СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОТОБРАЖЕНИЯ СИГНАЛОВ ЦВЕТНЫХ, СПЕКТРОЗОНАЛЬНЫХ И ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2015 года по МПК H04N7/18 

Настоящее изобретение относится к области прикладного телевидения и может найти применение для видеонаблюдения и анализа объектов окружающего пространства. Оно предусматривает совместное формирование цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений путем регистрации и преобразования лучистого потока видимой, ближней и тепловой инфракрасной области спектра в сигналы изображений. Может быть использовано в обзорно-пилотажных системах летательных аппаратов, системах технического зрения, для распознавания и идентификации объектов многокомпонентных изображений и т.д.

Для наблюдения объектов земной поверхности с летательных аппаратов (ЛА) используют различные телевизионные (ТВ) системы, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. При формировании видеосигналов черно-белых изображений в видимом участке спектра, даже с высокой четкостью, теряется возможность различения объектов между собой по цветовым признакам. Необходимость перехода от черно-белых изображений к цветным связана с тем, что при формировании цветных изображений формата RGB в видимом участке спектра, наиболее полно учитываются специфические особенности зрительного восприятия оптических изображений человеком, который в процессе своей эволюции привык видеть изображения окружающего пространства в цветном объемном виде. Информативность (различительная информация) цветного изображения по сравнению с идентичным черно-белым изображением может быть выше в среднем в два раза.

Спектрозональные изображения могут быть сформированы путем регистрации лучистого (светового) потока в ультрафиолетовой (УФ), видимой (ВИ) и ближней инфракрасной (ИК) областях спектра. Информативность таких изображений может быть значительно выше (в десятки раз) по сравнению с цветными RGB изображениями, и особенно при различении объектов земной поверхности, имеющих одинаковые пространственные признаки (по форме, размеру и т.д.). Спектрозональная технология и системы обладают большей информативностью для обнаружения и различения объектов многокомпонентных изображений подстилающей поверхности Земли при их наблюдении с воздуха. При формировании цветных спектрозональных изображений может быть так, что два объекта могут различаться по цвету, хотя в идентичных цветных RGB изображениях они будут иметь одинаковый цвет.

Надо отметить, что в спектрозональных изображениях при их отображении изображения наблюдаемых объектов имеют “условные” цвета. Например, в одном варианте отображения информации вода может отображаться красным цветом, а снег - зеленым, в другом варианте вода может быть в желтом, а снег - в красном цвете и т.д. Таким образом, каждый естественный и искусственный объект земной поверхности, в зависимости от алгоритма обработки сигналов, может отображаться в уловных цветах отличных от реальных.

Одним из недостатков отображения спектрозональной видеоинформации в цветном варианте для визуального анализа является то, что оператору-наблюдателю необходимо привыкнуть к процессу идентификации объектов, при их отображении и восприятии в условных цветах. Это приводит к потере оперативности в анализе изображений незнакомой местности, что важно для принятия решения в режиме реального времени и быстропротекающих процессах.

С другой стороны, прозрачность дистанционной среды между ЛА и земной поверхности может также ухудшаться из-за неблагоприятных погодных условий, при дожде, тумане или задымленной атмосфере, что приводит к наблюдению слабоконтрастных объектов или к их полной потере. Это требует наряду с ВИ и ближней ИК областей спектра осуществлять наблюдения объектов и в тепловой части ИК области спектра. На сегодня существует большой класс устройств тепловидения, в которых для регистрации излученного лучистого потока от объектов используют матричные фотоприемники, работающие в вещательном ТВ формате, что делает такие системы в ряде случаев незаменимыми для наблюдения объектов земной поверхности в ночное время суток даже в черно-белом виде.

Принципы раздельного формирования видеосигналов с помощью отдельных черно-белых, цветных, спектрозональных телевизионных и тепловизионных камер для визуального анализа изображений объектов нашли отражение в большом числе источников отечественной и зарубежной литературы [1], [2], [3], [4], [5].

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов по патенту РФ №2374783, МПК H04N 7/18 //авт. Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С., опубл. 27.11.2009 г. [6], который использует интегральный способ регистрации лучистого потока. По данному способу осуществляют регистрацию лучистого (светового) потока F(λ), внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока F(λ) и их пропускание через два широкополосных оптических фильтра в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых потоков в видеосигналы.

Суть формирования и отображения спектрозональных ТВ сигналов по известному способу сводится к следующему. Формирование спектрозональных ТВ сигналов происходит по двухканальной оптической схеме, где процесс регистрации отраженного лучистого (светового) или излученного потока осуществляют внутри всего широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, для чего, после расщепления входного лучистого потока на два идентичных потока F(λ), его пропускают через два широкополосных оптических фильтра для первого ТВ датчика, имеющего спектральную характеристику Ф₁(λ), а для второго ТВ датчика - Ф₂(λ), причем спектральные характеристики первого и второго оптического фильтра охватывают весь спектральный интервала 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 при совпадении этих сигналов, вырабатывают сигнал селекции U_S для объекта с заданной известной или неизвестной спектральной характеристикой в наблюдаемом пространстве.

Недостатком рассмотренного способа является невозможность осуществления одновременного раздельного формирования видеосигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений и совмещения преимущества методов регистрации лучистого потока в различных спектральных участках длин волн от λ₁ до λ_n.

Технический результат - повышение видеоинформационного обеспечения и эффективности процесса наблюдения и достоверности анализа объектов многокомпонентных изображений на основе информации различных зон регистрации отраженного и излученного лучистого потока.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов, включающего регистрацию лучистого (светового) потока F(λ), внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока F(λ) и их пропускание через два широкополосных оптических фильтра ΟΦ₁ и ОФ₂ в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых (световых) потоков в видеосигналы, после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), охватывающих широкий спектральный участок от λ₁ до λ_n, их пропускают через широкополосные оптические фильтры ΟΦ₁ и ОФ₂, первый из которых имеет спектральную характеристику Φ₁(λ), охватывающей спектральный участок в видимой области спектра от 0,38 до 0,76 мкм, и на выходе ΟΦ₁ образуют лучистый поток F₁(λ), а спектральная характеристика второго ОФ₂ охватывает спектральный участок в видимой и ближней ИК₁ области спектра от 0,38 до 2,5 мкм и на выходе ОФ₂ образуют лучистый поток F₂(λ), после чего лучистый поток F₁(λ) проецируют на первый многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные цветные фильтры вида RGB, соответствующие зонам регистрации светового потока в красной (R), зеленой (G) и синей (В) области ВИ участка спектра, после чего световые потоки F_R(λ), F_G(λ) и F_B(λ) преобразуют в видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), а лучистый поток F₂(λ) проецируют на второй многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные спектрозональные оптические фильтры со своей спектральной характеристикой, соответствующие выбранным зонам регистрации Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃ лучистого потока в видимой и ближней ИК области спектра, где после спектрозональных оптических фильтров лучистые потоки F(Δλ₁), F(Δλ₂) и F(Δλ₃) преобразуют во времени в видеосигналы спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t), кроме того, организуют третий канал, внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, для чего входной лучистый поток F(λ) пропускают через инфракрасный объектив, спектральная характеристика которого охватывает тепловой участок ИК области спектра и образуют лучистый поток F₃(λ), который проецируют на третий двухсигнальный преобразователь ″лучистый поток-сигнал″ и преобразуют его в видеосигналы тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t), соответствующие зонам регистрации Δλ₄ 3-5 мкм и Δλ₅ 8-12 мкм теплового участка ИК₂ и ИК₃ областей спектра, после чего полученные группы видеосигналов усиливают, преобразуют аналоговые видеосигналы в цифровые, осуществляют цифровую апертурную и гамма-коррекцию и другие виды обработки видеосигналов, направленные на улучшение качества изображений, затем цифровые видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t) используют для совместной их обработки, далее исходные и вновь сформированные видеосигналы параллельно или последовательно отображают на экране видеоконтрольных устройств для визуального восприятия изображений, а также используют сформированные видеосигналы для автоматического анализа видеоинформации.

Использование предлагаемого способа охватывает все возможные зоны регистрации лучистого потока в спектральном интервале длин волн λ₁ до λ_n, и получаемая информация обладает большей информативностью и различительной способностью. При этом формируются видеосигналы цветных ТВ изображений U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозональных ТВ изображений U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловизионных изображений U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t). Формирование цветных изображений и их наблюдение помогает осуществлять оперативную идентификацию объектов в спектрозональных или тепловизионных изображениях, отображаемых в условных цветах. Объединение двух или нескольких изображений, получаемых в разных участках и зонах оптического спектра (например, видимой и тепловой), позволяет сформировать результирующее изображение, обладающее большей информативностью для различения и селекции заданных объектов. В первую очередь для этого могут быть использованы различные арифметические операции. Например, операция вычитания или суммирования между собой амплитудных значений видеосигналов всего ТВ изображения или определенных его частей, которые позволяют формировать новые изображения с большей информативностью по сравнению с отдельными изображениями. Далее это могут быть операции инверсии видеосигналов и изменения коммутации сигналов на входы цветного ВКУ, использование методов разделения высокочастотной и низкочастотной составляющих видеосигналов, методов сегментации, выделения контуров, прямых линий, объектов заданной формы, динамичных объектов, сравнения текущих сигналов с эталонными и т.д.

При совместной обработке видеосигналов цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ5(t) могут формироваться результирующие видеосигналы на основе использования операций суммирования или вычитания видеосигналов между собой, а также подаваться на входы R, G и В цветных видеоконтрольных устройств в различных сочетаниях и полярности на основе изменения коммутации и использования операций инверсии видеосигналов.

Для достижения указанного результата предлагается способ формирования и объединения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений, включающий регистрацию лучистого (светового) потока F′(λ), внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока F(λ) и их пропускание через два широкополосных оптических фильтра ΟΦ₁ и ОФ₂ в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, преобразовании лучистых (световых) потоков в видеосигналы, для чего после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), охватывающих широкий спектральный участок от λ₁ до λ_n, их пропускают через широкополосные оптические фильтры ΟΦ₁ и ОФ₂, первый из которых имеет спектральную характеристику Φ₁(λ), охватывающей спектральный участок в видимой области спектра от 0,38 до 0,76 мкм и на выходе ΟΦ₁ образуют лучистый потока F₁(λ), а спектральная характеристика второго ОФ₂ охватывает спектральный участок в видимой и ближней ΗΚ₁ области спектра от 0,38 до 2,5 мкм и на выходе ОФ₂ образуют лучистый поток F₂(λ), после чего лучистый поток F₁(λ) проецируют на первый многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные цветные фильтры вида RGB, соответствующие зонам регистрации светового потока в красной (R), зеленой (G) и синей (В) области ВИ участка спектра, после чего световые потоки F_R(λ), F_G(λ) и F_B(λ) преобразуют в видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), а лучистый поток F₂(λ) проецируют на второй многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные спектрозональные оптические фильтры со своей спектральной характеристикой, соответствующие выбранным зонам регистрации Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃ лучистого потока в видимой и ближней ИК области спектра, где после спектрозональных оптических фильтров лучистые потоки F(Δλ₁), F(Δλ₂) и F(Δλ₃) преобразуют во времени в спектрозональные видеосигналы U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t), кроме того, организуют третий канал, внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, для чего входной лучистый поток F(λ) пропускают через инфракрасный объектив, спектральная характеристика которого охватывает тепловой участок ИК области спектра и образуют лучистый поток F₃(λ), который проецируют на третий двухсигнальный преобразователь ″лучистый поток-сигнал″ и преобразуют его в видеосигналы тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t), соответствующие зонам регистрации Δλ₄ 3-5 мкм и Δλ₅ 8-12 мкм теплового участка ИК₂ и ИК₃ областей спектра, после чего полученные группы видеосигналов усиливают, преобразуют аналоговые видеосигналы в цифровые, осуществляют цифровую апертурную и гамма-коррекцию и другие виды обработки видеосигналов, направленные на улучшение качества изображений, затем цифровые видеосигналы цветного телевидения U_R(t), C_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(f), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t) и используют для совместной их обработки, далее исходные и вновь сформированные видеосигналы параллельно или последовательно отображают на экране видеоконтрольных устройств для визуального восприятия изображений, а также используют сформированные видеосигналы для автоматического анализа видеоинформации.

ТВ система (фиг. 1), реализующая предлагаемый способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений, содержит объектив 1, устройство расщепления лучистого (светового) потока на два идентичных потока 2, два оптических фильтра 3, три преобразователя ″лучистый (световой) поток-сигнал″ (далее - ТВ датчики) 4, синхрогенератор 5, три блока цифровой обработки сигналов 6, блок совместной обработки цифровых сигналов 7, блок коммутации сигналов 8, блок отображения видеоинформации 9, блок автоматической регистрации видеоинформации 10, исполнительное устройство 11, блок управления 12.

Синхрогенератор 5 формирует необходимые строчные, кадровые импульсы и управляющие импульсы заданной длительности и частоты, которые используются для развертки изображения в ТВ датчиках 4₁, 4₂ и 4₃, для раздельной и совместной цифровой обработки сигналов в блоках 6 и 7. В качестве ТВ датчиков 4₁, 4₂ могут быть использованы многосигнальные ПЗС матрицы, КМОП фотоприемники или другие преобразователи лучистого потока в электрический сигнал изображения с использованием мозаичных фильтров. В качестве ТВ датчика 4₃ могут быть использованы двухсигнальные матричные фотоприемники, работающие в тепловой ИК области спектра.

В ТВ системе (фиг. 1) общий входной лучистый поток F′(λ), пройдя объектив 1₁ и светорасщепляющий блок 2, разбивается на два идентичных потока, каждый из которых проходит через свой оптический фильтр 3₁ и 3₂, первый из которых имеет спектральную характеристику Φ₁(λ), охватывающей спектральный участок в видимой области спектра от 0,38 до 0,76 мкм, и на выходе ΟΦ₁ образуется лучистый поток F₁(λ), а спектральная характеристика второго ОФ₂ охватывает широкий спектральный участок в видимой области спектра и ближней ИК₁ области спектра от 0,38 до 2,5 мкм и на выходе ОФ₂ образуется лучистый поток F₂(λ).

Пройдя первый и второй ОФ, лучистый поток F₁(λ) и F₂(λ) проецируется на вход первого и второго ТВ датчиков 4₁ и 4₂, имеющих на поверхности своего фотоприемника мозаичные цветные фильтры вида RGB в многосигнальной матрице ТВ датчика 4₁, соответствующие зонам регистрации светового потока в красной (R), зеленой (G) и синей (В) областях ВИ участка спектра, после которых лучистый поток F_R(λ), F_G(λ) и F_B(λ) преобразуют в видеосигналы первичных цветов U_R(t), U_G(t) и U_B(t) или сигналов цветного телевидения RGB.

В то же время лучистый поток F₂(λ) проецируют на вторую многосигнальную матрицу ТВ датчика 4₂, имеющего на поверхности своего фотоприемника мозаичные спектрозональные фильтры со своей спектральной характеристикой, соответствующие выбранным зонам регистрации Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃ лучистого потока в видимой и ближней ИК области спектра. После спектрозональных фильтров лучистые потоки F(Δλ₁), F(Δλ₂) и F(Δλ₃) преобразуются с использованием многосигнальной матрицы ТВ датчика 4₂ в спектрозональные видеосигналы U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t).

В данной схеме (фиг.1) дополнительно организован третий канал. Для чего входной лучистый поток F'(λ) пропускают через инфракрасный объектив 1₂, спектральная характеристика которого охватывает спектральный участок в тепловой ИК области спектра. На выходе ОФ₃ образуется лучистый поток F₃(λ). Этот поток проецируется на третий двухсигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные оптические фильтры, соответствующие зонам регистрации Δλ₃ и Δλ₄ лучистого потока в тепловой ПК области спектра. Далее эти потоки преобразуют во времени лучистый поток F₃(λ) в два тепловизионных видеосигнала U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t).

После осуществления указанных операций над сигналами, все сформированные видеосигналы преобразуют в цифровую форму в блоках раздельной цифровой обработки сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений 6₁, 6₂ и 6₃. В этих блоках проходит предварительное усиление аналоговых сигналов, их преобразование в цифровую форму с формированием двоичных сигналов в многоразрядном коде. Осуществляется цифровая коррекция сигналов (гамма-коррекция, апертурная коррекция) и другие виды цифровой обработки видеосигналов.

С выхода блоков 6₁, 6₂ и 6₃ видеосигналы поступают на блок совместной цифровой обработки сигналов 7, с выхода которого видеосигналы поступают на входы блока коммутации видеосигналов 8 и далее поступают на входы блока отображения видеоинформации.

С блока 12 поступают управляющие сигналы на блоки 7, 8, 9 и 10, которые задают алгоритм совместной обработки цифровых видеосигналов телевизионного, спектрозонального и тепловизионного каналов, а также различные варианты подачи исходных и вновь сформированных видеосигналов на входы блока отображения видеоинформации 9, который может включать один или несколько цветных ВКУ, а также на вход блока автоматической регистрации видеоинформации (анализатора спектрального портрета объектов) 10. Формируемый сигнал с выхода блока 10 поступает на исполнительное устройство 11. Наличие блока 10 позволяет решать задачи, связанные с автоматическим обнаружением и распознаванием объектов в поле зрения ТВ системы, наделенных определенными спектрально-энергетическими и пространственными признаками.

Число используемых фильтров 3 может быть больше трех, кроме того, зоны регистрации Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃ могут быть относительно узкими или широкими, спектральная характеристика таких фильтров 3 может не пересекаться или пересекаться между собой.

Рассмотрим возможные варианты отображения изображений для формируемых видеосигналов. Вначале рассмотрим возможные варианты отображения спектрозональных изображений в условных цветах.

Для примера, в таблице 1 показаны возможные сочетания амплитуды спектрозональных видеосигналов и условные цвета их отображения на экране цветного ВКУ при использовании формируемых трех зон регистрации лучистого потока Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃. При этом принимается, что число уровней сигнала (градаций яркости) в спектрозональном изображении минимально и может иметь два уровня (условно “1” и “0”). Здесь зональный сигнал первой зоны регистрации U(Δλ₁) подается на вход красного, сигнал второй зоны регистрации U(Δλ₂) на вход зеленого и сигнал третьей зоны регистрации U(Δλ₃) на вход синего каналов цветного ВКУ. Согласно принятому алгоритму, каждому объекту, при отображении сигналов, будет соответствовать свой цвет на экране цветного ВКУ. Объекты, которые имеют одинаковое распределение спектрально-энергетических характеристик в этих трех зонах регистрации лучистого потока, будут отображаться на экране цветного ВКУ в одинаковых цветах.

Таблица 1 Вариант сочетания амплитуды зональных видеосигналов Зоны регистрации лучистого потока   Δλ₁ Δλ₂ Δλ₃ Класс объектов/условный цвет их отображения Логическое значение амплитуды видеосигнала на входе цветного ВКУ   R G В 1. 0 0 0 черный 2. 1 0 0 красный 3. 0 1 0 зеленый 4. 1 1 0 желтый 5. 0 0 1 синий 6. 1 0 1 пурпур 7. 0 1 1 голубой 8. 1 1 1 белый

Таким образом, для задач визуального анализа, можно осуществить селекцию объектов многокомпонентных изображений, каждый из которых будет отображаться своим условным цветом, где видеосигнал первой зоны регистрации Δλ₁ отображается в красном цвете, второй зоны регистрации Δλ₂ - в зеленом цвете, а третьей Δλ₃ - в синем цвете. Увеличение числа различаемых градаций яркости до величины k=3…10, при малом числе зон регистрации, например, равном m=3, позволит различать между собой еще большее число объектов, в случае их присутствия в наблюдаемом пространстве.

Для каждого сочетания амплитуды зональных видеосигналов (таблица 1) с изменением последовательности подачи их входы цветного ВКУ, а также используя сочетания инверсии видеосигналов, формируемые изображения могут быть отображены в N=6·8=48 вариантах цветных спектрозональных изображений, каждое из которых отображает объекты в своем сочетании цветов по полю изображения.

Рассмотрим варианты отображения исходных тепловизионных (ТПВ) видеосигналов на экране цветного ВКУ. Пусть для преобразования аналоговых ТПВ видеосигналов используется, для примера, трехразрядный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а амплитуда входного видеосигнала изменяется от 0 до 1,0 В.

Тогда в зависимости от амплитуды входного видеосигнала и распределения температуры для объектов наблюдаемого пространства на экране цветного ВКУ будет свой условный цвет отображения информации, как показано в табл.2. При изменении варианта подачи сигнала соответствующего разряда АЦП на другие входы R, G, В цветного ВКУ будут изменяться отображаемые цвета.

Таблица 2 Амплитуда входного ТПВ видеосигнала на входе АЦП, В Логическое значение цифрового сигнала на выходе АЦП и на входе цветного ВКУ   Q₁ Q₂ Q₃ Условный цвет отображения теплового поля пространства R G B   0 0 0 0 черный 0,142 1 0 0 красный 0,285 0 1 0 зеленый 0,428 1 1 0 желтый 0,572 0 0 1 синий 0,713 1 0 1 пурпур 0,857 0 1 1 голубой 1,00 1 1 1 белый

Таким образом достигается повышение видеоинформационного обеспечения и эффективности процесса наблюдения и достоверности анализа объектов многокомпонентных изображений на основе информации различных зон регистрации отраженного и излученного лучистого потока.

Источники информации

1. Учебник для вузов / В.Е. Джакония, А.А. Гоголь, Я.В. Друзин и др.: Под ред. В.Е. Джаконии. - М.: Радио и связь, 2000. - 640 с.: ил.

2. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты: Учебное пособие. - С-Пб., Изд-во СПбГТЭУ “ЛЭТИ”, 2001. - 135 с.

3. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С., Сагдуллаев Т.Ю. Видеоинформационные технологии систем связи. М.: Изд-во “Спутник+”, 2011. - 296 с.

4. Алеев P.M. Несканирующие тепловизионные приборы / Р.М. Алеев, В.П. Иванов, В.А. Овсянников. - Казань: Изд-во Каз. Ун-та, 2004. - 228 с.

5. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Ташкент: Фан, 1987. - 108 с.

6. Патент РФ №2374783, МПК H04N 7/18 // авт. Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С., опубл. 27.11.2009 г.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для прикладного телевидения, для видеонаблюдения объектов окружающего пространства и совместного формирования цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений. Технический результат состоит в повышении видеоинформационного обеспечения и эффективности процесса наблюдения и достоверности анализа объектов многокомпонентных изображений. Для этого после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока, их пропускают через два широкополосных оптических фильтра, первый из которых имеет спектральную характеристику, охватывающую спектральный участок в видимой области спектра, и на выходе первого оптического фильтра образуют лучистый поток, a спектральная характеристика второго оптического фильтра охватывает спектральный участок в видимой и ближней ИК₁ области спектра и на выходе второго оптического фильтра образуют лучистый поток, после чего формируют видеосигналы цветного телевидения, формируют видеосигналы спектрозонального телевидения, кроме того, организуют третий канал, для чего входной лучистый поток пропускают через инфракрасный объектив, получают видеосигналы тепловидения, соответствующие зонам регистрации теплового участка областей спектра, после чего усиливают и осуществляют раздельную и совместную цифровую обработку сформированных видеосигналов, отображают их для визуального восприятия изображений или автоматического анализа видеоинформации. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений, включающий регистрацию лучистого (светового) потока F(λ), внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока F(λ) и их пропускание через два широкополосных оптических фильтра ΟΦ₁ и ОФ₂ в интервале длин волн от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых (световых) потоков в видеосигналы, отличающийся тем, что после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), охватывающих широкий спектральный участок от λ₁ до λ_n, их пропускают через широкополосные оптические фильтры ΟΦ₁ и ОФ₂, первый из которых имеет спектральную характеристику Φ₁(λ), охватывающую спектральный участок в видимой области спектра от 0,38 до 0,76 мкм, и на выходе ΟΦ₁ образуют лучистый поток F₁(λ), а спектральная характеристика второго ОФ₂ охватывает спектральный участок в видимой и ближней ИК₁ области спектра от 0,38 до 2,5 мкм и на выходе ОФ₂ образуют лучистый поток F₂(λ), после чего лучистый поток F₁(λ) проецируют на первый многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности своего фотоприемника мозаичные цветные фильтры вида RGB соответствующие зонам регистрации светового потока в красной (R), зеленой (G) и синей (В) области ВИ участка спектра, затем световые потоки F_R(λ), F_G(λ) и F_B(λ) преобразуют в видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), а лучистый поток F₂(λ) проецируют на второй многосигнальный преобразователь ″лучистый (световой) поток-сигнал″, имеющий на поверхности фотоприемника мозаичные спектрозональные оптические фильтры со своей спектральной характеристикой, соответствующие выбранным зонам регистрации Δλ₁ Δλ₂ и Δλ₃ лучистого потока в видимой и ближней ИК области спектра, где после спектрозональных оптических фильтров лучистые потоки F(Δλ₁), F(Δλ₂) и F(Δλ₃) преобразуют в видеосигналы спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t), кроме того, организуют третий канал внутри широкого спектрального интервала от λ₁ до λ_n, для чего входной лучистый поток F(λ) пропускают через инфракрасный объектив, спектральная характеристика которого охватывает тепловой участок ИК области спектра и образуют лучистый поток F₃(λ), который проецируют на третий двухсигнальный преобразователь ″лучистый поток-сигнал″ и преобразуют его в видеосигналы тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t), соответствующие зонам регистрации Δλ₄ 3-5 мкм и Δλ₅ 8-12 мкм теплового участка ИК₂ и ИК₃ областей спектра, после чего полученные группы видеосигналов усиливают, преобразуют аналоговые сигналы в цифровые, осуществляют цифровую апертурную и гамма-коррекцию и другие виды обработки видеосигналов, направленные на улучшение качества изображений, затем цифровые видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t) используют для их совместной обработки, далее исходные и вновь сформированные видеосигналы одновременно или последовательно отображают на экране видеоконтрольных устройств для визуального восприятия изображений, а также используют сформированные видеосигналы для автоматического анализа видеоинформации.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что общее число используемых спектрозональных оптических фильтров может быть больше трех.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что спектральные характеристики спектрозональных оптических фильтров для соседних зон регистрации лучистого потока (Δλ₁ и Δλ₂) и (Δλ₂ и Δλ₃) могут пересекаться между собой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что ширину зон регистрации Δλ₁, Δλ₂ и Δλ₃ выбирают из условий дифференциального или интегрального методов регистрации лучистого потока, то есть может быть относительно узкой или широкой.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при совместной обработке видеосигналов цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t) формируют результирующие видеосигналы на основе использования операций суммирования или вычитания видеосигналов между собой.

6. Способ по пп. 1 и 5 отличающийся тем, что видеосигналы цветного телевидения U_R(t), U_G(t) и U_B(t), спектрозонального телевидения U_Δλ1(t), U_Δλ2(t) и U_Δλ3(t) и тепловидения U_Δλ4(t) и U_Δλ5(t) и сформированные результирующие видеосигналы при их отображении подают на входы R, G и В цветных видеоконтрольных устройств в различных сочетаниях и полярности на основе изменения коммутации и использования операций инверсии видеосигналов.