Способ контроля качества изображения и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01J1/42 

Изобретение относится к измерениям характеристик изображений и может быть использовано для контроля качества изображения, формируемого визуальными оптико-электронными системами ,

Целью изобретения является повышение точности контроля качества изображения путем учета влияния на качество изображения аддитивных шумов оптико-электронного тракта изображающей системы, а также пространственного и временного интегрирования изображения, осуществляемых зрительным анализатором оператора.

На чертеже представлено реализующее способ устройство.

Устройство состоит из осветителя, включающего в себя, например, источник 1 излучения, конденсатор 2 и матовый рассеиватель 3,тест-объ- екта 4, работающего на пропускание, испытуемой изображающей системы 5, проекдионной системы 6, анализатора 7 изображения, приемника 8 излучения, усилителя 9, временно го .фильтра 10 и регистрирующего устройства 1 I .

Осветитель обеспечивает равномерную по площади подсветку тест-объекта 4, выполненного в виде полупрозрачного транспаранта с синусоидальным распределением коэффициента пропускания. Изображающая система 5 формирует изображение тест-объекта, например, на телевизионном экране. Проекционная система 6 переносит изображение тест-объекта с экрана изображающей системы в плоскость анализатора 7 изображения, выполненного как и тест-объект в виде полупрозрачного транспаранта с синусоидальным распределением коэффициента пропускания 5 причем рисунок анализатора изображения подобен рисунку тест-объекта с учетом изменения масштаба в рраз. Анализатор изображения сканирует в плоско сти изображения в двух ортогональных направлениях. Поток излучения на выходе анализатора изображения преобразуется приемником 8 излучения в электрический сигнал, который усиливается усилителем 9, фильтруется временным фильтром 10, представляющим собой апериодическое звено с постоянной времени, равной постоянной времени зрительного анализатора гл и ре

гистрируется регистрирующим устройством 1. Распределение яркости L(x,y) в одном кадре защумленного изображения записывается Ь(х,у)Ь„,, (х,у)+Ьш (х,у) (1) где L (х,у) - функция распределения яркости в незашумлен- ном изображении; : Ьш (у) реализация аддитивного шума.

Оператор осуществляет согласован- ю/ю фильтрацию изображения, причем, согласованный фильтр строится на основе функции распределения яркости в незашумленном изображении L (х,у). Отсюда распределение яркости L(x,y) в профильтрованном изображении равно:

L(x,y)L(x,y bt,. (х,у) (2) где L (х,у) - нормированное распределение яркости в незашумленном изображении; - интегральная операция

взаимной корреляции, а среднеквадратическое значение электрического сигнала (х,у) на выходе приемника излучения при сканировании изображения:

иД (x,y)Ii: (x,y)l

L,, (х,у).Ъ: (x,y)f ч2 f у V12

+ к; U(x,y).L; (х,у) , (3) где К - коэффициент преобразования потока излучения в электрический сигнал. Отношение сигнал/шум определяется .при наилучшем совмещении объекта наблюдения и согласованного фильтра, чему соответствует значение корреляционного интеграла (2) при нулевых аргументах. Пользуясь свойством корреляционной функции, а также учиты- вая временные интегрирующие свойства зрительного анализатора с постоянной времени Тгл и связь распределе- ния яркости Б незашумленном изображе- - НИИ с распределением яркости в объекте

Ь„,{х,у):

L (х,у)-р {ъ„8 (, ,v; )Н(.), ,.), )} ,(4) где Н(| ) передаточная функция

изображающей системьт,

ИЭ1 (3) при наилучшем совмещении объекта и согласованного фильтра полу- Ч51ем максимальное значение выходного сигнала U при наличии тест-объекта в предложенной плоскости, равное :

t 0

-КпСЧл- к1 |Los(Jx,v)C(.VI(V,H «

оо

- в

. JK.C.v .,) оо

N

(J,,,,d),,

(5)

где Jcf(V.. y ) и

( i) , Vy ) - спектр и нормированный спектр объекта соответствен- но;

KB х У спектр мощности шума в изображении;

частота кадров оп- тико-электронной системы.

Первое слагаемое в выражении (5) представляет собой квадрат энергии сигнала:

t 00

( OD

dV,d,3,

средний квадрат энергии

I ,cJj,)ii::(v.,)i iH(v ,v ,iV

dJ.dv/,

на выходе визуальной оптико-электронной системы с учетом фильтрации зрительного анализатора.

Отсюда:

и, 0 + п . (8)

Поэтому дпя определения отношения сигнал/шум в изображении необходимо определить сигнал U,, соответствую- шуму в изображении:

и (9)

После измерения сигналов U и U отношение сигнал/шум вычисляется по формуле

1с .yl

и.

- -- /--о,- (Ш)

1ДГ

Устройство, реализующее способ, должно быть снабжено анализатором изображения, выполняющим роль согласованного фильтра. Функция пропускания согласованного фильтpaTд(x ,y

V,H «

,) (5)

10

рообъвен- 5

и еоп- 20 ой

(5) и 25

VI

(6)

и

30

v ,v ,iV

35

7)

тронзри(8)

ения имо ую-

9)

U по

40

45

50

пропорциональна распределению яркости в незашумленном изображении и, как следует из (4), связана с распределением яркости в объекте зависимостью:,

л. (. | Э где oL коэффициент пропорциональности;

х v

Н(- ,|) - импульсный отклик изоСражающей системьт; 0 - увеличение объекта при его проекции в плоскость анализатора изображения. Так как пропускание согласованного фильтра Тд (х ,у ) определяется не только распределением яркости в объекте, но и импульсным откликом

изображающей системы Н (--, | ),

Р Р

. то для каждой изображающей системы в общем случае требуется строить свой согласованный фильтр, учитывающий ее индивидуальные особенности. Поэтому точность контроля качества определяется точностью построения согласованного фильтра с коэффициентом пропускания (11) для каждой контролируемой изображающей системы. Повышение точности контроля обеспечивается в случае, когда функция пропускания согласованного фильтра зависит только от вида тест-объекта. Причек- восприятие такого тест-объекта оператором должно быть эквивалентно по вероятностным характеристикам обнаружения и опознавания реальному объекту наблюдения. Этот случай реализуется, если в качестве тест- объекта используется транспарант с синусоидальным распределением яркости:

(x,y).cosl2 I(vl х+ ),,„у)(12) Тогда в соответствии с (II) пропускание согласованного фильтра определяется зависимостью:

1д (х ,у )оС{ь„4- uLH(vl - О,

хо

1„)

VO

X (х

где X

Р АХ,

+ ::«

у ЭУ

у ).

(13)

с точностью до постоянного множителя Н V)(o,Vjol и масштабного коэффициента функция пропускания согласованного фильтра совпадает с распределением яркости в тест-объекте. Возможность замены реального тест- объекта синусоидальной мирой обусловлена их адекватностью в смысле обнаружения и опознавания в зашумленном .изображении. Габариты -тест-объекта согласованного фильтра определяются габаритами реального объекта, заменяемого эквивалентной синусоидальной мирой. Ограниченность габаритов тест-объекта не оказывает влияния на функцию пропускания согласованного фильтра, если пространственный период синусоидального распределения 1

о8 /7 2

хо

,1

в несколько раз

f5

20

25

меньше габаритов тест-объекта, т.е. в размер тест-объекта вписывается несколько периодов синусоидальной миры.

При сканировании анализатора изображения определяется максимальный сигнал на выходе устройства, который соответствует наилучшему совмещению объекта наблюдения и согла- 1 сованного фильтра, равмыи значению

сигнала U,, определяемому зависимостью (5). После измерения сигнала и из схемы выводится тест-объект 4 и измеряется сигнал U, от фона, определяемый зависимостями (9) и (7). По результатам измерений рассчитывается отношение сигнал/шум Ч по фор- 30 муле (10), которое и определяет качество изображения, формируемого визуальной оптико-злектронной системой, с учетом пространственной и временной фильтрации изображения зри- 35 тельным анализатором оператора.

Формула изобретения

1. Способ контроля качества изоб- 40 раження, формируемого визуальными оп-- тико-электронными системами, заключающийся в том, что изображение тест-объекта с выхода изображающей системы

преобразуют поток излучения на выходе анализатора в электрический сигнал, фильтруют злектрический сигнал регистрируют его и судят о .качестве 5 изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля качества изображения, допол нительно регистрируют сигнал от фона в изображении, причем пространст- венную фильтрацию изображения осуществляют согласованным по распределению яркости с тест-объектом анализатором, а о качестве изображения судят по отношению сигнал/шум Ф , вы- чз сляемому по формуле

и

где и - максимальное ного сигнала тест-объекта плоскости;

Ug - выходной сигнал при отсутст вии тест-объекта в предметной плоскости.

ш .

т J IT 2

;

значение выход при наличии в предметной

2. Устройство ;5ля контроля качест ва изображения, содержащее осветитель и последовательно установленные вдоль его оптической оси тест-объект проекционную систему, анализатор изображения и приемник излучения, злектрически соединенный через усили тель и временной фильтр с регистри- руюадам устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля качества изображения, тест-объект и анализатор выполнены в виде транспарантов с коэффициентами пропускания, изменяю- щимзяся по синусоидальному закону, согласованных между собой по масштабу и пространственной частоте, а временной фильтр выполнен в виде апериодического звена с постоянной времени,

проецируют в плоскость анализато- 45 равной постоянной времени зрительнора изображения путем сканирования.

го анализатора.

5

0

5

преобразуют поток излучения на выходе анализатора в электрический сигнал, фильтруют злектрический сигнал, регистрируют его и судят о .качестве 5 изображения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля качества изображения, дополнительно регистрируют сигнал от фона в изображении, причем пространст- венную фильтрацию изображения осуществляют согласованным по распределению яркости с тест-объектом анализатором, а о качестве изображения судят по отношению сигнал/шум Ф , вы- чз сляемому по формуле

и

где и - максимальное ного сигнала тест-объекта плоскости;

Ug - выходной сигнал при отсутствии тест-объекта в предметной плоскости.

ш .

т J IT 2

;

значение выход- при наличии в предметной

2. Устройство ;5ля контроля качества изображения, содержащее осветитель и последовательно установленные вдоль его оптической оси тест-объект проекционную систему, анализатор изображения и приемник излучения, злектрически соединенный через усилитель и временной фильтр с регистри- руюадам устройством, отличающееся тем, что, с целью повышения точности контроля качества изображения, тест-объект и анализатор выполнены в виде транспарантов с коэффициентами пропускания, изменяю- щимзяся по синусоидальному закону, согласованных между собой по масштабу и пространственной частоте, а временной фильтр выполнен в виде апериодического звена с постоянной времени,

равной постоянной времени зрительного анализатора.

Изобретение относится к области измерений характеристик изображений и может быть использовано для контроля качества изображения, формируемого визуальными оптико-электронными системами. С целью повышения точности контроля качества изображения путем учета влияния на качество изображения аддитивных шумов оптико-электронного тракта изображающей системы, а также пространственного и временного интегрирования изображения, осуществляемых зрительным анализатором оператора в способе, включающем проецирование изображения тест-объекта в плоскость анализатора изображения, пространственную фильтрацию изображения путем сканирования, преобразование потока излучения на выходе анализатора в электрический сигнал, фильтрацию электрического сигнала, анализ выходного сигнала, дополнительно определяют сигнал от фона в изображении, причем осуществляют согласованную с тест-объектом фильтрацию, а о качестве изображения судят по отношению сигнал/шум, вычисляемо- му по формуле Ф i(J - Uj2)/Uf, где Ч - отношение сигнал/шум, TJ, - максимальное значение выходного сигнала при наличии тест-объекта в предметной плоскости, Uj - выходной сигнал при отсутствии тест-объекта в предметной плоскости. Б устройстве, реализующем способ, тест-объект и анализатор изображения выполнены в виде транспарантов с коэффициентами пропускания, изменяюш 1мися по синусоидальному закону, и согласованных между собой по масштабу и пространной частоте, а временной фильтр выполнен в виде апериодического звена с постоянной времени, равной постоянной времени зрительного анализатора. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. с & (Л N) СЛ VI 4 СА9

Редактор К.Волощук

Заказ 4905/36Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород,ул.Проектная,4

Составитель С.Голубев

Техред М.Ходанич Корректор Л.Пилипенко