СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ РАЗНОСПЕКТРАЛЬНЫХ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ Российский патент 2020 года по МПК G01J3/51 H04N5/30 

Настоящее изобретение относится к области спектрозонального телевидения, основанного на регистрации и преобразовании лучистого (светового) потока в нескольких зонах ультрафиолетовой, видимой или инфракрасной областей спектра в сигналы разноспектральных телевизионных изображений. Формируемые сигналы разноспектральных (спектрозональных) телевизионных изображений могут быть использованы для решения задач наблюдения, селекции, измерения параметров или распознавания объектов и найти применения в системах визуального и автоматического анализа видеоинформации.

Спектральная селекция объектов базируется на возможности регистрации отраженного или излученного лучистого потока в нескольких спектральных зонах Δλ_i, которые выбираются внутри некоторого «широкого» спектрального участка от λ₁ до λ_n. При этом, в зависимости от решаемой задачи, число выбираемых зон регистрации лучистого потока может принимать значения m=2, 3, 4, …, L.

Выбор рабочих зон регистрации лучистого потока и общие вопросы теории спектрозональных систем освящены в работах: Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д. Восприятие и анализ разноспектральных изображений. М.: «Спутник+», 2016. - 251 с. [1], Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция и распознавание объектов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012 г., вып. 2, С. 96-106 [2] и др.

Вопросы, связанные с дифференциальным методом регистрации лучистого потока нашли свое отражение в работах авторов: Сагдуллаев В.Ю. Выбор зон регистрации лучистого потока в системах многоракурсного телевидения / Т-СОММ-Телекоммуникации и транспорт. - М., 2012 - №9. - С. 120-121 [3], Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2011, вып. 2, С. 3-25 [4] и др.

Фактически, перечисленные работы, в целом затрагивают вопросы спектральной селекции объектов при дифференциальном методе регистрации лучистого (светового) потока, то есть с использованием относительно «узких» спектральных зон регистрации в ультрафиолетовой (УФ), видимой (ВИ) и ближней инфракрасной (ИК) областей спектра, что требует обеспечения высокой чувствительности телевизионных (ТВ) датчиков (матричных фотоприемников) в случае низкой отражательной способности тех или иных сочетаний объектов.

Следует отметить, что при регистрации лучистого (светового) потока возможна также малая контрастность формируемых спектрозональных ТВ изображений. Она по своей природе может быть обусловлена различными причинами:

- слабой отражательной способностью объекта и фона;

- близкими между собой спектральными характеристиками объекта и фона;

- выбором не оптимальных спектральных зон регистрации лучистого потока для данного сочетания объекта и фона;

- плохой прозрачностью дистанционной среды;

- неблагоприятными условиями наблюдения объектов и т.д.

Тогда, в таких случаях, использование в системах спектрозонального телевидения «узких» зон регистрации, отражающих дифференциальный метод регистрации лучистого (светового) потока может оказаться не эффективным.

В последнее время появились публикации, где предлагается использовать интегральный метод регистрации лучистого (светового) потока в различных спектральных участках оптического спектра. Среди них: Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д., Сагдуллаев Т.Ю., Смирнов А.И. Информационно-измерительные системы телевидения М.: «Спутник+», 2013. - 199 с., [5]. По патенту РФ №2604898 на «Способ формирования спектрозональных видеосигналов» / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - опубл. 20.12.2016 г. Бюл. №35 [6] рассматривается способ формирования спектрозональных видеосигналов с использованием переменной ширины зоны регистрации, где применен интегрально-дифференциальный метод регистрации лучистого (светового) потока. Данный способ обеспечивает достижение высокого отношения сигнал/шум, путем регистрации входного лучистого потока в «широких» зонах спектрального участка с формированием дополнительных сигналов разноспектральных (спектрозональных) изображений в «узких» зонах регистрации лучистого потока, путем обработки (вычитания) интегральных сигналов между собой.

Известен также патент РФ на изобретение №2374783 «Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов» / Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. опубл. 27.11.2009 г. Бюл. 33 [7]. В этом патенте рассматривается формирование и отображение спектрозональных ТВ сигналов с использованием интегрального способа регистрации лучистого потока. По данному способу регистрация лучистого потока осуществляется в «широком» спектральном участке спектра, по сравнению с дифференциальным методом регистрации.

Формирование спектрозональных ТВ сигналов происходит по двухканальной оптической схеме, где процесс регистрации отраженного лучистого (светового) или излученного потока осуществляют внутри всего широкого спектрального участка с длиной волны от λ₁ до λ_n, для чего, после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), его пропускают через два широкополосные оптических фильтра (ОФ), для первого ТВ датчика имеющего спектральную характеристику (СХ) τ_ф1(λ), а для второго ТВ датчика - τ_ф2(λ), причем СХ первого и второго ОФ охватывают весь спектральный участок с длиной волны от λ₁ до λ_n и удовлетворяют условию λ_ф1(λ)=1-τ_ф2(λ).

Недостатком данного способа является то обстоятельство, что нельзя осуществить одновременное формирование амплитудных значений спектрозональных видеосигналов для «широких» и «узких» зон регистрации лучистого потока в заданном спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, то есть совместить преимущества интегрального и дифференциального методов регистрации лучистого потока.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения, по совокупности признаков и операций над сигналами, принят патент РФ на изобретение №2674411 «Способ регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений» / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С., Шавкунов О.В., Попов А.В. - опубл. 07.12.2018 г. Бюл. 34 [8].

Способ включает в себя регистрацию лучистого потока в «широком» спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, его расщепление на два идентичных потока и их пропускание через два широкополосных ОФ₁ и ОФ₂, СХ которых охватывают спектральный участок от λ₁ до λ_n и удовлетворяют определенным условиям. Лучистые потоки преобразуют с использованием матричных фотоприемников (МФП) и формируют два интегральных сигнала изображения в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

На основе полученных сигналов осуществляют нахождение значений сигналов для зон регистрации лучистого потока внутри спектрального участка с длиной волны от λ₁ до λ_n, путем обработки сигналов на основе решения системы линейных уравнений с двумя неизвестными. Затем обрабатывают полученные сигналы разноспектральных изображений и используют их для визуального или автоматического анализа видеоинформации.

Недостатком данного способа является то, что с увеличением числа вновь формируемых сигналов разноспектральных ТВ изображений необходимо также увеличивать количество исходных интегральных сигналов изображений, полученных с использованием ОФ, имеющих разные СХ в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

Это, в первую очередь связано с необходимостью увеличения аппаратных затрат на построение спектрозональных ТВ камер, поскольку, для одновременных систем, необходим переход от двухканальной к многоканальной оптической схеме входного звена и др.

Технический результат - обеспечение высокого отношения сигнал/шум, путем регистрации входного лучистого (светового) потока в широком спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n с уменьшением числа формируемых исходных интегральных сигналов изображений до минимального их числа (двух) и возможностью формирования на их основе m - сигналов разноспектральных ТВ изображений внутри этого спектрального участка для повышения достоверности селекции и распознавания объектов наблюдения.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений, включающего регистрацию входного лучистого (светового) потока F(λ) отраженного или излученного от объектов наблюдаемого пространства и проекции лучистого (светового) потока с использованием объектива, имеющего спектральную характеристику τ_o(λ) на рабочую поверхность двух матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂, имеющих спектральную характеристику ε₁(λ) и ε₂(λ) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, расщепление входного лучистого (светового) потока на выходе объектива на два идентичных лучистых (световых) потока F(λ) с использованием светорасщепляющего устройства, пропускание их через два широкополосных оптических фильтра ОФ₁ и ОФ₂, имеющих спектральную характеристику τ_ф1(λ) и τ_ф2(λ), которые охватывают спектральный участок с длиной волны от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых (световых) потоков с использованием первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂ и формирование двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t), для чего спектральная характеристика входного оптического звена первого и второго канала формирования интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n выбирают таким образом, чтобы после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), их пропускания через первый и второй широкополосные оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂ и проецировании лучистого (светового) потока на рабочую поверхность первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂, результирующая спектральная характеристика, равная величине а₁(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф1(λ)⋅ε₁(λ) и а₂(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф2(λ)⋅ε₂(λ) первого и второго канала спектрозональной телевизионной камеры для формирования первого и второго интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) удовлетворяла условию а₂(λ)≠а₁(λ), после этого осуществляют преобразование лучистых (световых) потоков и формирование амплитудных значений двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке от λ₁ до λ_n, затем используя эти сигналы, осуществляют их обработку для нахождения внутри спектрального участка (λ_n-λ₁) амплитудных значений сигналов разноспектральных телевизионных изображений для m - зон регистрации лучистого потока, где их число может быть равным m=2, 3, …, L, на основе решения систем р - линейных уравнений с двумя неизвестными в виде

где а₁₁, а₁₂, а₂₁, а₂₂ - коэффициенты, характеризующие результирующую спектральную характеристику входного звена первого и второго каналов спектрозональной телевизионной камеры для зон регистрации (λ_i-λ₁) и (λ_n-λ_i), которые имеют ширину, согласно следующей разбивке спектрального участка (λ_n-λ₁)

при этом определитель системы линейных уравнений с двумя неизвестными для спектрального участка (λ_n-λ₁) находится из выражения

где значение определителя системы должно удовлетворять условию Δ(λ)_(λn-λ1)>0, что обеспечивается выбором спектральной характеристики входного звена спектрозональной телевизионной камеры, после чего находят значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_i-λ₁) согласно выражению

а также определяют значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_n-λ_i) согласно выражению

затем обрабатывают вновь полученные сигналы разноспектральных телевизионных изображений путем их вычитания между собой и образуют сигналы более «узких» зон регистрации в виде

где i - зона регистрации лучистого (светового) потока отражает в спектральном участке (λ_n-λ₁) длины волн (λ₂-λ₁)=Δλ₁, (λ₃-λ₂)=Δλ₂, (λ₄-λ₃)=Δλ₃, …, (λ_n-λ_n-1)=Δλ_m, затем из m-сигналов разноспектральных телевизионных изображений выбирают любые три сигнала и подают их на входы цветного видеоконтрольного устройства для визуального анализа видеоинформации, а также осуществляют автоматическую селекцию заданных объектов на основе анализа распределения амплитудных значений m-сигналов разноспектральных телевизионных изображений в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

Для достижения указанного результата предлагается способ формирования сигналов разноспектральных телевизионных изображений, включающий регистрацию входного лучистого (светового) потока F(λ) отраженного или излученного от объектов наблюдаемого пространства и проекции лучистого (светового) потока с использованием объектива, имеющего спектральную характеристику τ_o(λ) на рабочую поверхность двух матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂, имеющих спектральную характеристику ε₁(λ) и ε₂(λ) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, расщепление входного лучистого (светового) потока на выходе объектива на два идентичных лучистых (световых) потока F(λ) с использованием светорасщепляющего устройства, пропускание их через два широкополосных оптических фильтра ОФ₁ и ОФ₂, имеющих спектральную характеристику τ_ф1(λ) и τ_ф2(λ), которые охватывают спектральный участок с длиной волны от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых потоков с использованием первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂ и формирование двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t), в котором спектральную характеристику входного оптического звена первого и второго канала формирования интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n выбирают таким образом, чтобы после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), их пропускания через первый и второй широкополосные оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂ и проецировании лучистого (светового) потока на рабочую поверхность первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂, результирующая спектральная характеристика, равная величине а₁(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф1(λ)⋅ε₁(λ) и а₂(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф2(λ)⋅ε₂(λ) первого и второго канала спектрозональной телевизионной камеры для формирования первого и второго интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) удовлетворяла условию а₂(λ)≠а₁(λ), после этого осуществляют преобразование лучистых (световых) потоков и формирование амплитудных значений двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке от λ₁ до λ_n, затем используя эти сигналы, осуществляют их обработку для нахождения внутри спектрального участка (λ_n-λ₁) амплитудных значений сигналов разноспектральных телевизионных изображений для m - зон регистрации лучистого потока, где их число может быть равным m=2, 3, …, L на основе решения систем р - линейных уравнений с двумя неизвестными в виде

где а₁₁, а₁₂, а₂₁, а₂₂ - коэффициенты, характеризующие результирующую спектральную характеристику входного звена первого и второго каналов спектрозональной телевизионной камеры для зон регистрации (λ_i-λ₁) и (λ_n-λ_i), которые имеют ширину, согласно следующей разбивке спектрального участка (λ_n-λ₁)

при этом определитель системы линейных уравнений с двумя неизвестными для спектрального участка (λ_n-λ₁) находится из выражения

где значение определителя системы должно удовлетворять условию Δ(λ)_(λn-λ1)>0, что обеспечивается выбором спектральной характеристики входного звена спектрозональной телевизионной камеры, после чего находят значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_i-λ₁) согласно выражению

а также определяют значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_n-λ_i) согласно выражению

затем обрабатывают вновь полученные сигналы разноспектральных телевизионных изображений путем их вычитания между собой и образуют сигналы более «узких» зон регистрации в виде

где i-зона регистрации лучистого (светового) потока отражает в спектральном участке (λ_n-λ₁) длины волн (λ₂-λ₁)=Δλ₁, (λ₃-λ₂)=Δλ₂, (λ₄-λ₃)=Δλ₃, …, (λ_n-λ_n-1)=Δλ_m, затем из m - сигналов разноспектральных телевизионных изображений выбирают любые три сигнала и подают их на входы цветного видеоконтрольного устройства для визуального анализа видеоинформации, а также осуществляют автоматическую селекцию заданных объектов на основе анализа распределения амплитудных значений m - сигналов разноспектральных телевизионных изображений в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

Спектрозональная ТВ система, реализующая предлагаемый способ формирования сигналов разноспектральных ТВ изображений, представлена на фиг. 1.

Позиции:

1 - объектив;

2 - устройство расщепления лучистого (светового) потока на два идентичных потока;

3 - оптические фильтры (далее ОФ);

4 - блок управления ОФ;

5 - преобразователи «лучистый (световой) поток-сигнал» (ТВ датчики);

6 - синхрогенератор;

7 - усилители-формирователи;

8 - блок вычисления и формирования m - сигналов разноспектральных изображений внутри широкого спектрального участка;

9 - блок формирования значений сигналов для определителя системы линейных уравнений;

10 - коммутатор и инвентор сигналов;

11 - цветное видеоконтрольное устройство;

12 - блок автоматического анализа объектов;

13 - потребитель информации;

14 - блок управления.

Синхрогенератор 6 вырабатывает необходимые тактовые, строчные и кадровые импульсы, которые используются для развертки (считывания) изображения в ТВ датчиках 5₁ и 5₂, для формирования на выходе усилителей - формирователей 7₁ и 7₂ интегральных сигналов ТВ изображений U_c1(t) и U_c2(t). Указанные импульсы с синхрогенератора поступают также на вход блока 8. В качестве ТВ датчиков 5₁ и 5₂ могут быть использованы любые преобразователи «лучистый (световой) поток-сигнал» в виде известных передающих трубок (типа видикон), ПЗС матриц, КМОП матричных фотоприемников (МФП) или других преобразователей лучистого (светового) потока в электрический сигнал изображения. В данной схеме (фиг. 1) блоки (элементы) 3₁, 5₁ и 7₁ образуют первый канал формирования и обработки интегрального сигнала ТВ изображений U_c1(t), а блоки (элементы) 3₂, 5₂ и 7₂ образуют второй канал формирования и обработки интегрального сигнала ТВ изображений U_c2(t).

Надо отметить, что для достижения технического результата (цели) результирующая СХ, равная величине a₁(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф1(λ)⋅ε₁(λ) и а₂(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф2(λ)⋅ε₂(λ) первого и второго каналов спектрозональной ТВ камеры для формирования первого и второго интегральных сигналов ТВ изображений U_c1(t) и U_c2(t) должна удовлетворять условию а₂(λ)≠а₁(λ). Здесь τ_o(λ) - СХ объектива, τ_ф(λ) - СХ ОФ и ε (λ) - спектральная чувствительность МФП, которые априорно должны быть известны. Это связано с тем, что распределение результирующей СХ в спектральном участке (λ_n-λ₁) влияет на значение определителя системы линейных уравнений с двумя неизвестными (3), которое должно удовлетворять условию Δ(λ)_(λn-λ1)>0, что выполняется предварительным выбором СХ входного звена спектрозональной ТВ камеры,

ОФ 3₁ и 3₂ для первого и второго канала формирования интегральных сигналов U_c1(t) и U_c2(t) имеют свою форму СХ и могут изменяться механическим или электронным путем, с учетом СХ объектива и МФП, Например, для первого оптического фильтра ОФ₁ СХ может быть равной τ_ф1(λ), а для второго ОФ₂ равной τ_ф2(λ) и удовлетворять разным условиям, например, τ_ф2(λ)≠τ_ф1(λ) или τ_ф2(λ)=1-τ_ф1(λ) и т.д. Поскольку общее число ОФ, удовлетворяющих этим условиям, может быть разным, выбираются отдельные группы ОФ.

Для этого с помощью блока управления ОФ 4, при необходимости, изменяются СХ первого и второго ОФ 3₁ и 3₂ (механическим - за счет замены самих ОФ с другими СХ или электронным путем).

В спектрозональной ТВ системе, показанной на фиг. 1, используется двухканальная оптическая схема входного звена. Здесь общий входной лучистый поток F(λ), пройдя объектив 1, расщепляется с использованием блока 2 на два идентичных потока, каждый из которых проходит через свой ОФ. Пройдя первый и второй ОФ 3₁ и 3₂, образованные лучистые (световые) потоки F₁(λ) и F₂(λ) проецируется на рабочую поверхность первого и второго ТВ датчика 5₁ и 5₂. После преобразования лучистых потоков с выхода ТВ датчиков каждый сформированный интегральный сигнал ТВ изображения поступает на свой вход усилителя - формирователя 7₁ и 7₂, где происходят операции усиления, раздельной обработки интегральных сигналов изображений и их смешивания со строчными и кадровыми импульсами и др.

С выхода блока 7₁ и 7₂ сигналы поступают на блок вычисления и формирования m - сигналов разноспектральных изображений 8. Сформированные сигналы разноспектральных изображений на основе решения системы линейных уравнений с двумя неизвестными с выходов блока 8, через коммутатор и инвертор полярности сигналов 10 поступают на входы RGB цветного видеоконтрольного устройства (ВКУ) 11.

Кроме того данные сигналы с выходов блока 8 поступают на входы блока 12 для автоматической анализа объектов по амплитудному распределению сигналов в сформированных зонах регистрации лучистого потока. С блока управления 14 поступают управляющие сигналы на блок 4 для смены ОФ, на блок 9 для задания значений сигналов определителя, а также на блок 10 для выборки произвольных трех сигналов, изменения полярности и их коммутации на входы ВКУ 11.

Пусть задан спектральный участок с длиной волны от λ₁ до λ_n, а также то, что СХ первого и второго МФП нормирована в этом спектральном участке длин волн и удовлетворяет условию

где ξ(λ) - коэффициент, учитывающий форму СХ МФП. При значениях ξ(λ)=0 в заданном спектральном участке (λ_n-λ₁) выражение (7) отображает МФП с прямоугольной СХ.

При осуществлении интегрального метода регистрации лучистого (светового) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n ключевым местом является выбор СХ ОФ. В принципе форма СХ ОФ может быть прямоугольной, треугольной или иметь любую произвольную форму. При этом, необходимо выбрать средние значения коэффициентов ξ₁(λ), ξ₂(λ), …, ξ_m(λ), учитывающих форму СХ ОФ для выбираемых зон регистрации лучистого (светового) потока в «широких» спектральных участках УФ, ВИ и ИК областей спектра, согласно (7).

На фиг. 2, для примера, показаны два варианта СХ широкополосных ОФ. На фиг. 2а показаны ОФ с прямоугольной и треугольной СХ, а на фиг. 2б СХ для первого ОФ равна τ_ф1(λ), а для второго ОФ τ_ф2(λ) и удовлетворяет условию τ_ф2(λ)=1-τ_ф1(λ), то есть СХ ОФ взаимно-противоположные. Так например, для первого ОФ значения τ_ф1(λ) равны

а для второго ОФ значения τ_ф2(λ) составляют величину

Могут быть и другие СХ, используемых ОФ, при неизменных и априорно известных СХ объектива, расщепляющего устройства и МФП.

Общее число сигналов разноспектральных изображений, которые можно получить путем решения системы линейных уравнений с двумя неизвестными составляет величину, согласно выражению

где р - общее число решаемых систем линейных уравнений с двумя неизвестными (р=1, 2, 3, …, k).

Данные зональные сигналы ТВ изображений будут соответствовать зонам регистрации внутри спектрального участка (λ_n-λ₁)

U_(λ2-λ1)(t) и U_(λn-λ2)(t), U_(λ3-λ1)(t) и U_(λn-λ3)(t), ..., U_(λn-1-λ1)(t) и U_(λn-λn-1)(t).

Кроме зональных сигналов ТВ изображений (1), используя операцию вычитания между собой таких сигналов изображений (6) можно получить новые зональные сигналы изображений, которые будут соответствовать более «узким» зонам регистрации в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, а именно Δλ₂=(λ₃-λ₂), Δλ₃=(λ₃-λ₂), ..., Δλ_m-1=(λ_n-λ_n-2)

U_c(t)_Δλ2=U_c(t)_(λ3-λ1)-U_c(t)_(λ2-λ1), …, U_c(t)_Δλm-1=U_c(t)_(λn-λn-2)-U_c(t)_(λn-2-λ1).

При этом число дополнительных сигналов разноспектральных ТВ изображений составит величину

С учетом выражений (10) и (11) общее число сигналов разноспектральных телевизионных изображений, которое может быть получено при данном способе составит величину

В зависимости от числа используемых и решаемых систем линейных уравнений с двумя неизвестными в таблице 1 показано общее число формируемых сигналов разноспектральных ТВ изображений в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

В зависимости от условий наблюдения, селекции и распознавания объектов по спектральным и иным признакам могут выбираться отдельные сигналы разноспектральных ТВ изображений, сформированные после решения систем линейных уравнений или после вычитания зональных сигналов ТВ изображений между собой или использоваться все сигналы для решения поставленных задач визуального или автоматического анализа.

Источники

1. Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д. Восприятие и анализ разноспектральных изображений. М.: "Спутник+", 2016. - 251 с.

2. Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция и распознавание объектов. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2012 г., вып. 2, С. 96-106.

3. Сагдуллаев В.Ю. Выбор зон регистрации лучистого потока в системах многоракурсного телевидения / Т-СОММ-Телекоммуникации и транспорт. - М., 2012 - №9. - С. 120-121

4. Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2011, вып. 2, С. 3-25

5. Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д., Сагдуллаев Т.Ю., Смирнов А.И. Информационно-измерительные системы телевидения М.: "Спутник+", 2013. - 199 с.

6. Патент РФ на изобретение №2604898. Способ формирования спектрозональных видеосигналов / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - приоритет 26.06.2015 г. - опубл. 20.12.2016 г. Бюл. №35

7. Патент РФ на изобретение №2374783 «Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов» / Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. - опубл. 27.11.2009 г. Бюл. 33

8. Патент РФ на изобретение №2674411 «Способ регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений» / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С., Шавкунов О.В., Попов А.В. - опубл. 07.12.2018 г. Бюл. 34

Изобретение относится к области спектрозонального телевидения и касается способа формирования сигналов разноспектральных телевизионных изображений. Способ включает в себя регистрацию входного лучистого (светового) потока F(λ) отраженного или излученного от объектов наблюдаемого пространства и проекцию лучистого (светового) потока с использованием объектива на рабочую поверхность двух матричных фотоприемников. Для этого входной лучистый (световой) поток на выходе объектива расщепляют на два идентичных лучистых (световых) потока F(λ), осуществляют пропускание их через два оптических фильтра, преобразование лучистых потоков с использованием первого и второго матричных фотоприемников, в которых спектральная характеристика входного оптического звена спектрозональной ТВ камеры удовлетворяет определенным условиям, далее формируют два интегральных сигнала телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t). На основе этих сигналов, путем решения систем из р линейных уравнений с двумя неизвестными, а также с использованием операции вычитания полученных сигналов разноспектральных телевизионных изображений между собой для соседних зон регистрации, формируют сигналы более «узких» зон регистрации лучистого потока Δλ₂, Δλ₃, …, Δλ_m внутри широкого спектрального участка с длиной волны от λ₁ до λ_n. Затем используют полученные сигналы для визуального или автоматического анализа видеоинформации. Технический результат заключается в увеличении отношения сигнал/шум и уменьшении числа формируемых интегральных сигналов изображений до их минимального числа (двух) с возможностью формирования m сигналов разноспектральных ТВ изображений. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ формирования сигналов разноспектральных телевизионных изображений, включающий регистрацию входного лучистого (светового) потока F(λ), отраженного или излученного от объектов наблюдаемого пространства, и проекции лучистого (светового) потока с использованием объектива, имеющего спектральную характеристику τ_o(λ) на рабочую поверхность двух матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂, имеющих спектральную характеристику ε₁(λ) и ε₂(λ) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n, расщепление входного лучистого (светового) потока на выходе объектива на два идентичных лучистых (световых) потока F(λ) с использованием светорасщепляющего устройства, пропускание их через два широкополосных оптических фильтра ОФ₁ и ОФ₂, имеющих спектральную характеристику τ_ф1(λ) и τ_ф2(λ), которые охватывают спектральный участок с длиной волны от λ₁ до λ_n, преобразование лучистых потоков с использованием первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂ и формирование двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t), отличающийся тем, что спектральную характеристику входного оптического звена первого и второго канала формирования интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n выбирают таким образом, чтобы после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), их пропускания через первый и второй широкополосные оптические фильтры ОФ₁ и ОФ₂ и проецирования лучистого (светового) потока на рабочую поверхность первого и второго матричных фотоприемников МФП₁ и МФП₂ результирующая спектральная характеристика, равная величине a₁(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф1(λ)⋅ε₁(λ) и а₂(λ)=τ_o(λ)⋅τ_ф2(λ)⋅ε₂(λ) первого и второго канала спектрозональной телевизионной камеры для формирования первого и второго интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t), удовлетворяла условию а₂(λ)≠а₁(λ), после этого осуществляют преобразование лучистых (световых) потоков и формирование амплитудных значений двух интегральных сигналов телевизионных изображений U_c1(t) и U_c2(t) в спектральном участке от λ₁ до λ_n, затем, используя эти сигналы, осуществляют их обработку для нахождения внутри спектрального участка (λ_n-λ₁) амплитудных значений сигналов разноспектральных телевизионных изображений для m зон регистрации лучистого потока, где их число может быть равным m=2, 3, …, L на основе решения систем р линейных уравнений с двумя неизвестными в виде

а ₁₁(λ)⋅U_c(t)_(λ2-λ1)+а₁₂(λ)⋅U_c(t)_(λn-λ2)=U_c1(t)

где a₁₁, a₁₂, a₂₁, a₂₂ - коэффициенты, характеризующие результирующую спектральную характеристику входного звена первого и второго каналов спектрозональной телевизионной камеры для зон регистрации (λ_i-λ₁) и (λ_n-λ_i), которые имеют ширину согласно следующей разбивке спектрального участка (λ_n-λ₁)

при этом определитель системы линейных уравнений с двумя неизвестными для спектрального участка (λ_n-λ₁) находится из выражения

где значение определителя системы должно удовлетворять условию Δ(λ)_(λn-λ1)>0, что обеспечивается выбором спектральной характеристики входного звена спектрозональной телевизионной камеры, после чего находят значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_i-λ₁) согласно выражению

а также определяют значение сигнала телевизионного изображения для зоны регистрации (λ_n-λ_i) согласно выражению

затем обрабатывают вновь полученные сигналы разноспектральных телевизионных изображений путем их вычитания между собой и образуют сигналы более «узких» зон регистрации в виде

где i - зона регистрации лучистого (светового) потока отражает в спектральном участке (λ_n-λ₁) длины волн (λ₂-λ₁)=Δλ₁, (λ₃-λ₂)=Δλ₂, (λ₄-λ₃)=Δλ₃, …, (λ_n-λ_n-1)=Δλ_m, затем из m сигналов разноспектральных телевизионных изображений выбирают любые три сигнала и подают их на входы цветного видеоконтрольного устройства для визуального анализа видеоинформации, а также осуществляют автоматическую селекцию заданных объектов на основе анализа распределения амплитудных значений m сигналов разноспектральных телевизионных изображений в спектральном участке с длиной волны от λ₁ до λ_n.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при формировании первого и второго интегральных сигналов телевизионного изображения U_c1(t) и U_c2(t) может изменяться спектральная характеристика оптических фильтров за счет смены их механическим путем в спектрозональной телевизионной камере.