неба фокусируется на поверхность прозрачной сферы и затем направляется к ее геометрическому центру, откуда при помощи призма передается на вход элемента, воспринимающего оптическое излучение.

Недостатками этого способа являются относительная сложность, невысокая точность, обусловленная погрешностями выполнения сферической маски, и невозможность селекции объекта на априорно неизвестной м фоне.

Наиболее близок к изобретению и выбран авторами за прототип способ визуализации различий между двумя похожими изображениями, заключающийся в приеме излучения, формировании двух изображений, фазовой задержке из сформированных изображений, записи незадержанного и задержанного изображений, их вычитании и последюущем анализе разностного изображения.

Известный способ имеет следующие недостатки.

1. Низкое быстродействие, обусловленное последовательным характером операций формирования изображений и их регистрации.

2. Низкую точность вследствие невозможности селекции "ложных объектов", возникающих из-за изменений фона между моментами регистрации первого и второго изображений.

3. Ограниченные функциональные возможности, т.к. известный способ не позволяет селектировать объект, имеющий малое перемещение относительно системы, осуществляющей селекцию, за время между формированием первого и второго изображений.

Цель изобретения повышение точности и быстродействия способа селекции объекта.

Поставленная задача достигается тем, что в способе селекции объекта на удельном фоне, заключающемся в приеме излучения, формировании двух изображений, регистрации сформированных изображений, формировании разностного изображения из двух зарегистрированных изображений и анализ разностного изображения, причем излучения и формирование двух изображений осуществляют в двух пространственно разнесенных точках, регистрацию сформированных изображений осуществляют одновременно, определяют параллактическое смещение фона путем вычисления взаимокорреляционной функции двух изображений и определения положения ее максимума, осуществляют смещение одного из зарегистрированных изображений на величину параллактического смещения фона в направлении, противоположном этому смещению, разностное изображение получают путем вычитания смещенного и второго зарегистрированного изображения, разделяют области разностного изображения, имеющие противоположные знаки, анализируют размер фрагментов областей в направлении параллактического смещения фона, выделяют в каждой из областей фрагмент, имеющий максимальный размер, определяют координаты границ выделенных фрагментов разностного изображения, изменяют координаты одного из выделенных фрагментов на величину максимального размера данного фрагмента по направлению к другому фрагменту, формируют селекторное поле, ограниченное внешними границами выделенных фрагментов, выбирают из соответствующего зарегистрированного изображения подобласть, соответствующую селекторному полю, получая изображение объекта.

Блок-схема устройства, реализующего предложенный способ, представлена на фиг. 1, где:
1 блок формирования изображений,
2 блоки регистрации изображений,
3 блок синхронизации,
4 блок корреляционной обработки,
5 блок формирования взаимно-корреляционной функции,
6 блок смещения изображения,
7 блок вычитания изображений,
8 блок формирования селекторного поля,
9 блок разделения изображений,
10 блоки анализа разностного изображения,
11 блок выделения изображения объекта.

Излучение от объекта и фона принимают в двух пространственно разнесенных точках. В блоках формирования изображений 1, каждый из которых содержит, например, приемный телескоп, с задней фокальной плоскостью которого совмещена чувствительная площадка соответствующего блока регистрации изображений 2 /причем оптические оси обоих приемных телескопов параллельны, а фокусные расстояния одинаковы и равны f'/, формируют два пространственно разнесенных изображения
fi(x,y) Si(x,y) + ni(x,y)
где
i 1,2 номер блока формирования изображений,
Si(x,y) изображение объекта,
n(x,y) изображение фона.

Сформированные изображения регистрируют в соответствующих блоках регистрации изображений 2, представляющих, например, пространственно-временные модулятора света, одновременно по сигналу синхронизации с блока синхронизации 3, обеспечивающего одновременность регистрации изображений, причем на фиг. 1 показаны только те связи блока синхронизации, которые существенны для реализации предложенного способа в наиболее общем виде.

Так как зарегистрированные изображения Φ₁(x,y) и Φ₂(x,y) принимают в двух пространственно разнесенных на расстоянии L в направлении оси OX /см. фиг. 2/ точках, то эти изображения имеют параллактическое смещение друг относительно друга. Для определения величины параллактического смещения фона зарегистрированные изображения Φ₁(x,y) и Φ₂(x,y) поступают на блок корреляционной обработки 4.

Для пояснения принципа работы воспользуемся фиг. 2, на которой представлено взаимное расположение фона 13, объекта B и точек приема излучения O₁, O₂.

Обозначения на фиг. 2 следующие:
13 фон,
14 плоскость входных зрачков приемных телескопов,
15 плоскость блоков регистрации изображений 2,
A произвольная точка фона,
B объект,
O_i центр зрачка i-го приемного телескопа блока формирования изображений, оптическая ось i -ого приемного телескопа; задний фокус i -ого приемного телескопа;
H расстояние от плоскости входных зрачков приемных телескопов до фона;
h расстояние от плоскости входных зрачков приемных телескопов до объекта.

Изображения точки A фона 13 в задней фокальной плоскости приемных телескопов соответственно A₁ и A₂ смещены относительно соответствующих оптических осей на расстояния
Из треугольника ACO₁ и ADO₂, где C и D₁ точки пересечения фона 13 с продолжениями оптических осей имеем:

Учитывая, что CD=L параллактическое смещение фона
Аналогичные рассуждения, приведенные для объекта, дадут параллактическое смещение объекта
Тогда

В блоке корреляционной обработки 4, представляющем собой оптический когерентный коррелятор, формируют взаимно-корреляционную функцию
K(x,y) = Φ₁(x,y)⊗Φ₂(x,y)
где
⊗ знак операции корреляции.

Подставляя выражения Φ₁(x,y) и Φ₂(x,y) из /2/, имеем

Согласно неравенству Шварца-Буняковского, максимум автокорреляционной функции априорно больше максимума взаимокорреляционной функции, поэтому мы может исключить второе и третье слагаемые в /3/.

Так как объект занимает малую часть изображения, то максимум автокорреляционной функции фона превышает максимум автокорреляционной функции объекта, поэтому максимум функции k (x, y) будет соответствовать максимуму функции n(x+ξ_ф, y)⊗n(x,y).
В блоке формирования взаимно-корреляционной функции 5, реализованном, например, на базе многоэлементного фотоприемника, вычисляют максимум автокорреляционной функции k (x, y) и определяют смещение этого максимума Δ относительно начала координат. По свойству корреляционной функции ее максимальное значение соответствует началу координат, т.е. k(x, y)_мак=К(0, 0)
Получаем D=- ξ_ф т.е. определенное смещение максимума взаимно-корреляционной функции равно по величине параллактическому смещению фона.

Вычисленное значение ξ_ф подает на блок смещения изобретения 6, в котором смещают одно из записанных изображений на величину ξ_ф в направлении, противоположном параллактическому смещению фона.

На выходе блока смещения изображений получаем изображение

В блоке вычитания изображений 7 вычитают изображения

Разностное изображение
Φ(x,y)
где:

где
Пpи h≠ H φ(x,y)=0, следовательно, разностное изображение φ(x,y) соответствует селективному объекту. Разностное изображение φ(x,y) вводят в блок разделения изображения 9, в котором выделяют области разностного изображения, имеющие противоположные знаки. На фиг.3 представлен вид функции φ(x,y) для случаев:
а/ точечных объектов;
б) объектов конечного размера d₁d>Δξ;
в/ объектов конечного размера d₁d<Δξ;
где: d максимальный размер изображения объекта в направлении параллактического смешения фона;
16 вид функции s (x, y)
19 вид функции φ(x,y) нижний ряд на фиг.3;
17 положительная область
18 отрицательная область φ(x,y).
Разделенные в блоке разделения изображений 9 области разностного изображения вводят в соответствующие блоки анализа 10, в которых анализируют размер отдельных фрагментов этих областей в направлении параллактического смещения фона и выделяют фрагменты с максимальным размером в каждой из областей разностного изображения. Этот максимальный размер соответствует параллактическому смешению Δξ. На фиг.4 показан процесс обработки разностного изображения, где:
а/ изображение объекта;
б/ разностное изображение;
в/ и изменение координат одного из фрагментов;
г/ формирование селекторного поля.

В блоке анализа разностного изображения 10 изменяют координаты выделенного фрагмента области разностного изображения 20 на величину максимального размера этого фрагмента Dx по направлению к другому фрагменту, как показано на фиг.4, в.

В блоке формирования селективного поля 8 формируют селективное поле F, ограниченное внешними границами выделенных фрагментов и линиями, соединяющими крайние точки выделенных фрагментов и параллельными направлению параллактического смешения фона. Из сравнения фиг.4, а и 4, г очевидна идентичность селективного поля и изображения селектируемого объекта.

В блоке выделения изображения объекта 11, представляющем, например, электрически управляемую диафрагму, выделяют из соответствующего зарегистрированного изображения /в данном случае приведенной на фиг.1 блок-схема второго/ подобласть, соответствующую селекторному полю F и, как показано выше, получаем изображение селектируемого объекта. Координаты селективного поля соответствуют координатам изображения объекта в системе координат, связанной с соответствующим блоком формирования изображений 1 и определяются по очевидным формулам:

где
X_y, Y_y координаты геометрического центра селекторного поля в задней фокальной плоскости приемного телескопа
X₀, Y₀, Z₀ координаты объекта B,
OXYZ система координат, связанная с блоком формирования изображений 1, например, входным зрачком 21 соответствующего приемного телескопа.

На фиг. 5 показано взаимное расположение объекта B с координатами геометрического центра B₀/X₀, Y₀, Z₀/, входного зрачка приемного телескопа 21, его фокальной плоскости 22 и плоскости расположения объекта 23.

Из вышеизложенного следует, что способ по предполагаемому изобретению, в сравнении с прототипом, обладает следующими преимуществами:
-повышенным быстродействием, вследствии одновременной регистрации двух изображений при их формировании в двух пространственно разнесенных точках пространства и параллельной обработке зарегистрированных изображений;
-повышенной точностью, так как при одновременной регистрации двух изображений изменения фона отсутствуют,
расширенными функциональными возможностями, поскольку заявляемый способ применим для селекции как подвижных, так и неподвижных объектов и дополнительно позволяет определить координаты селектируемого объекта.

Изобретение относится к локации, в частности к пассивным способам селекции воздушно-космического объекта на сложном неоднородном фоне. Целью изобретения является повышение точности при одновременном увеличении быстродействия. Поставленная цель достигается тем, что в способе селекции объекта на удаленном фоне, основанном на приеме излучения, формировании двух изображений, регистрации сформированных изображений, формировании разностного изображения, причем излучения и формирование двух изображений осуществляют в двух пространственно разнесенных точках O₁, O₂, регистрацию сформированных изображений осуществляют одновременно, определят паралактическое смещение фона путем формирования взаимно-корреляционной функции двух зарегистрированных изображений и определения положения ее максимума, осуществляют смещение одного из зарегистрированных изображений на величину параллактического смещения фона в направлении, противоположном этому смещению, разностное изображение получают путем вычитания смешанного и второго зарегистрированного изображения, разделяют области разностного изображения, имеющие противоположные знаки, анализируют размер фрагментов областей в направлении параллактического смещения фона, выделяют в каждой из областей фрагмент, имеющий максимальный размер, определяют координаты границ выделенных фрагментов разностного изображения, изменяют координаты одного из выделенных фрагментов на величину максимального размера данного фрагмента по направлению к другому фрагменту, формируют селекторное поле, ограниченное внешними границами выделенных фрагментов, выбирают из соответствующего зарегистрированного изображения подобласть, соответствующую селекторному полю, получая изображение объекта. 5 ил.

Способ селекции объекта на удаленном фоне, заключающийся в приеме излучения, формировании двух изображений, регистрации сформированных изображений, формировании разностного изображения из двух зарегистрированных изображений и анализ разностного изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при одновременном увеличении быстродействия, прием и формирование двух изображений осуществляют в двух пространственно разнесенных точках, регистрацию сформированных изображений осуществляют одновременно, определяют параллактическое смещение фона путем формирования взаимокорреляционной функции двух зарегистрированных изображений и определения положения ее максимума, осуществляют смещение первого из зарегистрированных изображений на величину параллактического смещения фона в направлении, противоположном этому смещению, разностное изображение получают путем вычитания смещенного и второго зарегистрированных изображений, разделяют области разностного изображения, имеющие противоположные знаки, определяют величину параллактического смещения путем выявления максимального из размеров фрагментов областей в направлении параллактического смещения фона, определяют координаты границ выделенных фрагментов разностного изображения, изменяют координаты одного из выделенных фрагментов на величину параллактического смещения по направлению к другому фрагменту и получают изображение объекта дифрагмированием соответствующего зарегистрированного изображения полем прозрачности равным области, ограниченнной внешними границами одного выделенного фрагмента и другого с измененными координатами.