Способ селекции изображения объекта на неоднородном фоне Российский патент 2020 года по МПК H04N7/18 

Описание патента на изобретение RU2734655C1

Изобретение относится к области прикладного телевидения, использующего алгоритмы селекции изображения объекта на неоднородном фоне, в частности, с целью последующего определения его координат и автосопровождения.

Известен способ селекции изображения объекта, описанный в литературе У. Прэтт, Цифровая обработка изображений. Пер. с англ. М. Мир, Кн. 2. 1982 г. С. 555-560. Способ заключается в определении значения средней яркости изображения и установления глобального порога, соответствующего этому значению, при сравнении с которым формируется бинарный сигнал объекта. Способ имеет недостаточную точность при наличии неравномерности фона.

Известен другой способ, описанный там же, который заключается в определении гистограммы яркости изображения, нахождении минимального ее значения и установления глобального порога, соответствующего этому значению, при сравнении с которым формируется бинарный сигнал объекта. Способ имеет также недостаточную точность при наличии неравномерности фона.

Известен также способ, описанный там же, который заключается в разбиении изображения на фрагменты и установлении локальных порогов для каждого фрагмента по средней яркости фрагмента либо по минимуму гистограммы яркости. Данный способ также имеет недостаточную точность, поскольку не исключает селекцию неоднородностей фона при селекции изображения объекта.

Известен способ, описанный в статье Морозов А.В. Адаптивная бинаризация изображений звездного неба. Вопросы радиоэлектроники серия Техника телевидения, вып.1, 2017 г. С. 25-27. Способ заключается в определении среднего значения яркости В изображения, дифференцировании сигнала изображения и определения по нему среднеквадратического отклонения σ и формировании порога Р, равного взвешенной сумме: Р=αВ+βσ, где α и β константы, при сравнении с которым формируется бинарный сигнал объекта. Данный способ позволяет повысить вероятность правильного обнаружения сигнала малоразмерного объекта, однако, данный не обладает достаточной точностью при наличии неоднородного фона.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, является принятый за прототип способ, описанный в статье А.Л. Андреев, В.В. Коротаев, A.M. Пашковский, «Селекция изображений малоразмерных объектов на неоднородном фоне в условиях помех», Изв. Вузов. Приборостроение. 2013 г., т. 56, №10, с. 88-93.

Данный способ основан на дифференциации размеров объекта и неоднородностей фона и заключается в следующем.

Текущий сигнал изображения с выхода телевизионного датчика преобразуется в цифровую форму. Далее этот сигнал сглаживают в пределах апертуры сглаживающего фильтра, размер m которой должен быть больше размеров Мo изображения объекта, но много меньше размеров изображений неоднородностей фона Мф, т.е.:

В результате сглаживания сигнал от объекта подавляется, а сигнал от неоднородностей фона сохраняется и используется для компенсации фоновой составляющей. Компенсация производится путем вычитания сглаженного сигнала из исходного текущего сигнала. Полученный разностный сигнал сравнивают с порогом, например, на уровне 0,5 от максимального значения разностного сигнала, формируя тем самым выходной бинарный сигнал объекта.

Недостатком данного способа является низкая точность селекции изображения объекта при его сближении с точкой видеонаблюдения. В результате такого сближения размер изображения объекта начинает постепенно увеличиваться. Это приводит к несоблюдению выражений (1), и, соответственно, к прекращению подавления сигнала объекта при сглаживании. В результате сигнал объекта и компенсируется вместе с фоном при последующем вычитании. На практике размер сглаживающей апертуры m обычно не превышает 8-10 элементов. Отметим также, что при несоблюдении условий (1) вычитание сглаженного сигнала из текущего приводит к формированию контуров объекта (так называемое, «нерезкое маскирование»). Несмотря на то, наличие контуров объекта является достаточным для определения, в частности, координат его центра, амплитуда контуров объекта, формируемых при «нерезком маскировании», оказывается меньше амплитуды сигнала объекта, формируемого при соблюдении условия (1). Таким образом, снижение отношения сигнал-шум также приводит к уменьшению точности селекции изображения объекта.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности селекции изображения объекта на неоднородном фоне в условиях сближения объекта с точкой видеонаблюдения.

Технический результат заявляемого технического решения выражен в повышении точности селекции изображения объекта за счет повышения отношения сигнал-шум при соответствующем увеличении размеров изображения объекта.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа селекции изображения объекта на неоднородном фоне, заключающемся в формировании компенсирующего сигнала путем сглаживания текущего цифрового сигнала в апертуре с размером m>Мo, но m<<Мф, где Мo и Мф - размеры изображения объекта и фона, соответственно, формировании разностного сигнала путем вычитания компенсирующего сигнала из текущего и формировании выходного бинарного сигнала объекта путем сравнения разностного сигнала с фиксированным порогом, согласно изобретению в каждом i-том кадре видеопоследовательности производят оценку размера бинарного изображения объекта Moi и при изменении этого размера в пределах l<Moi≤m осуществляют предварительное сглаживание текущего сигнала с апертурой mioi, соответствующей полученной оценке, а при достижении условия mi=m размер апертуры фиксируют.

Для достижения указанного выше технического результата предложен способ селекции изображения объекта на неоднородном фоне, включающий формирование компенсирующего сигнала путем сглаживания текущего цифрового сигнала в апертуре с размером m>Мo, но m<<Мф, где Мo и Мф - размеры изображения объекта и фона, соответственно, формирование разностного сигнала путем вычитания компенсирующего сигнала из текущего и формирование выходного бинарного сигнала объекта путем сравнения разностного сигнала с фиксированным порогом, причем, в каждом i-том кадре видеопоследовательности производят оценку размера бинарного изображения объекта Мoi, при 1<Мoi≤m осуществляют предварительное сглаживание текущего сигнала с апертурой mi=Moi, а при достижении условия mi=m размер апертуры фиксируют.

В качестве примера на фиг. 1 показана спектрозональная телевизионная система, реализующая предлагаемый способ, где:

1 - телевизионная камера;

2 - устройство видеозаписи;

3 - компьютер.

Телевизионная камера 1, устройство 2 видеозаписи и компьютер 3 соединены последовательно.

Способ осуществляется следующим образом. Телевизионная камера 1 преобразует в электрический сигнал изображение малоразмерного объекта, находящегося на неоднородном фоне. Электрический сигнал преобразуется в цифровую форму стандартным устройством 2 видеозаписи и вводится в компьютер 3 в виде последовательности кадров. Введенные в компьютер кадры изображений последовательно обрабатываются программным путем.

При этом текущий цифровой сигнал сглаживается в апертуре с размером m>Мo, но m<<Мф, где Мo и Мф - размеры изображения объекта и фона, соответственно. Затем производится формирование разностного сигнала путем вычитания компенсирующего сигнала из текущего и формирование выходного бинарного сигнала объекта путем сравнения разностного сигнала с фиксированным порогом. Дополнительно в каждом i-том кадре видеопоследовательности производят оценку размера бинарного изображения объекта Moi, причем, при 1<Moi≤m осуществляют предварительное сглаживание текущего сигнала с апертурой mi=Moi, а при достижении условия mi=m размер данной апертуры фиксируют.

Следует отметить, что в процессе предварительного сглаживания при увеличении размера изображения объекта и, соответственно, при увеличении апертуры mi=Moi в пределах 1<mi≤m происходит увеличение отношения сигнал-шум до в раз, что положительно сказывается на результате селекции объекта. Так, например, при размере апертуры m=9 дальнейшее формирование сигнала объекта после достижения размера апертуры mi=m будет производиться при отношении сигнал-шум в три раза выше исходного.

Происходящее при этом уменьшение разрешающей способности не оказывает влияния на результат селекции изображения объекта в силу соответствующего увеличения его размера при сближении объекта с точкой видеонаблюдения. Происходящее при этом сглаживание фронтов сигнала объекта также не оказывает влияния на результат его селекции и определения координат, поскольку центр объекта будет соответствовать максимуму сигнала его изображения.

Сигнал изображения объекта может быть получен путем последовательной съемки стандартной телевизионной камерой с фиксацией в компьютере через стандартное устройство видеозаписи типа AverEZCapture фирмы AverMedia, подключаемое PCI- шине компьютера. Выходное изображение селектируемого объекта может быть получено путем программирования в среде стандартного пакета MATLAB или путем создания специализированной программы в среде С++.

Похожие патенты RU2734655C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И СЛЕЖЕНИЯ ЗА ВОЗДУШНЫМИ ОБЪЕКТАМИ 2010
  • Алпатов Борис Алексеевич
  • Бабаян Павел Вартанович
  • Костяшкин Леонид Николаевич
  • Муравьёв Сергей Иванович
  • Муравьёв Вадим Сергеевич
  • Романов Юрий Николаевич
  • Эгель Владимир Николаевич
RU2419150C1
СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТОВ 2003
  • Бондаренко А.В.
  • Драб А.Э.
  • Обносов Б.В.
  • Рогова Н.Г.
  • Цибулькин М.Л.
RU2250478C2
СПОСОБ СРАВНЕНИЯ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 2017
  • Котцов Владимир Александрович
  • Котцов Петр Владимирович
RU2673396C1
СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ФРАГМЕНТА ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КООРДИНАТОРОВ 2006
  • Арзуманян Эдуард Погосович
  • Будаи Борис Тиборович
RU2319316C1
Способ определения скорости по видео 2017
  • Яковлев Артем Андреевич
RU2695708C2
СПОСОБ ОБРАБОТКИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИИ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ БАЗОВЫХ АЛГОРИТМОВ 2014
  • Алпатов Борис Алексеевич
  • Бабаян Павел Вартанович
  • Смирнов Сергей Александрович
RU2575401C1
СПОСОБ ПОИСКА И РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТОВ НА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ 2011
  • Богословский Андрей Витальевич
  • Богословский Евгений Андреевич
  • Юдаков Дмитрий Сергеевич
  • Четвертаков Андрей Николаевич
  • Жигулина Ирина Викторовна
RU2458397C1
СПОСОБ ПОИСКА И ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ СЛАБОИЗЛУЧАЮЩИХ ПОДВИЖНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ПРОСТРАНСТВЕННО-НЕОДНОРОДНОМ ФОНЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ ПРИБОРАМИ 2013
  • Крыжановский Вячеслав Владимирович
  • Климова Анна Вячеславовна
  • Левшин Виктор Львович
  • Муратов Константин Владимирович
RU2536082C1
Способ преобразования изображения дыма и пламени 2019
  • Гультяев Юрий Павлович
  • Ковальчук Виктор Сергеевич
  • Попов Василий Владимирович
RU2707416C1
Способ помехоустойчивого обнаружения дыма и пламени в сложной фоно-световой обстановке 2021
  • Умбиталиев Александр Ахатович
  • Гультяев Юрий Павлович
  • Ковальчук Виктор Сергеевич
  • Жук Ярослав Дмитриевич
RU2760921C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 734 655 C1

Реферат патента 2020 года Способ селекции изображения объекта на неоднородном фоне

Изобретение относится к области прикладного телевидения, использующего алгоритмы селекции изображения объекта на неоднородном фоне, в частности, с целью последующего определения его координат и автосопровождения. Технический результат заключается в повышении точности селекции изображения объекта за счет повышения отношения сигнал-шум при соответствующем увеличении размеров изображения объекта. Результат достигается тем, что формируют компенсирующий сигнал путем сглаживания текущего цифрового сигнала в апертуре с размером m>Мo, но m<<Мф, где Мo и Мф - размеры изображения объекта и фона, соответственно, формируют разностный сигнал путем вычитания компенсирующего сигнала из текущего и формирования выходного бинарного сигнала объекта путем сравнения разностного сигнала с фиксированным порогом, причем в каждом i-м кадре видеопоследовательности производят оценку размера бинарного изображения объекта Moi, при 1<Moi≤m осуществляют предварительное сглаживание текущего сигнала с апертурой mi=Moi, а при достижении условия mi=m размер апертуры фиксируют. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 734 655 C1

Способ селекции изображения объекта на неоднородном фоне, включающий формирование компенсирующего сигнала путем сглаживания текущего цифрового сигнала в апертуре с размером m>Мo, но m<<Мф, где Мo и Мф - размеры изображения объекта и фона, соответственно, формирование разностного сигнала путем вычитания компенсирующего сигнала из текущего и формирование выходного бинарного сигнала объекта путем сравнения разностного сигнала с фиксированным порогом, отличающийся тем, что в каждом i-том кадре видеопоследовательности производят оценку размера бинарного изображения объекта Moi, при 1<Moi≤m осуществляют предварительное сглаживание текущего сигнала с апертурой mi=Moi, а при достижении условия wi=m размер апертуры фиксируют.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2020 года RU2734655C1

СПОСОБ СЕЛЕКЦИИ ОБЪЕКТА 1984
  • Ипатьев А.А.
  • Кочкин В.А.
  • Курицын Б.А.
  • Кутаев Ю.Ф.
  • Полетаев Б.В.
  • Ставраков Г.Н.
RU2081436C1
US 6118886 A, 2000.09.12
US 4603430 A, 1986.07.29
EP 0346985 A2, 1989.12.20
US 7317829 B2, 2008.01.08
Устройство для последовательной гибки заготовок в обод 1978
  • Тарасов Константин Иванович
  • Маякин Валентин Андреевич
  • Терещенко Анатолий Анатольевич
  • Гуцол Владимир Григорьевич
  • Тарасов Глеб Иванович
SU774730A1
US 7006128 B2, 2006.02.28.

RU 2 734 655 C1

Авторы

Корнышев Николай Петрович

Серебряков Дмитрий Александрович

Даты

2020-10-21Публикация

2020-03-17Подача