СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к области локации, преимущественно к пассивным способам обнаружения воздушно-космических объектов на сложном, неоднородном фоне.

Известен способ обнаружения объекта [1], заключающийся в формировании изображения объекта и фона на фоточувствительной площадке передающей телевизионной камеры, регистрации изображений объекта и фона в положительной и отрицательной полярности, считывании результирующего зарегистрированного изображения и выделения изображения объекта как отличной от нуля области результирующего изображения.

К недостаткам известного способа относится низкая точность, обусловленная невозможностью селекции движущегося объекта от изменяющейся части фона, и невозможность выделения неискаженного изображения обнаруживаемого объекта.

Наиболее близок к изобретению и выбран за прототип способ селекции объекта [2], заключающийся в регистрации в различные моменты первого, второго и третьего изображений объекта и фона, формировании первого и второго разностных изображений путем вычитания первого и второго, второго и третьего зарегистрированных изображений соответственно, выделении первого, второго и третьего изображений, выделении изображения объекта в виде общей ненулевой области первого и второго преобразованных разностных изображений.

К недостаткам известного способа относится низкая точность обнаружения объекта при движении фона (например, при обнаружении ИСЗ на фоне звезд, когда одновременно перемещается и объект и фон), причем
f(x, y, t) = s(x-v_xt, y-v_yt) + n(x-w_xt, y-w_yt)(1)
где v_x, v_y - скорость перемещения объекта S по осям x и y,
w_x, w_y - скорость перемещения фона n по осям x и y.

Целью изобретения является повышение точности обнаружения объекта в условиях перемещающегося фона.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения объекта, включающем регистрацию в различные моменты первого, второго и третьего изображений объекта и фона, формирование первого и второго разностных изображений, преобразование разностных изображений в бинарные, выделение изображения объекта в виде общей ненулевой области первого и второго преобразованных разностных изображений, дополнительно регистрируют поля взаимно корреляционных функций соответственно первого и второго, а также первого и третьего зарегистрированных изображений, определяют радиус-векторы максимумов соответствующих взаимно корреляционных функций и , смещают первое и второе зарегистрированные изображения на величины и и формируют первое и второе разностные изображения путем вычитания первого смещенного и третьего зарегистрированных изображений, а также второго смещенного и третьего зарегистрированных изображения.

Пример блок-схемы устройства, реализующего предлагаемый способ, приведен на фиг.1, где введены следующие обозначения: 1 - приемный телескоп; 2 - блок регистрации изображений; 3 - блок буферной памяти; 4 - блок коммутации и синхронизации; 5 - блок корреляционной обработки; 6 - блок смещения изображений; 7 - блок вычитания изображений; 8 - блок пороговой обработки; 9 - блок управления и вычисления; 10 - формирователь селекторного поля; 11 - блок индикации.

Работа заявляемого способа поясняется описанием принципа функционирования устройства, реализующего предлагаемый способ.

Излучение объекта и фона принимают приемным телескопом 1 и формируют на фоточувствительной площадке блока регистрации изображений 2, представляющего собой, например, передающую телевизионную камеру, изображение объекта и фона в моменты времени t₁, t₂ и t₃, образуя первое, второе и третье изображения объекта и фона, причем t₁ < t₂ < t₃:
f₁(x,y) = s₁(x,y) + n₁(x, y)
f₂(x,y) = s₂(x,y) + n₂(x, y)
f₃(x,y) = s₃(x,y) + n₃(x, y)
которые с учетом (1) могут быть записаны в виде:

где - радиус-вектор, связанный с системой координат фотоприемника блока 2;
- радиус-векторы, характеризующие положение объекта и фона в момент времени t₁;
- скорость изменения положения объекта и фона между моментами времени t₁ и t₂, t₁ и t₃;
i = 1, 2...;
Δt_1,2= t₂-t₁;
Δt_1,3= t₃-t₁.

Графически первое, второе и третье зарегистрированные изображения приведены на фиг.2 а, б, в соответственно.

Первое, второе и третье изображения, регистрируемые в моменты времени t₁, t₂, t₃ соответственно, запоминают в соответствующих блоках буферной памяти 3, реализованных, например, на основе матриц ПЗС-структур. При этом запоминание осуществляется по сигналу синхронизации с блока коммутации и синхронизации 4, позволяющему осуществлять запоминание каждого изображения в соответствующем ему блоке 3.

После регистрации второго изображения в блоке корреляционной обработки 5 осуществляют корреляционное сравнение первого и второго зарегистрированных изображений, формируя их взаимно корреляционную функцию

Подставляя выражения для из (2) в (3), имеем

где
На основании неравенства Шварц-Буняковского

откуда

Так как объект занимает малую по сравнению с фоном область изображения, то максимум автокорреляционной функции фона будет больше максимума автокорреляционной функции объекта, то есть

Из (4) и (5), используя свойство максимума автокорреляционной функции, имеем

Из сравнения (3а) и (6) имеем координаты максимума поля взаимно корреляционной функции первого и второго зарегистрированных изображений:

Блок корреляционной обработки 5 может быть реализован, например, на основе когерентного оптического коррелятора.

Определенные значения координат максимума поля взаимно корреляционной функции первого и второго зарегистрированных изображений, характеризующиеся радиус-вектором , подают на блок управления и вычисления 9, реализованный, например, на базе спецвычислителя и устройств сопряжения.

Аналогично после регистрации третьего изображения в блоке корреляционной обработки 5 осуществляют корреляционное сравнение первого и третьего зарегистрированных изображений, формируя их взаимно корреляционную функцию

Координаты максимума поля взаимно корреляционной функции первого и третьего зарегистрированных изображений поступают на блок 9 для дальнейшей обработки.

На фиг.2, г, д приведен вид поля взаимно корреляционной функции первого и второго K₁₂ и первого и третьего K₁₂ зарегистрированных изображений (указаны только максимумы поля).

После определения координат максимумов поля взаимно корреляционных функций из блока 9 подают управляющие сигналы на первый и второй блоки смещения изображений 6, выполненные, например, на базе регулируемых линий задержки, причем на первый блок 6 подают управляющий сигнал, пропорциональный величине , а на второй - пропорциональный величине .

Одновременно на блоки 6 поступают из блоков буферной памяти 3 сигналы запомненных первого и второго зарегистрированных изображений.

В блоках 6 осуществляют смещение первого и второго зарегистрированных изображений на величины и соответственно, получая первое и второе смещенные изображения, описываемые соответственно:

или с учетом выражений для r_1,2, r_1,3

Сравнивая выражения 7a с выражением для из (2), очевидно, что они отличаются лишь изображением объекта , смещенным на различное расстояние на изображениях

Графически смещенные изображения и представлены на фиг. 2, е, ж. Изображение фона на этих изображениях совпадает с изображением фона на третьем зарегистрированном изображении (фиг.2,в).

Первое и второе смещенные зарегистрированные изображения поступают на первый и второй блоки вычитания 7 соответственно, на входы этих блоков поступает из блока 3 также третье зарегистрированное изображение (блок вычитания 7 может быть реализован на базе цифровых логических элементов).

На выходе блоков 7 формируют соответственно первое и второе разностные изображения:

Полученные разностные изображения в блоках пороговой обработки 8, реализованных, например, на основе компараторов, преобразуют в бинарные разностные изображения (графически представленные на фиг.2, з, и).

и в блоке формирования селекторного поля 10, реализованном, например, на базе логических элементов, формируют селекторное поле как общую ненулевую область первого и второго преобразованных разностных изображений, то есть

где U-знак объединения.

Из сравнения (8) и (9) очевидно, что соответствует преобразованному в бинарное изображению объекта на третьем зарегистрированном изображении (графически представлено на фиг.2, к).

Таким образом, определяя координаты центра селекторного поля в блоке 9, могут быть дополнительно определены координаты обнаруженного объекта, а стробируя селекторным полем третье зарегистрированное изображение, может быть получено изображение обнаруженного объекта (в блоке индикации 11, реализованном, например, на базе ВКУ).

Преимуществом предложенного способа в сравнении с прототипом является повышение точности, вызванное возможностью обнаружения объекта на перемещающемся с ненулевой скоростью фоне (самолет на фоне облаков с разрывами и т.п.).

Изобретение относится к области локации, преимущественно к пассивным способам обнаружения воздушно-космических объектов на сложном неоднородном фоне. Целью изобретения является повышение точности обнаружения объекта в условиях перемещающегося фона. Поставленная цель достигается тем, что в способе обнаружения объекта, включающем регистрацию в различные моменты первого, второго и третьего изображений объекта и фона посредством телескопа 1 и блока регистрации 2, реализованного, например, в виде передающей телевизионной камеры, первое, второе и третье изображения запоминают в блоках буферной памяти 3, реализованных, например на основе матриц ПЗС-структур. При этом запоминание осуществляется по сигналу с блока коммутации и синхронизации 4. Затем в блоке корреляционной обработки 5 осуществляют корреляционное сравнение первого и второго зарегистрированных изображений, формируя их взаимно корреляционную функцию, и находят координаты максимума ее поля. Аналогично в блоке корреляционной обработки 5 осуществляют корреляционное сравнение первого и третьего зарегистрированных изображений, формируя координаты максимума поля взаимно корреляционной функции первого и третьего изображений, которые поступают в блок управления и вычисления 9 для дальнейшей обработки. 2 ил.

Способ обнаружения объекта, включающий регистрацию в различные моменты времени первого, второго и третьего изображений объекта и фона, формирование первого и второго разностных изображений, преобразование разностных изображений в бинарные и выделение изображения объекта в виде общей ненулевой области первого и второго преобразованных разностных изображений, отличающийся тем, что, с целью повышения точности обнаружения объекта в условиях перемещающегося фона, дополнительно регистрируют поля взаимно корреляционных функций соответственно с первого и второго, а также первого и третьего зарегистрированных изображений, определяют радиус-векторы максимумов соответствующих взаимно корреляционных функций размещают первое и второе зарегистрированные изображения соответственно на величины и формируют первое и второе разностные изображения путем вычитания первого смещенного и третьего зарегистрированных изображений.