ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЦЕНИВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ ЦИФРОВЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ Российский патент 2024 года по МПК G01M11/02 G06V20/17 

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для квалиметрии цифровых оптико-электронных систем (ЦОЭС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) при проведении летных испытаний ЦОЭС ДЗЗ.

Из уровня техники известны способы квалиметрии ЦОЭС ДЗЗ и авиационных ЦОЭС, заключающиеся в определении функции передачи модуляции (ФПМ) по результатам проведения летных экспериментов (патенты на изобретение RU 2789602, RU 2789603, RU 2789604). Способы предусматривают размещение на земле штриховых мир видимого диапазона, выполнение летных экспериментов (ЛЭ) по аэросъемке штриховых мир при априорно заданных значениях высоты и курса полета летательного аппарата (ЛА), оборудованного ЦОЭС, затем дешифрирование полученных изображений операторами-дешифровщиками с вычислением численных значений пространственных частот и контрастов изображений для каждой распознанной группы штриховых мир, вычисление коэффициентов передачи модуляции для каждой пространственной частоты как отношение полученных контрастов изображений к фактическому модуляционному контрасту штриховых мир, далее построение графика ФПМ в виде графической зависимости коэффициента передачи модуляции от пространственной частоты и определение аналитического вида ФПМ в форме эмпирической зависимости, аппроксимирующей построенный график ФПМ экспоненциальной функцией с использованием метода наименьших квадратов. Недостатками указанных способов является то, что они требуют проведение значительного количества ЛЭ и, в силу ограниченных возможностей, не предусматривают получение оценок линейного разрешения на местности (ЛРМ).

Наиболее близким аналогом является способ квалиметрии ЦОЭС ДЗЗ, предусматривающий оценивание ЛРМ ЦОЭС ДЗЗ с использованием адаптивного показателя порогового контраста (патент на изобретение RU №2809922), в соответствии с которым строится график экспериментальной ФПМ путем реализации известного способа определения функции передачи модуляции ЦОЭС ДЗЗ (патент RU №2789604) и по графику определяется адаптивный показатель порогового контраста (АППК) как значение ФПМ, равное значению ординаты точки на графике экспериментальной ФПМ, абсцисса которой равна значению пространственной частоты, соответствующего значению ЛРМ, найденного по результатам дешифрирования операторами-дешифровщиками изображений штриховых мир, по которым построен график экспериментальной ФПМ, далее рассчитанный АППК применяется для оценивания ЛРМ без выполнения полетов с помощью модели ЦОЭС ДЗЗ, представляющей аналитическое выражение ФПМ, равное произведению ФПМ отдельных звеньев ЦОЭС ДЗЗ (атмосферы, объектива, системы фокусировки, сдвига и вибраций, фоточувствительной матрицы, электронного тракта, устройства визуализации изображений, зрительного анализатора), для чего рассчитывается ФПМ с помощью модели ЦОЭС ДЗЗ, строится график рассчитанной ФПМ, на котором выбирается точка, ордината которой равна значению АППК, далее определяется пространственная частота как абсцисса выбранной точки, затем осуществляется пересчет полученного значения пространственной частоты в значение ЛРМ. Недостатком этого технического решения является недостаточная точность получаемых расчетных оценок ЛРМ, поскольку для их вычисления используется модель ЦОЭС ДЗЗ, в которой допущены условности и ограничения.

Технической задачей заявляемого изобретения является развитие способов оценивания ЛРМ при проведении испытаний или квалиметрии ЦОЭС ДЗЗ.

Решение технической задачи достигается за счет того, что определяют испытательные конфигурации для j-й высоты полета, где - количество высот полета, в которых необходимо выполнить оценивание линейного разрешения на местности, для чего выбирают параметры цифровой оптико-электронной системы а, b, с, z, имеющие диапазоны их изменения в соответствии с требованиями тактико-технического (технического) задания и/или обусловленные конструктивными возможностями цифровой оптико-электронной системы, где а, b, с, z - условные обозначения параметров цифровой оптико-электронной системы, имеющих диапазоны их изменения: далее из заданных диапазонов изменения выбирают значения параметров в начале середине и конце диапазонов их изменения, затем составляют испытательные конфигурации, представляющие собой все возможные комбинации элементов множеств таким образом, чтобы в комбинации присутствовали только один элемент из каждого множества где s_r - обозначение испытательной конфигурации; S - количество испытательных конфигураций; r - номер испытательной конфигурации; N - количество параметров цифровой оптико-электронной системы, имеющих диапазоны изменений их значений; [⋅] - символ, принимающий обозначение min, med, max в зависимости от текущей комбинации сочетаний элементов множеств

выбирают испытательную конфигурацию, в которой параметры цифровой оптико-электронной системы имеют значения, характеризующие наиболее сложные условия ее функционирования на борту летательного аппарата, и присваивают ей обозначение s';

определяют для каждой j-й высоты полета экспериментальную функцию передачи модуляции в условиях испытательной конфигурации s' для чего размещают на земле штриховую миру видимого диапазона заданного контраста; выполняют полет по аэросъемке штриховой миры на каждой j-й высоте полета в условиях испытательной конфигурации s', по результатам которого получают на каждой j-й высоте полета не менее 20 цифровых аэроснимков, полученных при угловых колебаниях летательного аппарата, не превышающих допустимые значения, с расположением штриховой миры в центре аэроснимка или удаленных от центра в направлении горизонтальной и вертикальной стороны аэроснимка на расстояния, не превышающие 20% поперечного и продольного размера аэроснимка, соответственно; в процессе полета производят с помощью системы бортовых измерений регистрацию параметров работы цифровой оптико-электронной системы в полете: высоты и скорости аэросъемки, режима аэросъемки, температуры и атмосферного давления в местах размещения цифровой оптико-электронной системы на борту летательного аппарата, амплитуды колебаний оптической оси, диаметра входного зрачка, диафрагменного числа, относительного отверстия, фокусного расстояния, поля зрения, времени выдержки, числа светочувствительности, с помощью средств измерения метеорологических характеристик производят наземные измерения параметров атмосферы: температуры, относительной влажности, атмосферного давления, скорости ветра, метеорологической дальности видимости, естественной освещенности, и с помощью яркомера производят наземные измерения фактического модуляционного контраста штриховой миры; далее воспроизводят полученные цифровые аэроснимки на цифровом устройстве визуализации изображений автоматизированного рабочего места дешифрирования и с помощью специального программного обеспечения автоматизированного рабочего места дешифрирования Топаз Лабе, AVCLabs Photo Enhancer AI, Adobe Express, Adobe Photoshop выполняют цифровую обработку с целью визуального улучшения качества изображения: контрастирование, яркостную и гистограммную обработку, соляризацию, яркостной срез, масштабирование, поворот, сдвиг изображения; после этого выполняют не менее чем тремя операторами-дешифровщиками дешифрирование обработанных изображений, в результате чего находят распознанные группы штриховой миры, в которых штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине так, что визуально воспринимается разница в уровне серого тона между каждым светлым штрихом и соседними с ним темными штрихами; в процессе цифровой обработки и дешифрирования изображений производят измерения параметров цифрового устройства визуализации и цифровой обработки изображений: яркости монитора, расстояния от оператора-дешифровщика до монитора, электронное увеличение изображения, уровень яркостей пикселей изображения, коэффициенты контрастирования, параметры маски; далее вычисляют численные значения пространственных частот и контрастов изображений для каждой распознанной группы штриховой миры и рассчитывают коэффициенты передачи модуляции для каждой пространственной частоты как отношение рассчитанных контрастов изображений к фактическому модуляционному контрасту штриховой миры; затем строят для каждой j-й высоты полета график экспериментальной функции передачи модуляции в виде графической зависимости коэффициентов передачи модуляции от пространственных частот и определяют для каждой j-й высоты полета аналитическое выражение экспериментальной функции передачи модуляции в форме эмпирической зависимости, аппроксимирующей построенный график экспериментальной функции передачи модуляции экспоненциальной функцией вида с учетом определения наилучших значений параметров аппроксимации А и В методом наименьших квадратов где - аппроксимированная экспериментальная функции передачи модуляции для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s'; - значения параметров аппроксимации графика экспериментальной функции передачи модуляции v - пространственная частота, мм^-1;

составляют общее аналитическое выражение функции передачи модуляции цифровой оптико-электронной системы, равное произведению функций передачи модуляции отдельных звеньев цифровой оптико-электронной системы: атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации изображений, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций: - функции передачи модуляции атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций, соответственно;

рассчитывают функцию передачи модуляции для каждой j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s' с помощью выражения для расчета в соответствии с выражением: где - эмпирическая зависимость расчетной функции передачи модуляции для j-й высоты полета, полученная в результате аппроксимации графика расчетной функции передачи модуляции построенного по точкам с координатами с использованием экспоненциальной функцией вида и определения наилучших значений параметров аппроксимации методом наименьших квадратов; - значения параметров аппроксимации графика расчетной функции передачи модуляции - расчетная функция передачи модуляции для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s', полученная в результате подстановки в выражение значений конструктивных параметров цифровой оптико-электронной системы, а также результатов бортовых и наземных измерений, полученных в процессе аэросъемки штриховой миры на j-й высоте полета и дешифрирования полученных аэроснимков на автоматизированном рабочем месте дешифрирования; - значение расчетной функции передачи модуляции, рассчитанное в результате подстановки q-го значения пространенвенной частоты v_q в выражение - значение пространственной частоты, при котором определяют для каждой j-й высоты полета корректирующий коэффициент в соответствии с выражением:

составляют для каждой j-й высоты полета общее аналитическое выражение функции передачи модуляции с учетом рассчитанного корректирующего коэффициента в соответствии с выражением:

строят для каждой j-й высоты полета графики корректированных функций передачи модуляции для испытательных конфигураций причем по точкам с координатами соответственно, где - значения функций передачи модуляции, рассчитанные в результате подстановки в выражение значений параметров цифровой оптико-электронной системы, полета и атмосферы, характеризующих испытательные конфигурации и q-го значения пространственной частоты - значение пространственной частоты, при котором

находят адаптивный показатель порогового контраста для каждой j-й высоты полета для чего определяют экспериментальное значение линейного разрешения на местности для каждой j-й высоты полета как среднее арифметическое оценок линейного разрешения на местности, полученных не менее чем тремя операторами-дешифровщиками в результате дешифрирования изображений штриховой миры, полученных при выполнении полета, в соответствии с выражением: где - экспериментальное значение линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, м; - оценка линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, сделанная k-м оператором-дешифровщиком по i-му изображению штриховой миры, м; n - количество изображений штриховой миры, подвергнутых дешифрированию; m - количество операторов-дешифровщиков; и далее определяют адаптивный показатель порогового контраста для каждой j-й высоты полета в виде значения ординаты точки на графике экспериментальной функции передачи модуляции абсцисса которой равна значению пространственной частоты рассчитанному в соответствии с выражением: где - пространственная частота, соответствующая экспериментальному значению линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, 1/мм; ƒ' - фокусное расстояние объектива цифровой оптико-электронной системы, мм; H_j - j-я высота аэросъемки при выполнении полета, по результатам которого определена экспериментальная функция передачи модуляции

вычисляют для каждой j-й высоты полета значения линейного разрешения на местности для испытательных конфигураций соответственно, причем без выполнения полетов в этих конфигурациях, используя построенные графики функций передачи модуляции и полученные значения адаптивного показателя порогового контраста в соответствии с выражениями: где - значения пространственных частот, равные значениям абсцисс точек на графиках функций передачи модуляции ординаты которых равны значениям адаптивного показателя порогового контраста соответственно.

Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявляемого изобретения, состоит в повышении точности оценивания ЛРМ за счет учета значений параметров ЦОЭС и атмосферы, измеренных в процессе аэросъемки штриховой миры, и значений параметров дешифрирования, измеренных в процессе дешифрирования операторами-дешифровщиками аэроснимков штриховой миры.

Реализация заявленного изобретения иллюстрируется фигурами:

Фигура 1 - Фрагмент аэроснимка с изображением штриховой миры, сделанного ЦАФС при выполнении полета.

Фигура 2 - Графики экспериментальной ФПМ ЦАФС: сплошной линией - экспериментальная ФПМ пунктирной линией - аппроксимированная экспериментальная ФПМ

Фигура 3 - Графики расчетной ФПМ ЦАФС: сплошной линией -расчетная ФПМ пунктирной линией - аппроксимированная расчетная ФПМ

Сущность изобретения заключается в следующей последовательности операций.

1. Определить испытательные конфигурации для j-й высоты полета, где - количество высот полета, в которых необходимо выполнить оценку ЛРМ, для чего:

выбрать параметры ЦОЭС имеющие диапазоны их изменения в соответствии с требованиями ТТЗ (ТЗ) и/или обусловленные конструктивными возможностями ЦОЭС, где - условные обозначения параметров ЦОЭС, имеющих диапазоны их изменения:

из заданных диапазонов изменения выбрать значения параметров ЦОЭС в начале середине и конце диапазонов их изменения; составить испытательные конфигурации, представляющие собой все возможные комбинации элементов множеств таким образом, чтобы в комбинации присутствовали только один элемент из каждого множества:

где S_r - обозначение испытательной конфигурации; S - количество испытательных конфигураций; r - номер испытательной конфигурации; N -количество параметров ЦОЭС, имеющих диапазоны изменений их значений; [⋅] - символ, принимающий обозначение min, med, max в зависимости от текущей комбинации сочетаний элементов множеств

2. Выбрать испытательную конфигурацию, в которой параметры ЦОЭС имеют значения, характеризующие наиболее сложные условия функционирования ЦОЭС на борту летательного аппарата (ЛА), и присвоить ей обозначение s'.

3. Определить для каждой j-й высоты полета экспериментальную ФПМ в условиях испытательной конфигурации s' путем реализации известного способа (патент RU №2789604), для чего:

разместить на земле штриховую миру видимого диапазона заданного контраста;

выполнить полет по аэросъемке штриховой миры на каждой j-й высоте полета в условиях испытательной конфигурации s', по результатам которого получить на каждой j-й высоте полета не менее 20 цифровых аэроснимков, полученных при угловых колебаниях ЛА, не превышающих допустимые значения, с расположением штриховой миры в центре аэроснимка или удаленных от центра в направлении горизонтальной и вертикальной стороны аэроснимка на расстояния, не превышающие 20% поперечного и продольного размера аэроснимка, соответственно;

в процессе полета производить с помощью системы бортовых измерений регистрацию параметров работы цифровой оптико-электронной системы в полете: высоты и скорости аэросъемки, режима аэросъемки, температуры и атмосферного давления в местах размещения цифровой оптико-электронной системы на борту летательного аппарата, амплитуды колебаний оптической оси, диаметра входного зрачка, диафрагменного числа, относительного отверстия, фокусного расстояния, поля зрения, времени выдержки, числа светочувствительности, с помощью средств измерения метеорологических характеристик производить наземные измерения параметров атмосферы: температуры, относительной влажности, атмосферного давления, скорости ветра, метеорологической дальности видимости, естественной освещенности, и с помощью яркомера производить наземные измерения фактического модуляционного контраста штриховой миры;

воспроизвести полученные цифровые аэроснимки на цифровом устройстве визуализации изображений автоматизированного рабочего места (АРМ) дешифрирования;

с помощью специального программного обеспечения автоматизированного рабочего места дешифрирования ТопазЛабс, AVCLabs Photo Enhancer AI, Adobe Express, Adobe Photoshop выполнить цифровую обработку с целью визуального улучшения качества изображения: контрастирование, яркостную и гистограммную обработку, соляризацию, яркостной срез, масштабирование, поворот, сдвиг изображения, далее выполнить не менее, чем тремя операторами-дешифровщиками дешифрирование обработанных изображений, в результате чего найти распознанные группы штриховой миры, в которых штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине так, что визуально воспринимается разница в уровне серого тона между каждым светлым штрихом и соседними с ним темными штрихами; в процессе цифровой обработки и дешифрирования изображений производить измерения параметров цифрового устройства визуализации изображений и цифровой обработки изображений: яркости монитора, расстояния от оператора-дешифровщика до монитора, электронное увеличение изображения, уровень яркостей пикселей изображения, коэффициенты контрастирования, параметры маски;

вычислить численные значения пространственных частот и контрастов изображений для каждой распознанной группы штриховой миры и рассчитать коэффициенты передачи модуляции для каждой пространственной частоты как отношение рассчитанных контрастов изображений к фактическому модуляционному контрасту штриховой миры;

построить для каждой j-й высоты полета график экспериментальной ФПМ в виде графической зависимости коэффициентов передачи модуляции от пространственных частот;

определить для каждой j-й высоты полета аналитическое выражение экспериментальной ФПМ в форме эмпирической зависимости, аппроксимирующей построенный график ФПМ экспоненциальной функцией вида с учетом определения наилучших значений параметров аппроксимации А и В методом наименьших квадратов:

где - аппроксимированная экспериментальная ФПМ для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s'; - значения параметров аппроксимации графика экспериментальной ФПМ v - пространственная частота, мм^-1.

4. Составить общее аналитическое выражение ФПМ ЦОЭС равное произведению ФПМ отдельных звеньев ЦОЭС атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации изображений, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций [Торшина И.П. Компьютерное моделирование оптико-электронных систем первичной обработки информации. - М.: Университетская книга; Логос, 2009. - 248 с, Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы смотрящего типа. - М.: Логос, 2004. - 444 с.]:

где - функции передачи модуляции атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций, соответственно.

5. Рассчитать ФПМ для каждой j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s' с помощью выражения для расчета в соответствии с выражением:

где - эмпирическая зависимость расчетной ФПМ для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s', полученная в результате аппроксимации графика расчетной ФПМ построенного по точкам с координатами с использованием экспоненциальной функцией вида и определения наилучших значений параметров аппроксимации методом наименьших квадратов; - значения параметров аппроксимации графика расчетной ФПМ - расчетная ФПМ для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s', полученная в результате подстановки в выражение значений конструктивных параметров ЦОЭС ДЗЗ, а также результатов бортовых и наземных измерений, полученных в процессе аэросъемки штриховой миры на j-й высоте полета и дешифрирования полученных аэроснимков на АРМ дешифрирования; - значение расчетной ФПМ, рассчитанное в результате подстановки q-го значения пространственной частоты в выражение v_max - значение пространственной частоты, при котором

6. Определить для каждой j-й высоты полета корректирующий коэффициент в соответствии с выражением:

7. Составить для каждой j-й высоты полета общее аналитическое выражение ФПМ с учетом рассчитанного корректирующего коэффициента в соответствии с выражением:

8. Построить для каждой j-й высоты полета графики ФПМ для испытательных конфигураций причем по точкам с координатами соответственно, где - значения ФПМ, рассчитанные в результате подстановки в выражение значений параметров ЦОЭС, полета и атмосферы, характеризующих испытательные конфигурации и q-го значения пространственной частоты - значение пространственной частоты, при котором

8. Найти АППК для каждой j-й высоты полета путем реализации известного способа (патент RU №2809922), для чего:

определить экспериментальное значение ЛРМ для каждой j-й высоты полета как среднее арифметическое оценок ЛРМ, полученных не менее чем тремя операторами-дешифровщиками в результате дешифрирования изображений штриховой миры, полученных при выполнении полета, в соответствии с выражением:

где - экспериментальное значение ЛРМ для j-й высоты полета, м; - оценка ЛРМ для j-й высоты полета, сделанная k-м оператором-дешифровщиком по i-му изображению штриховой миры, м; n - количество изображений штриховой миры, подвергнутых дешифрированию; m - количество операторов-дешифровщиков;

определить АППК для каждой j-й высоты полета в виде значения ординаты точки на графике экспериментальной ФПМ абсцисса которой равна значению пространственной частоты рассчитанному в соответствии с выражением:

где - пространственная частота, соответствующая экспериментальному значению ЛРМ для j-й высоты полета, 1/мм; 'ƒ' - фокусное расстояние объектива ЦОЭС, мм; H_j - j-я высота аэросъемки при выполнении полета, по результатам которого определена экспериментальная ФПМ м.

9. Вычислить для каждой j-й высоты полета значения ЛРМ для испытательных конфигураций соответственно, причем без выполнения полетов в этих конфигурациях, используя построенные графики ФПМ и полученные АППК в соответствии с выражениями:

где - значения пространственных частот, равные значениям абсцисс точек на графиках корректированных расчетных ФПМ ординаты которых равны значениям АППК соответственно.

Технический результат, достигаемый совокупностью признаков заявляемого изобретения, состоит в повышении точности оценивания ЛРМ за счет учета значений параметров ЦОЭС и атмосферы, измеренных в процессе аэросъемки штриховой миры, и значений параметров дешифрирования, измеренных в процессе дешифрирования операторами-дешифровщиками аэроснимков штриховой миры.

Пример 1. Эффект от заявленного способа подтвержден при проведении летных испытаний цифровой аэрофотосистемы (ЦАФС), установленной на борту летательного аппарата (ЛА).

Требуется оценить ЛРМ ЦАФС для высоты полета ЛА Н₀ при скоростях полета БЛА выдержках ЦАФС и фокусном расстоянии ЦАФС

В результате реализации заявленного способа:

1. Составлены испытательные конфигурации, исходя из того, что количество параметров ЦАФС, имеющих диапазоны, N=2, следовательно, число испытательных конфигураций откуда следуют следующие испытательные конфигурации:

2. Испытательной конфигурацией, в которой параметры ЦАФС имеют значения, характеризующие наиболее сложные условия функционирования ЦАФС, является конфигурация следовательно, ей присвоено обозначение

3. Выполнен один полет по аэросъемке штриховой миры на высоте Н₀ в условиях испытательной конфигурации в результате которого получены аэроснимки с изображениями штриховой миры (фигура 1), на основе которых построен график экспериментальной ФПМ ЦАФС (фигура 2) и далее получено аналитическое выражение аппроксимированной экспериментальной ФПМ ЦАФС:

4. Составлено общее аналитическое выражение ФПМ ЦАФС равное произведению ФПМ отдельных звеньев ЦАФС:

где - ФПМ атмосферы; - ФПМ факторов полета (расфокусировка, сдвиги и вибрации); - ФПМ объектива; - ФПМ светочувствительной матрицы; - ФПМ электронного тракта; - ФПМ цифрового устройства визуализации; - ФПМ цифровой обработки изображений; - ФПМ дешифровщика.

5. Рассчитана ФПМ ЦАФС в условиях выполненного полета в испытательной конфигурации путем аппроксимации графика расчетной ФПМ ЦАФС построенного в результате подстановки в выражение значений параметров ЦАФС, результатов бортовых и наземных измерений, полученных в процессе полета и дешифрирования аэроснимков, а также значений пространственных частот 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 1/мм:

6. Определен корректирующий коэффициент k(v):

7. Составлено общее аналитическое выражение ФПМ ЦАФС с учетом рассчитанного корректирующего коэффициента:

8. Построены графики корректированных ФПМ для испытательных конфигураций соответственно, путем подстановки в выражение значений параметров ЦАФС, полета и атмосферы, характеризующих испытательные конфигурации а также значений пространственных частот 0, 20, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160, 180, 200 1/мм.

9. Найден АППК путем определения ЛРМ ЦАФС операторами-дешифровщиками по результатам дешифрирования изображений штриховой миры (фигура 1), пересчета полученного значения ЛРМ в значение пространственной частоты 1/мм и далее определения АППК

как значения ординаты точки на графике экспериментальной ФПМ | (фигура 2), абсцисса которой равна значению

10. Вычислены значения ЛРМ ЦАФС для испытательных конфигураций соответственно, без выполнения полетов, путем пересчета значений пространственных частот, соответствующих абсциссам точек на графиках корректированных расчетных ФПМ ЦАФС (фигура 3), ординаты которых равны

Для проверки эффекта от реализации заявленного способа при проведении летных испытаний ЦАФС выполнено сравнение расчетных оценок ЛРМ по результатам реализации заявленного способа, расчетных оценок ЛРМ по результатам расчетов на модели ЦАФС без использования корректирующего коэффициента, и экспериментальных оценок ЛРМ по результатам летных экспериментов, полученных для идентичных условий заданных испытательных конфигураций. Результаты сравнения представлены в таблице 1.

Данные таблицы 1 показывают, что эффект от реализации заявленного способа состоит в повышении точности расчетно-экспериментальных оценок ЛРМ относительно расчетных оценок ЛРМ на 21,4%.

Изобретение относится к способам оценивания линейного разрешения на местности (ЛРМ) цифровых оптико-электронных систем (ЦОЭС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Сущность: определяют испытательные конфигурации, в которых необходимо выполнить оценивание ЛРМ. Выбирают одну из испытательных конфигураций и выполняют в ней аэросъемку местности, на которой расположена штриховая мира. При этом используют летательный аппарат, оборудованный ЦОЭС ДЗЗ. По результатам анализа изображений, полученных при выполнении полета, строят график экспериментальной функции передачи модуляции (ФПМ) и определяют ее аналитический вид в форме эмпирической зависимости, аппроксимирующей построенный график экспоненциальной функцией вида ƒ(х) = ехр(-(Ax)^B) с учетом определения наилучших значений параметров аппроксимации А и В методом наименьших квадратов. Составляют общее аналитическое выражение ФПМ ЦОЭС ДЗЗ, равное произведению ФПМ отдельных звеньев ЦОЭС ДЗЗ, на основании которого рассчитывают ФПМ для условий выполненного полета, далее приводимую к виду, аналогичному виду экспоненциальной функции ƒ(x) = exp(-(Ax)^B). Определяют корректирующий коэффициент как отношение полученных выражений экспериментальной ФПМ, полученной по результатам полета, и расчетной ФПМ, полученной из общего аналитического выражения ФПМ. Составляют общее аналитическое выражение ФПМ с учетом рассчитанного корректирующего коэффициента, на основании которого строят графики корректированных ФПМ для заданных испытательных конфигураций. Определяют экспериментальное значение ЛРМ по результатам дешифрирования операторами-дешифровщиками изображений штриховой миры, полученных при выполнении полета. Определяют адаптивный показатель порогового контраста (АППК) в виде значения ординаты точки на графике экспериментальной ФПМ, абсцисса которой равна значению пространственной частоты, соответствующего найденному значению ЛПМ. Далее вычисляют значения ЛРМ для заданных испытательных конфигураций без выполнения полетов, используя построенные графики корректированных расчетных ФПМ и полученные значения АППК. Технический результат: повышение точности оценивания ЛРМ при проведении расчетов. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Экспериментально-теоретический способ оценивания линейного разрешения на местности цифровых оптико-электронных систем дистанционного зондирования Земли, характеризующийся тем, что

определяют испытательные конфигурации для j-й высоты полета, где j = 1, …, J, J - количество высот полета, в которых необходимо выполнить оценивание линейного разрешения на местности, для чего выбирают параметры цифровой оптико-электронной системы a, b, c, …, z, имеющие диапазоны их изменения в соответствии с требованиями тактико-технического или технического задания и/или обусловленные конструктивными возможностями цифровой оптико-электронной системы, где a, b, c, …, z - условные обозначения параметров цифровой оптико-электронной системы, имеющих диапазоны их изменения: a ∈ [a_min;a_max], b ∈ [b_min;b_max], c ∈ [c_min;c_max], …, z ∈ [z_min; z_max], далее из заданных диапазонов изменения выбирают значения параметров в начале {a_max, b_max, c_max, …, z_max}, середине {a_med, b_med, c_med, …, z_med} и конце {a_min, b_min, c_min, …, z_min} диапазонов их изменения, затем составляют испытательные конфигурации, представляющие собой все возможные комбинации элементов множеств {a_max, b_max, c_max, …, z_max}, {a_med, b_med, c_med, …, z_med}, {a_min, b_min, c_min, …, z_min} таким образом, чтобы в комбинации присутствовал только один элемент из каждого множества s_r={a_[⋅], b_[⋅], c_[⋅], …, z_[⋅]}, r = 1, …, S, S=3^N, где s_r - обозначение испытательной конфигурации; S - количество испытательных конфигураций; r - номер испытательной конфигурации; N - количество параметров цифровой оптико-электронной системы, имеющих диапазоны изменений их значений; [⋅] - символ, принимающий обозначение min, med, max в зависимости от текущей комбинации сочетаний элементов множеств {a_max, b_max, c_max, …, z_max}, {a_med, b_med, c_med, …, z_med}, {a_min, b_min, c_min, …, z_min};

выбирают испытательную конфигурацию, в которой параметры цифровой оптико-электронной системы имеют значения, характеризующие наиболее сложные условия ее функционирования на борту летательного аппарата, и присваивают ей обозначение s';

определяют для каждой j-й высоты полета экспериментальную функцию передачи модуляции в условиях испытательной конфигурации s', для чего размещают на земле штриховую миру видимого диапазона заданного контраста; выполняют полет по аэросъемке штриховой миры на каждой j-й высоте полета в условиях испытательной конфигурации s', по результатам которого получают на каждой j-й высоте полета не менее 20 цифровых аэроснимков, полученных при угловых колебаниях летательного аппарата, не превышающих допустимые значения, с расположением штриховой миры в центре аэроснимка, или удаленных от центра в направлении горизонтальной и вертикальной стороны аэроснимка на расстояния, не превышающие 20% поперечного и продольного размера аэроснимка, соответственно; в процессе полета производят с помощью системы бортовых измерений регистрацию параметров работы цифровой оптико-электронной системы в полете: высоты и скорости аэросъемки, режима аэросъемки, температуры и атмосферного давления в местах размещения цифровой оптико-электронной системы на борту летательного аппарата, амплитуды колебаний оптической оси, диаметра входного зрачка, диафрагменного числа, относительного отверстия, фокусного расстояния, поля зрения, времени выдержки, числа светочувствительности, с помощью средств измерения метеорологических характеристик производят наземные измерения параметров атмосферы: температуры, относительной влажности, атмосферного давления, скорости ветра, метеорологической дальности видимости, естественной освещенности, и с помощью яркомера производят наземные измерения фактического модуляционного контраста штриховой миры; далее воспроизводят полученные цифровые аэроснимки на цифровом устройстве визуализации изображений автоматизированного рабочего места дешифрирования и с помощью специального программного обеспечения автоматизированного рабочего места дешифрирования ТопазЛабс, AVCLabs Photo Enhancer AI, Adobe Express, Adobe Photoshop выполняют цифровую обработку с целью визуального улучшения качества изображения: контрастирование, яркостную и гистограммную обработку, соляризацию, яркостной срез, масштабирование, поворот, сдвиг изображения; после этого выполняют не менее чем тремя операторами-дешифровщиками дешифрирование обработанных изображений, в результате чего находят распознанные группы штриховой миры, в которых штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине так, что визуально воспринимается разница в уровне серого тона между каждым светлым штрихом и соседними с ним темными штрихами; в процессе цифровой обработки и дешифрирования изображений производят измерения параметров цифрового устройства визуализации и цифровой обработки изображений: яркости монитора, расстояния от оператора-дешифровщика до монитора, электронного увеличения изображения, уровеня яркостей пикселей изображения, коэффициентов контрастирования, параметров маски; далее вычисляют численные значения пространственных частот и контрастов изображений для каждой распознанной группы штриховой миры и рассчитывают коэффициенты передачи модуляции для каждой пространственной частоты как отношение рассчитанных контрастов изображений к фактическому модуляционному контрасту штриховой миры; затем строят для каждой j-й высоты полета график экспериментальной функции передачи модуляции W_{exp j s'}(v) в виде графической зависимости коэффициентов передачи модуляции от пространственных частот и определяют для каждой j-й высоты полета аналитическое выражение экспериментальной функции передачи модуляции в форме эмпирической зависимости, аппроксимирующей построенный график экспериментальной функции передачи модуляции экспоненциальной функцией вида ƒ(х) = ехр(-(Ах)^B) с учетом определения наилучших значений параметров аппроксимации А и В методом наименьших квадратов где - аппроксимированная экспериментальная функции передачи модуляции для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s'; - значения параметров аппроксимации графика экспериментальной функции передачи модуляции v - пространственная частота, мм^-1;

составляют общее аналитическое выражение функции передачи модуляции цифровой оптико-электронной системы, равное произведению функций передачи модуляции отдельных звеньев цифровой оптико-электронной системы: атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации изображений, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций: - функции передачи модуляции атмосферы, объектива, светочувствительной матрицы, электронного тракта, цифрового устройства визуализации, цифровой обработки изображений, дешифровщика, факторов полета - расфокусировки, сдвигов и вибраций, соответственно;

рассчитывают функцию передачи модуляции для каждой j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s' с помощью выражения для расчета W_an(v) в соответствии с выражением: где - эмпирическая зависимость расчетной функции передачи модуляции для j-й высоты полета, полученная в результате аппроксимации графика расчетной функции передачи модуляции построенного по точкам с координатами с использованием экспоненциальной функцией вида ƒ(x) = exp{-(Ax)^B) и определения наилучших значений параметров аппроксимации методом наименьших квадратов; A_{an j} и B_{an j} - значения параметров аппроксимации графика расчетной функции передачи модуляции - расчетная функция передачи модуляции для j-й высоты полета в условиях выполненного летного эксперимента в испытательной конфигурации s', полученная в результате подстановки в выражение W_an(v) значений конструктивных параметров цифровой оптико-электронной системы, а также результатов бортовых и наземных измерений, полученных в процессе аэросъемки штриховой миры на j-й высоте полета и дешифрирования полученных аэроснимков на автоматизированном рабочем месте дешифрирования; - значение расчетной функции передачи модуляции, рассчитанное в результате подстановки q-го значения пространственной частоты v_q в выражение v_q ∈ [0; v_max], v_max - значение пространственной частоты, при котором

определяют для каждой j-й высоты полета корректирующий коэффициент k_j(v) в соответствии с выражением:

составляют для каждой j-й высоты полета общее аналитическое выражение функции передачи модуляции с учетом рассчитанного корректирующего коэффициента в соответствии с выражением:

строят для каждой j-й высоты полета графики корректированных функций передачи модуляции для испытательных конфигураций причем по точкам с координатами соответственно, где - значения функций передачи модуляции, рассчитанные в результате подстановки в выражение значений параметров цифровой оптико-электронной системы, полета и атмосферы, характеризующих испытательные конфигурации и q-го значения пространственной частоты v_q; v_max - значение пространственной частоты, при котором

находят адаптивный показатель порогового контраста для каждой j-й высоты полета для чего определяют экспериментальное значение линейного разрешения на местности для каждой j-й высоты полета как среднее арифметическое оценок линейного разрешения на местности, полученных не менее чем тремя операторами-дешифровщиками в результате дешифрирования изображений штриховой миры, полученных при выполнении полета, в соответствии с выражением: где - экспериментальное значение линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, м; - оценка линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, сделанная k-м оператором-дешифровщиком по i-му изображению штриховой миры, м; i = 1, …, n; k=1, …, m; n - количество изображений штриховой миры, подвергнутых дешифрированию; m - количество операторов-дешифровщиков; и далее определяют адаптивный показатель порогового контраста для каждой j-й высоты полета в виде значения ординаты точки на графике экспериментальной функции передачи модуляции абсцисса которой равна значению пространственной частоты рассчитанному в соответствии с выражением: где - пространственная частота, соответствующая экспериментальному значению линейного разрешения на местности для j-й высоты полета, 1/мм; ƒ' - фокусное расстояние объектива цифровой оптико-электронной системы, мм; H_j - j-я высота аэросъемки при выполнении полета, по результатам которого определена экспериментальная функция передачи модуляции м;

вычисляют для каждой j-й высоты полета значения линейного разрешения на местности для испытательных конфигураций соответственно, причем без выполнения полетов в этих конфигурациях, используя построенные графики функций передачи модуляции и полученные значения адаптивного показателя порогового контраста в соответствии с выражениями: где - значения пространственных частот, равные значениям абсцисс точек на графиках функций передачи модуляции ординаты которых равны значениям адаптивного показателя порогового контраста соответственно.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при выполнении полета на аэросъемку штриховой миры производят бортовые измерения параметров работы цифровой оптико-электронной системы с помощью системы бортовых измерений: высоты и скорости аэросъемки, режима аэросъемки, температуры и атмосферного давления в местах размещения цифровой оптико-электронной системы на борту летательного аппарата, амплитуды колебаний оптической оси, диаметра входного зрачка, диафрагменного числа, относительного отверстия, фокусного расстояния, поля зрения, времени выдержки, числа светочувствительности, наземные измерения параметров атмосферы с помощью средств измерения метеорологических характеристик: температуры, относительной влажности, атмосферного давления, скорости ветра, метеорологической дальности видимости, естественной освещенности, и наземные измерения фактического модуляционного контраста штриховой миры с помощью яркомера.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе цифровой обработки изображений и дешифрирования производят измерения параметров цифрового устройства визуализации и цифровой обработки изображений: яркости монитора, расстояния от оператора-дешифровщика до монитора, электронное увеличение изображения, уровень яркостей пикселей изображения, коэффициенты контрастирования, параметры маски.