Способ формирования и отображения телевизионных изображений в видимой и ближней инфракрасной области спектра Российский патент 2024 года по МПК H04N23/80 H04N23/13 H04N5/45 

Предлагаемое изобретение относится к телевизионным системам наблюдения, решающим задачу поиска замаскированных в поле зрения объектов.

К прямым признакам, демаскирующим объекты наблюдения в оптическом диапазоне длин волн электромагнитного излучения относятся: форма, размер, цвет, структура, текстура и тень объекта. При этом форма является основным признаком. С целью повышения дальности наблюдения применяют телевизионные системы в инфракрасных (ИК) областях: ближней, средней и дальней. Чем дальше находится ИК диапазон от видимого, тем труднее выявить на изображении форму объекта. Чтобы частично это компенсировать, формируют совмещенные, или комплексированные изображения совместно с изображением видимой части спектра.

Видимый диапазон необходим для того, чтобы облегчить идентификацию объектов (их формы) в средней и дальней ИК областях. Однако, в сложных метеоусловиях наименьший контраст и дальность наблюдения будут в видимом диапазоне, так что, начиная с некоторой предельной для этого диапазона дальности, останется только изображение среднего ИК, которое исчезнет следующим, оставив изображения дальнего ИК. Это означает, что эффективность идентификации формы объектов в среднем и дальнем диапазонах ограничена дальностью видения в видимом диапазоне. Из статьи «Пути повышения различаемости объектов в цифровых телевизионных системах наблюдения» (Ю.П. Гультяев, B.C. Ковальчук, В.В. Попов. Пути повышения различаемости объектов в цифровых телевизионных системах наблюдения. VIII Международная научно-техническая и научно-методическая конференция «Актуальные проблемы инфотелекоммуникаций в науке и образовании» (АПИНО 2019) 27-28 февраля 2019 года - СПб, 2019 г., СПГУТ. - с. 126-130) следует, что желательным является такой способ формирования псевдоцветного изображения в ближнем ИК диапазоне, который позволит применить метод спектрально- пространственной фильтрации, что реально увеличит дальность видения в сложных метеоусловиях и повысит эффективность демаскирования, облегчая идентификацию формы объектов наблюдения.

Известно, что количество цветовых оттенков, различаемых глазом, значительно превышает количество различаемых градаций яркости.

По этой причине в мультиспектральных системах прибегают к раскрашиванию в псевдоцветах при переносе изображений из невидимых глазом диапазонов в видимый диапазон, а в гиперспектральных системах максимально увеличивают количество формируемых спектральных полос.

Известен «Способ визуального спектрального анализа телевизионного изображения дальнего ИК диапазона и устройство, реализующее способ» (Патент РФ №2233559, H04N 5/33, 7/18, опубл. 27.07.2004 г.), в котором использован дальний ИК диапазон, однако наблюдение в этом ИК диапазоне, несмотря на введение псевдоцветов, не позволяет эффективно распознавать форму наблюдаемых объектов.

В работе авторов М.А. Бондаренко, А.В. Бондаренко «Формирование изображений в мультиспектральной системе для визуального и автоматического неразрушающего контроля», («Успехи прикладной физики» 2018 г., том 6, №4, стр. 325) приведено описание комплексирования изображений видимого и ИК диапазонов.

Такое комплексирование искажает цвета в предъявляемом для анализа изображении видимого диапазона и усложняет выделение контуров, то есть, формы наблюдаемых объектов.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является «Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений», (Патент РФ №2546982, H04N 7/18, опубл. 10.12.2014 г., бюл. №34).

Известный способ включает регистрацию лучистого потока, его расщепление на два идентичных потока и их пропускание через два широкополосных оптических фильтра, преобразование лучистых потоков в видеосигналы, первого в видимом участке спектра от 0,38 до 0,76 мкм, второго от 0,38 до 2,5 мкм, образование третьего канала, охватывающего тепловой участок спектра от 3 до 5 мкм и от 8 до 12 мкм, после чего сигналы обрабатывают и выполняют последовательное отображение на мониторе для визуального восприятия.

Недостатками известного способа-прототипа являются широкий диапазон видимого участка спектра от 0,38 до 2,5 мкм, наличие теплового участка спектра и последовательное отображение сигналов на мониторе, что не позволяет эффективно выявлять форму и сравнивать цвет объектов для поиска замаскированных объектов.

Признаки заявляемого способа, совпадающие с признаками прототипа:

- лучистые потоки видимого и ближнего ИК диапазонов преобразуются в видеосигналы;

- видимый диапазон и ближний ИК диапазон перекрываются. Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение привычного для системы глаз-мозг сравнительного анализа наблюдаемых в поле зрения объектов по их форме и цвету для повышения дальности и эффективности, в смысле быстроты и достоверности выявления замаскированных объектов.

Технический результат состоит в повышении эффективности поиска замаскированных, находящихся в поле зрения объектов в реальном масштабе времени.

Это достигается тем, что способ формирования и отображения телевизионных изображений в видимой и ближней инфракрасной области спектра, включающий преобразование лучистых потоков видимого и ближнего инфракрасного диапазонов в видеосигналы RGB видимой области спектра и видеосигналы ближней инфракрасной области спектра с перекрытием, отличается тем, что RG*B* телевизионные сигналы виртуальной цветной камеры ближнего инфракрасного диапазона образуют сигналами двух монохромных телевизионных камер и сигналом R камеры видимого диапазона, при этом сигналу, ближнему по длине волны к R, присваивают зеленый цвет G*, другому - синий цвет В*, устанавливают баланс белого в камерах видимого и виртуальной камере ближнего инфракрасного диапазонов, запоминают соотношение амплитуд RG*B* сигналов для ближней инфракрасной области при балансе белого и поддерживают это соотношение до очередного установления баланса белого, изображение видимой области спектра отображают на мониторе, изображение ближней инфракрасной области спектра отображают в окне интереса на этом же мониторе без взаимодействия с изображением видимой области спектра.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется графическими чертежами, где:

на фиг. 1 изображены поддиапазоны и их возможные центральные частоты;

на фиг. 2 показана блок схема формирования и отображения мультиспектральных сигналов видимого и ближнего ИК диапазонов.

Предлагаемый способ реализуется цветной телевизионной камерой видимого диапазона и двумя монохромными ИК камерами (фиг. 2). Отображаются сигналы на мониторе как показано на фиг. 2.

Изображения видимого диапазона отличаются от изображений тех же объектов в ближнем ИК диапазоне, и, несмотря на значительную корреляцию формы наблюдаемых объектов с формой тех же объектов видимого диапазона, требуют подготовки оператора для эффективного демаскирования замаскированных объектов. Известны попытки решить эту проблему наложением одного изображения на другое, однако это эффективность демаскирования не повышает, особенно при необходимости быстрого принятия решений в реальном масштабе времени. Произвольное раскрашивание и комплексирование изображений перегружает оператора цветными деталями, цвет которых далек от привычного, и также не повышает эффективности демаскирования формы.

Предлагаемый способ усиливает корреляцию между изображениями видимого и ближнего ИК диапазонов использованием общего сигнала R, вводит понятие виртуальной камеры ближнего ИК диапазона с зеркальным отображением псевдоцветов этого диапазона на цвета видимого диапазона, и с целью обеспечить постоянство этого отображения для разной аппаратурной реализации и разных операторов, вводит операцию баланса белого для виртуальной камеры ближнего ИК диапазона по аналогии с камерой видимого диапазона. Для переключения внимания с изображения видимого на ближний ИК диапазон, быстро, без потери внимания и ориентации в наблюдаемом пространстве введено отображение сигнала виртуальной ИК камеры в окне интереса изображения цветной камеры видимого диапазона. Мгновенное включение окна интереса позволяет за счет инерционных свойств глаза сравнивать и наблюдать различие между изображениями двух диапазонов, выявляя форму и цвет замаскированных объектов.

Таким образом, наряду с расширением спектрального диапазона наблюдения (видимый плюс ближний ИК диапазоны), предлагаемые способом операции повышают эффективность поиска замаскированных объектов в реальном масштабе времени, то есть решают поставленную задачу.

Промышленная реализация способа может быть выполнена с использованием выпускаемых цветных и черно белых телевизионных камер с кремниевыми КМОП фотоприемными матрицами, интерференционными фильтрами и стандартными мониторами. При необходимости формируемые сигналы изображений могут быть использованы для анализа и демаскирования обучаемыми алгоритмами, а также для кодирования и передачи по линиям связи.

Изобретение относится к обработке телевизионных изображений. Техническим результатом является повышение качества наблюдаемого изображения. Результат достигается тем, что RG*B* телевизионные сигналы виртуальной цветной камеры ближнего инфракрасного диапазона образуют сигналами двух монохромных телевизионных камер и сигналом R камеры видимого диапазона, при этом сигналу, ближнему по длине волны к R, присваивают зеленый цвет G*, другому - синий цвет В*, устанавливают баланс белого в камерах видимого и виртуальной камере ближнего инфракрасного диапазонов, запоминают соотношение амплитуд RG*B* сигналов для ближней инфракрасной области при балансе белого и поддерживают это соотношение до очередного установления баланса белого, изображение видимой области спектра отображают на мониторе, изображение ближней инфракрасной области спектра отображают в окне интереса на этом же мониторе без взаимодействия с изображением видимой области спектра, что позволяет повысить эффективность поиска замаскированных, находящихся в поле зрения объектов в реальном масштабе времени. 2 ил.

Способ формирования и отображения телевизионных изображений в видимой и ближней инфракрасной области спектра, включающий преобразование лучистых потоков видимого и ближнего инфракрасного диапазонов в видеосигналы RGB видимой области спектра и видеосигналы ближней инфракрасной области спектра с перекрытием, отличающийся тем, что RG*B* телевизионные сигналы виртуальной цветной камеры ближнего инфракрасного диапазона образуют сигналами двух монохромных телевизионных камер и сигналом R камеры видимого диапазона, при этом сигналу, ближнему по длине волны к R, присваивают зеленый цвет G*, другому - синий цвет В*, устанавливают баланс белого в камерах видимого и виртуальной камере ближнего инфракрасного диапазонов, запоминают соотношение амплитуд RG*B* сигналов для ближней инфракрасной области при балансе белого и поддерживают это соотношение до очередного установления баланса белого, изображение видимой области спектра отображают на мониторе, изображение ближней инфракрасной области спектра отображают в окне интереса на этом же мониторе без взаимодействия с изображением видимой области спектра.