СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ СПЕКТРОЗОНАЛЬНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ Российский патент 2009 года по МПК H04N7/18 

Настоящее изобретение относится к области спектрозонального телевидения, использующего регистрацию отраженного или излученного потока в нескольких зонах ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной области оптического спектра, и может быть использовано на основе формирования спектрозональной телевизионной (ТВ) информации для решения задач обнаружения, селекции, измерения параметров и распознавания объектов по их спектрально-энергетическим и пространственным признакам и найти применение в специализированных системах обнаружения и дистанционного зондирования для автоматического контроля состояния или изменения характеристик объектов в наблюдаемом пространстве.

Принцип спектральной селекции оптических объектов с использованием средств телевидения базируется на регистрации отраженного или излученного лучистого потока в нескольких спектральных зонах Δλ_i, располагаемых внутри широкого спектрального участка от λ₁ до λ_n. При этом в зависимости от решаемой задачи число зон регистрации может быть равным m=2, 3, 4, …, L. Например, для дистанционного зондирования и ТВ анализа состояния объектов подстилающей поверхности Земли используют, как правило, 3-6 узких зон регистрации отраженной или излученной лучистости в видимой и ближней инфракрасной области спектра. Как известно, в зависимости от типа объектов величина отраженного или излученного лучистого потока будет неодинаковой в заданном спектральном участке от λ₁ до λ_n. Поэтому выбор числа зон регистрации лучистости в зависимости от количества и классов объектов в наблюдаемом пространстве играет важную роль при решении задач спектральной селекции.

Наряду с выбором числа зон регистрации важное место отводится нахождению оптимальной ширины зон регистрации Δλ и ее месторасположению в заданном спектральном участке. Основным требованием является нахождение таких зон регистрации Δλ в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, где для большего числа объектов между собой обеспечивалось бы максимально возможное значение спектрального контраста исходя из величин отражательной способности объектов. В целом эффективность применения систем спектральной селекции в первую очередь зависит от возможности выбора таких наиболее информативных зон регистрации из их некоторого множества {М}={Δλ₁,Δλ₂,…Δλ_j,…Δλ_L}, удовлетворяющих максимальному различию наблюдаемых объектов по спектрально-энергетическим признакам. При этом для наблюдаемого пространства возможны следующие ситуации:

- известно общее число объектов, равное N, а также распределение спектральных характеристик F(λ) этих объектов;

- имеются общие сведения о количестве объектов и ходе их спектральных характеристик;

- отсутствуют достоверные данные (априорная неопределенность).

Каждая приведенная ситуация требует определенного подхода к выбору зон регистрации лучистости. На фиг.1 показаны примерные спектральные характеристики для некоторых классов природных образований Земли. По отражательной способности лучистого потока естественная и искусственная растительность, облачный и снежный покров в видимом участке спектра практически не различаются между собой. В тоже время существуют отдельные спектральные зоны регистрации лучистости, где они различаются между собой. Регистрация лучистого потока в спектральной зоне Δλ₂ позволяет различить между собой естественную и искусственную растительность, а в зоне регистрации Δλ₃ отличить облачный покров от снежной поверхности и т.д.

Данные о спектрально-энергетических характеристиках объектов, принципы регистрации лучистости и формирование спектрозональных сигналов для их отображения в виде черно-белых или цветных спектрозональных ТВ изображений (изображений в условных цветах) для визуального анализа, а также при решении задач автоматической селекции и распознавания объектов нашли должное отражение в отечественной и зарубежной литературе (см. Кринов Е.Л. Спектральная отражательная способность природных образований. // М.: АН СССР, 1947, 168 с. [1], Аэрокосмические исследования Земли. Обработка видеоинформации на ЭВМ. М.: Наука, 1978, 245 с. [2], Баррет Э., Куртис Л. Введение в космическое землеведение. / Пер. с англ. В.В.Голосова. М.: Прогресс, 1979, 386 с. [3], Состояние и перспективы развития дистанционного зондирования (США). // Экспресс-информация. Вып.7. Сер. Аэрофотография. М., 1980 [4], Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Критерии оценки пригодности спектрозональных систем для селекции объектов. // Труды учебных институтов связи. Системы и средства передачи информации по каналам связи. Л.: ЛЭИС, 1982. с.111-118 [5], Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Информативность данных спектрозональных телевизионных систем наблюдения объектов. // Труды учебных институтов связи. Теория и устройства передачи информации по каналам связи. Л.: ЛЭИС, 1987, с.99-105 [6], Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Ташкент: Фан, 1987, 108 с. [7], Квиринг Г.Ю. Прикладное телевидение. / М.: МЭИС, 1989, 90 с. [8], Космическая съемка Земли (спутниками оптической съемки Земли с высоким разрешением). / Под. ред. А.А.Кучейко. М.: ИПРЖР, 2001, 135 с. [9], Цыцулин А.К. Телевидение и космос: Учеб. пособие. СПб., Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2003, 228 с. [10]) и др.

Известны системы и способы получения и отображения спектрозональной ТВ информации (Способ обработки данных для передачи большого количества цветов. Патент США №3909840, 1975 [11], Телевизионное устройство для спектрозонального наблюдения объектов. А.с. №788443 (СССР), 1980, БИ №46[12], А.с. №1031004 СССР. Устройство для селекции объектов с известной спектральной характеристикой, 1983, БИ №27[13]), которые предусматривают, что спектральные характеристики объектов априорно известны.

Известны технические решения и способы, связанные с повышением различимости объектов, путем оптимизации спектральной характеристики входного звена спектрозональной ТВ системы (Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Выбор спектральной характеристики оптического фильтра в спектрозональном телевидении. // Труды учебных институтов связи. Теория передачи информации по каналам связи. Вып. 97. Л.: ЛЭИС, 1980, с.135-140 [14], Зубарев Ю.Б., Селькин В.В. Перестраиваемый ПЗС датчик в спектрозональной телевизионной системе. // Техника средств связи. Сер. Техника телевидения, 1980, №5. с.30-34 [15], Зубарев Ю.Б., Зайцева З.В., Главач А.А. и др. Оптимизация спектрального фильтра в оптическом звене прикладной телевизионной системы. // Техника средств связи, серия Техника телевидения, 1991, вып. 3, с.33-41 [16]), которые затрагивают вопросы спектральной селекции объектов при дифференциальном методе регистрации лучистости, то есть в относительно узких спектральных зонах, что требует обеспечения высокой чувствительности ТВ датчиков.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ селекции объектов с известной спектральной характеристикой, представленный в работе: Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Ташкент: Фан, 1987, 108 с.

[17]. Суть селекции оптических объектов сводится к следующему. Способ предусматривает формирование спектрозональных ТВ сигналов по двухканальной оптической схеме, когда лучистый (световой) поток, отраженный или излученный от объектов, расщепляют на два идентичных потока F(λ), далее через соответствующие оптические фильтры они поступают на два ТВ датчика, с выхода которых сформированные зональные сигналы ТВ изображений U₁(λ) и U₂(λ) поступают на блок совместной обработки сигналов, на выходе которого формируется результирующий зональный сигнал ТВ изображения, в виде соотношения U_R(λ)=U₁(λ)/U₂(λ). Особенностью способа является то, что по известным спектральным характеристикам объектов селекции в интервале длин волн от λ₁ до λ_n выбираются две определенные зоны регистрации Δλ₁ и Δλ₂. При этом первая зона регистрации Δλ₁ выбирается из условия обеспечения максимального значения сигнала для объекта селекции по сравнению с другим (фоновым) объектом для обеспечения максимально возможного значения отношения сигнал/шум в зональном сигнале, а выбор второй зоны регистрации лучистости Δλ₂ осуществляется из условия достижения максимального значения сигнала фонового объекта при сохранении минимального значения для сигнала объекта селекции (полезного сигнала). Далее осуществляется операция деления сигнала, полученного от первого ТВ датчика (в зоне регистрации Δλ₁), на сигнал, полученный от второго ТВ датчика (в зоне регистрации Δλ₂). В результате этого формируется результирующий зональный сигнал U_R(λ), для которого справедливо, что

где U_c и U_ф - значения сигналов для объекта селекции и фонового объекта в ТВ изображении для зон регистрации Δλ₁ и Δλ₂.

За счет такого выбора зон регистрации лучистости и выполнения операции деления двух зональных ТВ сигналов между собой достигается реализация способа селекции объектов с известной спектральной характеристикой. При этом обеспечивается повышение контрастности сигнала полезного объекта над фоновым объектом до максимально возможной величины, что увеличивает вероятность и точность различения объектов между собой с исходной низкой контрастностью. Недостатком рассмотренного способа является необходимость знаний априорного распределения спектральных характеристик объектов в интервале длин волн от λ₁ до λ_n. Изменение класса объектов в наблюдаемом пространстве будет требовать изменения местоположения зоны регистрации лучистости. Уменьшение количества отраженной лучистости, например, за счет уменьшения освещенности объектов требует применения ТВ датчиков с более высокой чувствительностью для обеспечения заданного отношения сигнал/шум в зональных сигналах. С другой стороны, при использовании узких зон регистрации и при малой отражательной способности объектов и соответственно отраженной лучистости в сторону ТВ датчика получается низкое отношение сигнал/шум в зональных сигналах, что сказывается непосредственно на достоверности селекции объектов. Устранение данного недостатка возможно путем регистрации отраженной лучистости в более широкой спектральной зоне (зонах) или во всем спектральном интервале от λ₁ до λ_n, например, когда зона регистрации равна Δλ=(λ_n-λ₁). Это требует перехода от рассмотренного дифференциального способа регистрации лучистости (в узких зонах) к интегральному (в широких зонах).

Технический результат - обеспечение автоматической селекции сигналов изображений и формирование информации при появлении в наблюдаемом пространстве объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой, а также повышение достоверности селекции объектов при уменьшении их освещенности.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа селекции объектов с известной спектральной характеристикой объектов, включающего регистрацию лучистого (светового) потока F(λ) внутри спектрального интервала от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока F(λ), и их пропускание через два узкополосных оптических фильтра ОФ₁ и ОФ₂ со спектральной характеристикой Ф(Δλ₁) и Ф(Δλ₂), определяющих две выбранные зоны оптического спектра Δλ₁ и Δλ₂, на основе априорно известных спектральных характеристик объектов селекции и фоновых объектов, преобразование лучистого (светового) потока F(Δλ₁) и F(Δλ₂) в соответствующие зональные ТВ сигналы изображения U₁(λ) и U₂(λ) по двум раздельным каналам обработки сигналов, получение результирующего зонального сигнала U_R(λ) путем выполнения операции деления первого сигнала на второй сигнал изображения, равного величине U_R(λ)=U₁(λ)/U₂(λ), в предлагаемом способе процесс регистрации отраженного лучистого (светового) или излученного потока и его преобразование в зональные сигналы осуществляют по всему спектральному интервалу от λ₁ до λ_n, для чего после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ) его пропускают через оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂, для первого ТВ датчика фильтр имеет спектральную характеристику Ф₁(λ), а для второго ТВ датчика - Ф₂(λ), причем спектральные характеристики первого и второго оптического фильтра охватывают весь спектральный интервал от λ₁ до λ_n и удовлетворяют условию Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ), после чего осуществляют деление первого зонального сигнала на второй и формируют результирующий зональный сигнал изображения U_R(λ), далее этот сигнал сравнивают с эталонными сигналами U_Э, например, сравнивая их по амплитуде, потом формируют сигнал селекции U_s(λ) в виде логического "0" или "1" и используют его для автоматической регистрации, кроме того, для отображения видеоинформации об объектах в спектрозональных ТВ изображениях на основе первого и второго зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) формируют третий зональный ТВ сигнал U₃(λ) для отображения информации в черно-белом спектрозональном ТВ изображении при появлении сигнала селекции U_s(λ) в виде логической "1", а также формируют четвертый, пятый и шестой зональный ТВ сигнал U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) для постоянного отображения информации в цветном спектрозональном ТВ изображении.

Использование оптических фильтров, спектральная характеристика которых удовлетворяет условию Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ), позволяет формировать зональные сигналы и результирующий зональный сигнал, который однозначно соответствует объекту, обладающему определенной спектральной характеристикой в интервале длин волн от

λ₁ до λ_n, что позволяет обеспечить автоматическую селекцию сигнала изображения и осуществить формирование информации о нахождении, появлении или исчезновении в наблюдаемом пространстве объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой. При таком подходе значения результирующего зонального сигнала U_R(λ) могут принимать конкретные значения в интервале величин 0<U_R(λ)<1, или U_R(λ)=1, или 1<U_R(λ)<W в зависимости от распределения спектральной характеристики объектов. Эталонные амплитудные значения сигналов U_Э с заданной дискретностью находятся также в интервале величин 0<U_Э<1, или U_Э=1, или 1<U_Э<W, при этом значение эталонного сигнала U_Э для селекции сигнала изображения конкретного объекта задается в интервале значений U_Э(мин)<U_Э<U_Э(макс), которое может регулироваться (уменьшаться или увеличиваться). Результатом сравнения значений сигналов U_R(λ) и U_э является формирование сигнала селекции U_S(λ), несущего информацию о появлении, нахождении или исчезновении в наблюдаемом пространстве объектов, а также при условии селекции заданных объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой им дается разрешение на отображение видеоинформации на экране черно-белого видеоконтрольного устройства.

С другой стороны, осуществление регистрации лучистого (светового) потока в спектральном интервале от λ₁ до λ_n по сравнению с узкими зонами регистрации лучистости Δλ₁ и Δλ₂ позволяет, с одной стороны, снизить требования к чувствительности ТВ датчиков или, с другой стороны, при заданной их чувствительности позволяет увеличить отношение сигнал/шум в зональных сигналах. При уменьшении освещенности объектов величина отраженного потока также уменьшается, но при этом распределение спектральной характеристики объектов в интервале длин волн от λ₁ до λ_n практически остается неизменным. Это обстоятельство приводит к тому, что значение результирующего зонального сигнала U_R(λ) для того или иного объекта также практически не изменяется при изменении освещенности. Это приводит к повышению достоверности селекции при уменьшении освещенности объектов.

Технический результат достигается за счет формирования двух зональных ТВ сигналов и их отображения в черно-белом и цветном спектрозональном ТВ изображении на основе регистрации лучистого (светового) потока в более широких зонах регистрации путем пропускания лучистости через оптические фильтры, спектральная характеристика которых в интервале длин волн от λ₁ до λ_n взаимно противоположна и удовлетворяет условию Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ), а также за счет введения операции сравнения результирующего зонального ТВ сигнала с задаваемыми эталонными сигналами и формирования по результатам сравнения сигнала селекции

U_s(λ), несущего информацию о появлении в наблюдаемом пространстве объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой.

Для достижения указанного результата предлагается способ формирования и отображения спектрозональных ТВ сигналов, включающий регистрацию лучистого (светового) потока F(λ), отраженного или излученного от объектов в наблюдаемом пространстве в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, его пропускание через оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂, преобразование лучистости по двухканальной оптической схеме в зональные ТВ сигналы изображения U₁(λ) и U₂(λ), их раздельную и совместную обработку с формированием результирующего зонального ТВ сигнала, равного величине U_R(λ)=U₁(λ)/U₂(λ), в котором до формирования каждого зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) лучистый (световой) поток F(λ) в спектральном интервале длин волн от λ₁ до λ_n расщепляют на два идентичных потока F(λ), каждый из которых пропускают через свой оптический фильтр ОФ₁ и ОФ₂, спектральная характеристика которых взаимно противоположна и удовлетворяет условию Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ) в интервале длин волн от λ₁ до λ₂, далее формируют два зональных и один результирующий сигнал U_R(λ), осуществляют его сравнение с заданными или произвольными значениями эталонных сигналов U_э, затем формируют сигнал селекции U_s(λ) в виде логического "0" или "1", несущий информацию о нахождении, появлении или исчезновении в наблюдаемом пространстве объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой, и используют его для автоматической регистрации, кроме того, для отображения видеоинформации об объектах в спектрозональных ТВ изображениях на основе первого и второго зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) формируют третий зональный ТВ сигнал U₃(λ) для отображения информации в черно-белом спектрозональном ТВ изображении при появлении сигнала селекции U_s(λ) в виде логической "1", а также формируют четвертый, пятый и шестой зональный ТВ сигнал U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) для постоянного отображения информации об объектах селекции в цветном спектрозональном ТВ изображении.

В качестве примера на фиг.2 показана спектрозональная ТВ система, реализующая предлагаемый способ формирования и отображения спектрозональных сигналов, содержащая объектив 1, устройство расщепления лучистого (светового) потока на два идентичных потока 2, два оптических фильтра 3, блок управления оптическими фильтрами 4, два ТВ датчика 5, синхрогенератор 6, два усилителя-формирователя 7, блок совместной обработки и формирования результирующего сигнала 8, блок сравнения сигналов 9, формирователь эталонных сигналов 10, программный блок 11, первый, второй и третий коммутаторы 12, 15 и 17, блок выделения сигнала изображения для задаваемой части кадра 13, блок памяти 14, блок обработки и выборки сигналов 16, черно-белое видеоконтрольное устройство 18, блок управления 19, формирователь сигналов 20 (включающий, для фиг.2, блоки 8-16), блок автоматической регистрации и хранения информации 21, цветное видеоконтрольное устройство 22. Синхрогенератор 6 формирует строчные и кадровые импульсы, которые используются для развертки изображения в ТВ датчиках 5₁ и 5₂ для формирования на выходе усилителей-формирователей 7₁ и 7₂ зональных ТВ сигналов U₁(λ) и U₂(λ), а также формирует тактовые и синхроимпульсы, которые поступают на входы блоков 8, 11, 13. В качестве ТВ датчиков 5₁ и 5₂ могут быть использованы любые передающие трубки (типа видикон) или ПЗС матрицы. Формирователь сигналов 20 может быть также реализован с использованием микроЭВМ, которая будет выполнять все необходимые операции, связанные с обработкой двух зональных ТВ сигналов. Оптические фильтры (ОФ) 3₁ и 3₂ для первого и второго канала формирования спектрозональных ТВ сигналов U₁(λ) и U₂(λ) имеют спектральные характеристики, удовлетворяющие условию Ф_j(λ)=1-Ф_j+1(λ), где j=1, 3, 5, 7…(N-1). Поскольку общее число ОФ, удовлетворяющих данному условию, может быть большим числом, выбираются отдельные группы ОФ. В этом случае первая группа, состоящая из двух оптических фильтров, имеет спектральные характеристики Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ), а дополнительные группы - вторая группа - Ф₃(λ)=1-Ф₄(λ), третья группа - Ф₅(λ)=1-Ф₆(λ) и т.д., которые могут использоваться при неблагоприятных условиях селекции объектов, а также для повышения различимости малоконтрастных объектов или когда спектральные характеристики внутри класса объектов отличаются на незначительную величину и т.д. Для этого с помощью блока управления оптическими фильтрами 4 изменяются спектральные характеристики оптических фильтров 3₁ и 3₂ в зависимости от их исполнения (механическим путем - за счет смены фильтров, или электронным путем). В другом случае из всего ТВ растра может выбираться с помощью блока 13 только определенный участок растра и осуществляться контроль этого участка с точки зрения присутствия в наблюдаемом участке пространства объектов с произвольной априорно известной или неизвестной спектральной характеристикой. Для этого также может изменяться спектральная характеристика первого и второго ОФ до достижения поставленной цели по селекции объектов.

В спектрозональной ТВ системе (фиг.2) используется двухканальная оптическая схема, когда входной лучистый поток F(λ) разбивается на два идентичных потока, каждый из которых проходит через свой оптический фильтр, имеющий спектральную характеристику в соответствии с условием Ф_j(λ)=1-Ф_j+1(λ). Пройдя ОФ, лучистый поток F_j(λ) и F_i(λ) проецируется на светочувствительную поверхность первого и второго ТВ датчика 5₁ и 5₂. Каждый сформированный зональный сигнал изображения с выхода ТВ датчиков поступает на свой вход усилителя-формирователя 7₁ и 7₂, где проводятся операции усиления, раздельной обработки зональных сигналов и их смешивания со строчными и кадровыми импульсами. С выхода блока 7₁ и 7₂ зональные ТВ сигналы поступают на формирователь сигналов 20, а именно на первый и второй вход блока совместной обработки и формирования результирующего сигнала 8, с выхода которого формируется результирующий зональный ТВ сигнал, равный величине U_R(λ)=U₁(λ)/U₂(λ). Этот сигнал поступает на блок сравнения сигналов 9 через коммутатор 12, где осуществляется его сравнение с заданными или произвольными значениями эталонных сигналов U_Э, которые вырабатывает формирователь 10. Данные эталонные сигналы и их амплитудные значения могут поступать на входы блока 9 по различным алгоритмам в соответствии с управляющим сигналом, который поступает с выхода блока 11. Например, изменяться автоматически (или вручную) в диапазоне значений от U₁<U_Э<U₁₀. При их несовпадении или совпадении на выходе блока 9 вырабатывается сигнал селекции U_s(λ) в виде логического "0" или "1", который поступает на блок автоматической регистрации и хранения информации 21, на вход блока 10 (дает информацию о совпадении сигналов), а также на третий коммутатор 17 и дает разрешение на прохождение зонального сигнала изображения объекта с выхода блока 16 на вход черно-белого видеоконтрольного устройства 18 для визуального восприятия информации. В блоке 16 осуществляются операции, связанные с суммированием, вычитанием или умножением зональных сигналов U₁(λ) и U₂(λ) между собой, где также применяются другие алгоритмы обработки ТВ сигналов (усиление сигнала, повышение крутизны фронтов, коррекция сигнала и т.д.). В этом блоке формируются зональный ТВ сигнал вида U₃(λ)=F[U₁(λ),U₂(λ)] для отображения информации на экране черно-белого видеоконтрольного устройства 18, а также три зональных ТВ сигнала U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ), каждый из которых формируется из двух зональных сигналов, для их подачи на R, G и В входы цветного видеоконтрольного устройства (ВКУ) 22. Например, в одном случае значение этих сигналов определяется в соответствии U₄(λ)=U₁(λ), U₅(λ)=U₂(λ), a U₆(λ)=U₁(λ)-U₂(λ), в другом случае может быть так, что U₄(λ)=-U₁(λ), U₅(λ)=U₂(λ), а U₆(λ)=U₂(λ)-U₁(λ) и так далее. В целом сигналы U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) формируются из двух исходных сигналов с использованием арифметических операций и других алгоритмов обработки ТВ сигналов.

На выходе блока 16 полярность каждого вновь сформированного зонального ТВ сигнала, каждый из которых поступает на соответствующие входы цветного ВКУ 22, может быть положительной или отрицательной. Каждый из этих сигналов U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) может последовательно коммутироваться и подаваться на вход R, или G, или В цветного ВКУ. Управляющий сигнал с выхода программного блока 11 задает необходимый вид обработки сигналов. Например, в блоке 16 может производиться суммирование двух зональных сигналов и осуществляться формирование сигнала U₃(λ) в виде U₃(λ)=[U₁(λ)+U₂(λ)]/2, который поступает на вход блока отображения информации 18, при наличии разрешающего сигнала на втором входе третьего коммутатора 17. В другом случае на вход блока отображения информации 18 может поступать с выхода блока 16 только первый или второй зональный сигнал U₁(λ) и U₂(λ) и т.д.

В составе формирователя 20 имеется программный блок 11, который связан с блоком управления 19 и может выдавать управляющие сигналы на входы блоков 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 19, а также задавать значения и последовательность поступления эталонных сигналов, изменять группу оптических фильтров, алгоритмы совместной обработки зональных сигналов и т.д. Блок 19 предназначен для управления режимами работы системы путем выдачи определенных команд для изменения режимов формирования зональных сигналов и селекции сигналов за счет подачи управляющих импульсов на блоки 4 и 11. На блок 19 могут поступать управляющие сигналы от внешних источников. С выхода блока 21 информация может поступать к внешним потребителям. Первый коммутатор 12 может работать в двух режимах. В первом режиме результирующий зональный сигнал U_R(λ) через первый коммутатор 12 поступает на вход блока 9. Во втором режиме результирующий зональный сигнал U_R(λ) через первый коммутатор 12 поступает на вход блока 13, где из него выделяться сигнал, приходящийся только на некоторый заданный участок ТВ растра, равный величине Δz², где Δz - число строк (элементов) в ТВ изображении в направлении кадровой и строчной развертки (местоположение участка ТВ растра, его размер Δz² и число участков в ТВ изображении, которые необходимо анализировать, может задаваться автоматически - программным путем, или устанавливаться оператором).

Формируемый результирующий зональный сигнал U'_R(λ) для части ТВ изображения может в режиме текущего времени через второй коммутатор 15 поступать на вход блока 9 для сравнения сигналов. При необходимости результирующий зональный сигнал U'_R(λ) для части ТВ изображения может поступать на вход блока 14 и запоминаться с последующим считыванием и его подачей через второй коммутатор на вход блока 9.

Рассмотрим спектрозональную ТВ систему (фиг.2), где спектральная характеристика первого оптического фильтра 3₁ имеет вид (для примера) в соответствии с выражением

а спектральная характеристика второго оптического фильтра - 3₁, для выполнения условия

имеет вид

На фиг.3 показаны спектральные характеристики произвольных объектов А, В и С (фиг.3а), первого оптического фильтра (фиг.3б) и второго оптического фильтра (фиг.3в), удовлетворяющие выражениям (2) и (4). Пусть в поле зрения спектрозональной ТВ системы (где спектральная характеристика объектива и ТВ датчиков нормирована и равномерна в интервале длин волн от λ₁ до λ_n) находится объект вида (А) с равномерной характеристикой в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, как показано на фиг.3а. Лучистый поток, отраженный от такого объекта, пройдя ОФ вида, как показано на фиг.3б и 3в, будет практически одинаковым. В результате преобразования лучистого потока величина зональных сигналов будет также практически одинаковой. Если, для примера, осуществлять операцию деления первого сигнала на второй зональный сигнал, для объекта с равномерной спектральной характеристикой (А) получим значение результирующего зонального сигнала U_R(λ)=1. В случае нахождения в наблюдаемом пространстве объекта вида (В) значение результирующего сигнала примет значение U_R(λ)>1, а для объекта вида (С) значение

U_R(λ)<1. То есть если задать значение эталонного сигнала, равное величине U_Э=1, то можно осуществить селекцию объекта только с равномерной спектральной характеристикой (заданным цветом) при выполнении операции сравнения результирующего и эталонного сигнала и, таким образом, осуществить автоматическую селекцию объекта заданного класса. Для данного примера спектрозональная ТВ система будет реагировать на появление объектов именно с такой спектральной характеристикой. С другой стороны, при изменении спектральной характеристики объекта от первоначальной, например равномерной (за счет каких-то внутренних или внешних факторов), значение результирующего зонального сигнала

U_R(λ) также изменится и будет уже отлично от значения U_R(λ)=1, что также приведет к получению информации об изменении спектральной характеристики объекта. Изменяя амплитудные значения эталонного сигнала (задавая какой-то допуск) и сравнивая их с результирующими зональными сигналами, можно определить какие классы объектов находятся в наблюдаемом пространстве и т.д. Таким образом, использование ОФ, спектральные характеристики которых удовлетворяют условию (3), позволяет однозначно осуществить селекцию сигналов заданного класса объектов. Использование зон регистрации лучистости в широком интервале длин волн от λ₁ до λ_n позволяет повысить помехоустойчивость и достоверность селекции сигналов объектов при их плохой освещенности и слабой отражательной способности. Кроме того, подача в различной полярности сигналов на входы цветного ВКУ и их коммутации в определенном сочетании при отображении информации позволяет достичь максимально возможного различия объектов по спектрально-энергетическим признакам в спектрозональном цветном ТВ изображении.

Изобретение относится к области спектрозонального телевидения, использующего регистрацию отраженного или излученного потока в нескольких зонах области оптического спектра. Технический результат - обеспечение автоматической селекции сигналов изображений, а также повышение достоверности селекции объектов при уменьшении их освещенности. Для этого в способе, предусматривающем регистрацию лучистого потока, отраженного или излученного от объектов в наблюдаемом пространстве, его пропускание через оптические фильтры, преобразование лучистости по двухканальной оптической схеме в зональные ТВ сигналы изображения, их раздельную и совместную обработку с формированием результирующего зонального ТВ сигнала, в котором до формирования каждого зонального ТВ сигнала лучистый (световой) поток пропускают через свой оптический фильтр, спектральная характеристика которых взаимно противоположна, после получения результирующего сигнала осуществляют его сравнение с заданными или произвольными значениями эталонных сигналов, затем по результатам сравнения сигналов вырабатывают сигнал селекции, формируют сигнал селекции в виде логического "0" или "1" и используют его для автоматической регистрации, кроме того, для отображения видеоинформации об объектах в спектрозональных ТВ изображениях, на основе первого и второго зонального ТВ сигнала формируют третий зональный ТВ сигнал для отображения информации в черно-белом спектрозональном ТВ изображении при появлении сигнала селекции в виде логической "1", а также формируют четвертый, пятый и шестой зональный ТВ сигнал для постоянного отображения информации в цветном спектрозональном ТВ изображении. 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных (ТВ) сигналов, включающий операции регистрации лучистого (светового) потока F(λ), отраженного или излученного от объектов в наблюдаемом пространстве в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, его расщепления на два идентичных потока F(λ) и пропускания через оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂, спектральная характеристика которых охватывает две зоны регистрации лучистости Δλ₁ и Δλ₂ внутри интервала длин волн от λ₁ до Δλ₂, преобразования лучистости F₁(λ) и F₂(λ) по двухканальной оптической схеме в зональные ТВ сигналы изображения U₁(λ) и U₂(λ), их раздельную и совместную обработку с формированием результирующего зонального ТВ сигнала, равного величине U_R(λ)=U₁(λ)/U₂(λ), отличающийся тем, что до формирования каждого зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) лучистый (световой) поток F(λ) пропускают через оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂, спектральная характеристика которых взаимно противоположна и удовлетворяет условию Ф₁(λ)=1-Ф₂(λ) для всего интервала длин волн от λ₁ до λ_n, затем после получения результирующего сигнала U_R(λ) осуществляют его сравнение с заданными или произвольными значениями эталонных сигналов U_Э, потом по результатам сравнения сигналов формируют сигнал селекции U_s(λ) в виде логического "0" или "1" и используют его для автоматической регистрации, кроме того, для отображения видеоинформации об объектах в спектрозональных ТВ изображениях на основе первого и второго зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) формируют третий зональный ТВ сигнал U₃(λ) для отображения информации в черно-белом спектрозональном ТВ изображении, при появлении сигнала селекции U_s(λ) в виде логической "1", а также формируют четвертый, пятый и шестой зональный ТВ сигнал U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) для постоянного отображения информации в цветном спектрозональном ТВ изображении.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для регистрации лучистости и селекции сигналов объектов используются оптические фильтры с другим распределением спектральных характеристик в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, для которых выполняется условие Ф_j(λ)=1-Ф_j+1(λ), где j=3,5,7…(N-1), при этом Ф₃(λ)=1-Ф₄(λ), Ф₃(λ)=1-Ф₄(λ), …, Ф_N-1(λ)=1-Ф_N(λ).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании результирующего зонального сигнала U_R(λ) из него выделяются сигнал U'_R(λ), приходящийся только на некоторый заданный участок ТВ растра, равный величине Δz², где Δz - число строк (элементов) в ТВ изображении в направлении кадровой и строчной разверток, после чего может осуществляться операция сравнения сигнала U'_R(λ) с эталонными сигналами U_Э.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что значения результирующего зонального сигнала U_К(λ) по всему кадру ТВ изображения или его определенной части (частей) U'_R(λ) могут запоминаться, после чего осуществляется операция сравнения сигнала U_R(λ) или U'_R(λ), с эталонными сигналами U_Э.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что амплитудные значения формируемых эталонных сигналов распределены с принятой дискретностью в интервале величин
0<U_Э<1, U_Э=1 и 1<U_Э<W, при этом значение эталонного сигнала U_Э для селекции сигнала изображения конкретного объекта задается в интервале значений от
U_Э(мин) до U_Э(мах), при этом диапазон значений U_Э(мин)<U_Э<U_Э(мах) может регулироваться (уменьшаться или увеличиваться).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что для отображения видеоинформации в черно-белом спектрозональном ТВ изображении на основе первого и второго зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ) формируется третий зональный ТВ сигнал в виде U₃(λ)=F₃[U₁(λ),U₂(λ)] с использованием арифметических и других операций обработки ТВ сигналов.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что для постоянного отображения видеоинформации в цветном спектрозональном ТВ изображении на основе первого и второго зонального ТВ сигнала U₁(λ) и U₂(λ), формируется четвертый, пятый и шестой зональный ТВ сигнал в виде U₄(λ)=F₄[U₁(λ),U₂(λ)], U₅(λ)=F₅[U₁(λ),U₂(λ)] и U₆(λ)=F₆[U₁(λ),U₂(λ)] с использованием арифметических и других операций обработки ТВ сигналов.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что местоположение участка ТВ растра и его размер Δz² и число участков в ТВ изображении, которые необходимо анализировать, может задаваться автоматически программным путем или устанавливаться оператором, при этом величина 0<Δz²<Z², где Z - число активных строк (элементов) в ТВ изображении.

9. Способ по п.4, отличающийся тем, что сравниваемые сигналы представлены в аналоговом или цифровом виде и сравниваются по амплитуде с привлечением других дополнительных признаков.

10. Способ по п.7, отличающийся тем, что формируемые четвертый, пятый и шестой зональные ТВ сигналы подаются в положительной или отрицательной полярности для отображения видеоинформации в цветном спектрозональном ТВ изображении, причем каждый из этих сигналов U₄(λ), U₅(λ) и U₆(λ) коммутируется и подается либо на вход (R), либо на вход (G) или на вход (В) цветного видеоконтрольного устройства (ВКУ).

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что при отображении видеоинформации в цветном спектрозональном ТВ изображении за счет его визуального восприятия выбирается такое сочетание полярности входных сигналов и их коммутации на входе цветного ВКУ, которое обеспечивает максимальное различие объектов между собой по спектрально-энергетическим признакам (цвету и насыщенности) для анализа информации.