СПОСОБ СОВМЕЩЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ С ПОМОЩЬЮ РАЗЛИЧНЫХ ФОТОДАТЧИКОВ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2011 года по МПК G06T3/00 

Изобретение относятся к фото- и видеоинформационной технике и может быть использовано при наблюдении за сложными сценами, в которых имеются объекты различной природы, с различными свойствами, включая отражательную способность и температуру, например, биологические объекты на фоне хирургического инструментария, электрические сети на фоне промышленных и гражданских конструкций, живые существа на фоне складских помещений, горящий торф под поверхностным слоем земли и т.п.

Во всех этих случаях имеется возможность получать изображения с помощью телевизионных датчиков в строго определенном световом диапазоне. Однако для определения взаимного расположения и нахождения точных координат аномалий часто требуется совмещать эти изображения в одно.

Известен "Способ дистанционного обследования объектов электрических сетей с помощью тепловидеосъемочного устройства" (Патент N 2258204, МПК G01C 11/00, G01С 11/06, 2005.08.10).

Суть способа состоит в использовании двух телевизионных датчиков, один из которых формирует изображения в диапазоне видимого спектра, а второй - в диапазоне инфракрасного спектра. Полученные изображения накладывают одно на другое. При этом нагретые электрические сети закрывают фрагменты изображения, полученные в видимом световом диапазоне. Это так называемый способ наложения путем замещения фрагментов.

Недостатком этого способа является то, что при таком наложении пропадают важные фрагменты изображения. Поэтому он является малопригодным для определения взаимного положения объектов.

Известен "Способ формирования матричного изображения" (Заявка на изобретение N 2004120046, МПК G06T 1/00, 2006.01.10). Суть способа состоит в том, что два изображения накладывают одно на другое. При этом яркости пикселей складывают. Это возможно для черно-белых изображений с большим числом градаций яркости, если одно изображение предварительно сделать серо-белым, а второе - серо-черным. В этом случае при сложении изображений результирующая картина хотя и является искаженной, но для некоторых классов изображений удается отличить фрагменты одного изображения от фрагментов другого. Но в общем случае такое сложение приводит к искажению фрагментов и для анализа является малопригодным.

Наиболее близким из числа известных технических решений является "Способ совмещения изображений биологического объекта" (Заявка на изобретение N 2000118170, МПК А61В 6/00, 2002.06.27).

В этом способе изображения биологического объекта (кровеносные сосуды, мышцы и т.п.) получают с помощью компьютерных томографов, работающих на основе различных физических принципов, преобразуют их в едином пространственном масштабе и совмещают, причем дополнительно формируют совмещенное трехкратное цифровое представление биологического объекта по данным, полученным с различных компьютерных томографов, выбирают произвольное сечение интересующей зоны биологического объекта по данным рентгеновского компьютерного томографа, визуализируют его и проявляют в этом сечении в режиме замещения или полупрозрачности изображения того же сечения с томографов, работающих на основе других физических принципов, затем на основе денситометрических измерений на данном сечении рентгеновской компьютерной томографии биологического объекта осуществляют условное цветовое кодирование уровня перфузии и метаболизма.

Если изображения получают с различных ракурсов, то перед совмещением изображений необходимо произвести их общее совмещение по реперам. Для этого можно воспользоваться экстремально-корреляционным методом или групповыми преобразованиями для приведения изображений к одному ракурсу.

Обработка изображения в этом случае становится достаточно

сложной, а точность определения параметров положения - низкой.

Известна "Система отображения" (Патент N 2222834, МПК G09F 11/00, 2004.01.27).

Система содержит сетку изображений с первым набором полосок изображения, включающим несколько первых полосок, разнесенных одна от другой и представляющих собой различные участки первого изображения, и со вторым набором полосок изображения, включающих несколько вторых полосок, разнесенных одна от другой и представляющих собой различные участки второго изображения, причем указанные вторые полоски распределены по сетке между указанными первыми полосками; маскирующую сетку, расположенную вблизи сетки изображений, с набором маскирующих полосок, включающим несколько маскирующих полосок, разнесенных одна от другой, и с набором прозрачных полосок, включающим несколько прозрачных полосок, разнесенных одна от другой, причем указанные прозрачные полоски распределены по сетке между указанными маскирующими полосками; систему установки для размещения сетки изображений и маскирующей сетки и для их перемещения относительно друг друга; средство привода для относительного перемещения сетки изображений и маскирующей сетки между первым положением воспроизведения, в котором указанные прозрачные полоски совмещены с указанными полосками первого изображения, а указанные полоски второго изображения закрыты указанными маскирующими полосками, и вторым положением воспроизведения, в котором указанные прозрачные полоски совмещены с указанными полосками второго изображения, а указанные полоски первого изображения закрыты указанными маскирующими полосками; и средство сжатия для воздействия на противоположные краевые части сетки изображений и маскирующей сетки в направлении друг к другу, придания сетке изображений и маскирующей сетке изогнутой формы и приведения сетки изображений и маскирующей сетки в плотное соприкосновение друг с другом по всей площади под давлением.

Работа этой системы сводится к тому, что на барабане пишут фрагменты разных (чаще всего двух) рекламных объявлений и маскирующая сетка открывает то фрагменты одного, то другого текста.

Однако взаимное положение фрагментов отдельных изображений в этом случае определить невозможно, так как поочередное наблюдение за разными изображениями не дает возможности точно выявить взаимное расположение объектов на разных изображениях.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Видеодисплей» (Заявка на изобретение РФ N 96117043, МПК G02B 1/00, 1998.11.20).

Устройство содержит блоки формирования телевизионных изображений с различных точек зрения, содержащие телекамеры видимого спектра и блок объединения изображений, реализованный в виде общего экрана.

Работа этой системы заключается в том, что формируется сразу несколько изображений с различных точек зрения и они одновременно (не перекрывая друг друга) выводятся на один экран. Определение взаимного расположения объектов в этом случае невозможно.

Использование данного устройства не позволяет определять параметры положения объектов на совмещенном изображении с необходимой точностью, так как они снимаются с различных ракурсов и требуется предварительное наложение изображений по реперным точкам с помощью корреляционно-экстремальных устройств или устройств, восстанавливающих изображение при групповых искажениях. Кроме того, все телекамеры, формирующие разные изображения, работают в одном диапазоне (диапазоне видимого спектра).

Основной задачей, на решение которой направлены заявляемые способ совмещения изображений, полученных с помощью различных фотодатчиков, и устройство для его осуществления является обеспечение возможности получения совмещенного изображения, в котором сохраняются все фрагменты, как первого, так и второго изображений.

Технический результат заключается в достижении высокой степени точности определения взаимного расположения фрагментов и в возможности вычисления их параметров положения.

Технический результат достигается за счет того, что в способе совмещения изображений, полученных с помощью различных фотодатчиков, в котором световой поток, отраженный от исследуемых объектов, формируют в отдельные изображения и записывают их в общее изображение, по которому судят о взаимном расположении объектов, предварительно световой поток разделяют на два потока, из первого потока формируют изображение видимого спектра, из второго - изображение инфракрасного спектра, считывают пиксели первого и второго изображений и последовательно записывают в память результирующие изображения этих пикселей, причем на нечетных строках записывают последовательно пиксели первого и второго изображений, а на четных строках - последовательно пиксели второго и первого изображений.

Указанный технический результат достигается также тем, что в устройство, содержащее телекамеру видимого спектра и телекамеру инфракрасного спектра, дополнительно введены светоделитель, последовательно соединенные блок попиксельного считывания первого изображения, переключатель записи пикселей, память совмещенного изображения, а также блок попиксельного считывания второго изображения, вход которого соединен с выходом телекамеры инфракрасного излучения, а выход соединен со вторым входом переключателя записи пикселей, причем вход блока попиксельного считывания изображения соединен с телекамерой видимого спектра.

Эффект совмещения с сохранением всех фрагментов как первого, так и второго изображений получен за счет того, что изображение видимого спектра и изображение инфракрасного спектра получают из одного и того же потока, т.е. эти изображения снимают с одного ракурса, а в совмещенное изображение записывают последовательно пиксели первого и второго изображений.

Совокупность существенных признаков изобретения обеспечивает достижение технического результата, получаемого при осуществлении изобретения, в виде возможности точного анализа любых фрагментов совмещенного изображения, которое было ранее передано или записано в память.

Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественным все признакам заявляемого изобретения отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Результаты поиска известных технически решений в данной и в смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.

Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемыми существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата и изобретение основано на дополнении известного устройства - аналога какой-либо известной частью, присоединяемой к нему по известным правилам, для достижения технического результата, в отношении которого установлено влияние именно этого дополнения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 изображена функциональная схема устройства;

на фиг.2 - пример пиксельного совмещения двух разнородных изображений по предлагаемому способу.

Способ совмещения изображений, полученных с помощью различных фотодатчиков, реализуется следующим образом: световой поток, отраженный от анализируемого объекта, разделяют на два потока. Первый поток направляют на фотоприемник светового диапазона (телекамеру видимого спектра), второй поток - на фотоприемник инфракрасного диапазона (телекамеру инфракрасного спектра).

Из первого потока формируют первое изображение светового диапазона, а из второго - второе изображение инфракрасного светового диапазона. Затем эти изображения совмещают путем попиксельного считывания первого и второго изображений так, чтобы пиксели разных изображений чередовались между собой.

По положению объектов на этом совмещенном изображении судят о взаимном расположении исследуемых объектов.

Устройство совмещения изображений, полученных с помощью различных фотодатчиков, содержит последовательно соединенные светоделитель 1, телекамеру видимого спектра 2, блок попиксельного считывания первого изображения 3, переключатель записи пикселей 4 и память совмещенного изображения 5, телекамера инфракрасного спектра 6 через блок попиксельного считывания второго изображения 7 подключена ко второму входу переключателя записи пикселей 4, а вход телекамеры инфракрасного спектра 6 соединен с выходом светоделителя 1.

Устройство работает следующим образом.

Световой поток, разделяемый светоделителем 1 на два потока, поступает на входы телекамеры видимого спектра 2 и телекамеры инфракрасного спектра 6, в которых формируются соответственно первое и второе изображение одной и той же сцены. Блоки попиксельного считывания первого изображения 3 и второго изображения 7 производят считывание соответствующих пикселей. Переключатель записи пикселей 4 последовательно подключает выходы блоков попиксельного считывания первого 3 и второго изображений 7 ко входу памяти совмещенного изображения 5, при этом на нечетных строках записываются последовательно пиксели первого и второго изображений, а на четных строках пиксели - второго и первого изображений.

По построенному совмещенному изображению судят о взаимном положении исследуемых объектов.

Как следует из вышеизложенного, достижение технического результата достигается путем совмещения изображений, полученных в разных световых диапазонах на одном изображении. При этом возможно наблюдать любые фрагменты как первого, так и второго изображения, определять их взаимное положение и вычислять координаты. Это обеспечивается за счет того, что телевизионные камеры, работающие в разных световых диапазонах, формируют изображения из одного разделенного светового потока, т.е. создается эффект того, что изображения получены с одного ракурса, а пиксели обоих изображений присутствуют в совмещенном изображении, при этом как по горизонтали, так и по вертикали пиксели одного изображения чередуются с пикселями второго.

Устройство, реализующее заявляемый способ, выполняет свои функции, является полезным и работоспособным и может быть использовано при наблюдении сложных сцен, в которых присутствуют объекты с разными свойствами.

Способ реализуется с помощью устройства, содержащего телекамеру видимого спектра и телекамеру инфракрасного спектра, светоделитель, последовательно соединенные блок попиксельного считывания первого изображения, переключатель записи пикселей, память совмещенного изображения и блок попиксельного считывания второго изображения. Световой поток, отраженный от исследуемых объектов, формируют в отдельные изображения и записывают их в общее изображение. По общему изображению судят о взаимном расположении объектов. Предварительно световой поток разделяют на два потока, из первого потока формируют изображение видимого спектра, из второго - изображение инфракрасного спектра, считывают пиксели первого и второго изображения и попеременно записывают в память общее изображение этих пикселей. На нечетных строках записывают последовательно пиксели первого и второго изображения, а на четных строках - последовательно пиксели второго и первого изображения. Технический результат - повышение точности определения взаимного расположения фрагментов изображений и возможность вычисления их параметров положения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ совмещения изображений, полученных с помощью различных фотодатчиков, в котором световой поток, отраженный от исследуемых объектов формируют в отдельные изображения и записывают их в общее изображение, по которому судят о взаимном расположении объектов, отличающийся тем, что предварительно световой поток разделяют на два потока, из первого потока формируют изображение видимого спектра, из второго - изображение инфракрасного спектра, считывают пиксели первого и второго изображения и попеременно записывают в память общее изображения этих пикселей, причем на нечетных строках записывают последовательно пиксели первого и второго изображения, а на четных строках - последовательно пиксели второго и первого изображения.

2. Устройство для совмещения изображений по п.1, содержащее телекамеру видимого спектра и телекамеру инфракрасного спектра, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит светоделитель, последовательно соединенные блок попиксельного считывания первого изображения, переключатель записи пикселей, память совмещенного изображения и блок попиксельного считывания второго изображения, вход которого соединен с выходом телекамеры инфракрасного излучения, а выход соединен со вторым входом переключателя записи пикселей, причем вход блока попиксельного считывания изображения соединен с телекамерой видимого спектра.