Способ формирования синтезированного изображения Советский патент 1993 года по МПК G01C11/06 

Изобретение относится к способам расшифровки изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка и может быть использовано при комплексном дешифрировании изображений, имеющих различное отношение сигнал/шум.

Целью изобретения является повыше- ние производительности.

На фиг.1 представлена схема вычисления значений дисперсии шума изображений инфракрасных систем для устройства, с помощью которого может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг.2 - схема вычисления значений дисперсии шума изображений систем с фотоэмиссионным приемником излучения для устройства, с помощью которого может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг.З - схема вычисления среднестатического значения уровня видеосигнала для устройства, с помощью которого может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг.4 - временная диаграмма, поясняющая работу схемы вычисления среднестатического значения уровня видеосигнала; на фиг.5 - схема, реализующая вычисление значений коэффициентов усиления для устройства, с помощью

00

о о

го о о

которого может быть осуществлен предлагаемый способ; на фиг.б - схема, реализующая установку коэффициентов и совмещение усиленных изображений на общем устройстве визуализации для устройства, с помощью которого может быть осуществлен предлагаемый способ.

Предлагаемый способ реализует следующую последовательность операций.

1, Вычисление шумов.

Как известно, уровень шума изображения, сформированного иконической системой, определяется шумом ее приемника излучения. Преобладающий тип шумов, присущий используемым в различных икониче- ских системах типовым приемникам излучения, известен. Известны также аналитические выражения для расчета уровня этих шумов. Так, например, для инфракрасных иконических систем с использованием в качестве приемников излучения фоторезисторов (например, приемников излучения на основе соединения CdHgTe) преобладающим является тепловой шум, а выражение для определения квадрата его среднеквад- ратического значения (дисперсии) имеет

ВИД: 99

N2T 4K6TRnAfeK2nv (В),(1) где ,38 10 23, Дж К - постоянная Боль- цмана;

Т - температура приемника излучения, К;

Rn - его сопротивление, Ом;

Afe - полоса частот выходного сигнала приемника, Гц;

КПу - коэффициент усиления предусили- теля фотоприемного устройства.

Для иконических систем с фотоэмиссионным приемником (телевизионных, лазерных), а также с приемниками, в которых используется явление фотопроводимости (например, на основе лавинных фотодиодов), преобладающим является дробовый шум. Величина дисперсии дробового шума определяется следующим выражением:

N2o 2eiR2H Afe 2eURHA fe(B), (2) где е 1,, Кл-заряд электрона;

i - величина выходного тока приемника, А;

RH - сопротивление нагрузки, Ом;

U - выходной сигнал фотоприемного устройства, В.

Таким образом, зная некоторые исходные параметры иконических систем и величину уровня видеосигнала, можно аналитически определить величину шума для каждого пиксела каждой иконической системы.

На фиг.1 представлена схема, с помощью которой может быть произведено вычисление значений дисперсии шума изображений, сформированных системами, для

которых преобладающим является тепловой шум (для инфракрасных систем).

На фиг.1 приняты следующие обозначения: 1 - задатчик единичного электрического сигнала; 2 - умножитель на постоянный

коэффициент (4 Кб); 3 - множительное устройство; 4 - множительное устройство; 5 - множительное устройство; 6 - множительное устройство; 7 - задатчик значения A fe; 8 - задатчик значения Т; 9 - задатчик значения R; 10 - квадратор; 11 - задатчик значения КПу.

На фиг.2 представлена схема, с помощью которой может быть произведено вычисление значений дисперсии шума изображений, сформированных системами, для которых преобладающим является дробовый шум (для телевизионных и лазерных систем). На вход схемы подается сигнал Ui с фотоприемного устройства.

На фиг.2 приняты следующие обозначения: 1 - умножитель на постоянный коэффициент (2е); 2 - множительное устройство; 3 - множительное устройство; 4 - задатчик значения A fe; 5 - задатчик значения RH.

2. Определение величин сигналов.

Распознавание объектов на изображениях производится по тоновому контрасту, т.е. по разности оптических плотностей изображения объекта и окружающего фона.

Адекватной характеристикой оптической плотности изображения объекта (или произвольного пиксела) в видеосигнале является текущее значение уровня этого видеосигнала Ui. Для оптической плотности о кружающего фона адекватной характеристикой в видеосигнале является среднестатическое значение уровня видеосигнала на участке этого видеосигнала, окружающем или непосредственно предшествующем текущему

пикселу и превышающем размер пиксела

на 1-2 порядка. Поэтому адекватной характеристикой тонового контраста в видеосигнале является разность этих величин, следовательно, величина сигнала Si для i-й

иконической системы определяется для каждого пиксела этой системы как разность текущего значения уровня видеосигнала и среднестатического значения уровня видеосигнала этой системы.

На фиг.З представлена схема, посредством которой может производиться вычисление среднестатического значения уровня видеосигнала иконической системы.

На фиг.4 показана временная диаграмма, поясняющая работу схемы вычисления среднестатического значения уровня видеосигнала. Входной сигнал UBx равен текущего значению уровня видеосигнала. Он поступает на отрицательный вход компаратора 1 (см.фиг.З), где сравнивается с сигналом, поступающим с цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 2 и одновременно являющимся выходным сигналом схемы UBNX. Исходным сигналом с ЦАП при включении схемы является некоторое произвольно заданное напряжение U3. Если входной сигнал DBX отличен от Уз, то компаратор вырабатывает сигнал, который подается в схему управления счетчиком 3, а со схемы управления - на счетчик 4, который прибавляет к цифровому коду единицу, если UBX U3, и вычитает единицу, если UBx U3. Затем цифровой код поступает в ЦАП, где преобразуется в аналоговый сигнал, который является выходным для всей схемы выделения среднестатического уровня сигнала. В то же время этот сигнал поступает на положительный вход компаратора для сравнения с текущим значением уровня видеосигнала. При этом независимо от амплитуды входного сигнала счетчик изменяет величину цифрового кода сигнала только на единицу. ЦАП настраивается таким образом, чтобы величина выходного сигнала, соответствующая единица в цифровом коде, была примерно на 2 порядка меньше динамического диапазона входного сигнала. На схему управления счетчиком от генератора 5 импульсов подается импульсный код положительных импульсов с периодом следования, равным времени формирования одного пиксела.

Таким образом, значение сигнала для пиксела i-й иконической системы равно:

SrUiBx-UiBnx (В).(3)

3. Определение коэффициентов усиления пикселов.

Известно, что при сложении видеосигналов суммируются сигналы и дисперсии шумов. Если каждое i-e исходное изображение пиксела перед сложением усиливается с коэффициентом Kj, то величина отношения сигнал/шум синтезированном изображении пиксела определяется следующим выражением:

lKiSi q - , „ . (4)

V

Г п2

:Z(KiNi)

где Si - величина сигнала в i-м изображении; NJ - величина шума в i-м изображении:

n - количество исходных изображений.

Критерием оптимальности выбора коэффициентов усиления Ki является максимум отношения сигнал/шум в суммарном изображении.

Исследование функции (4) на экстремум с применением известного математического аппарата позволяет получить оптимальные значения коэффициентов усиления исходных изображений. Если при определении оптимальных значений коэффициентов KI задаться условием, что сумма этих коэффициентов равна единице, т.е.

п

J,K

то выражение для определения коэффициента усиления в i-м канале имеет следую- Щий вид:

к«- -ihr(5)

Nf2. Nf

При этих значениях коэффициентов уси- ления отношение сигнал/шум в синтезированном изображении достигает максимально возможного значения и определяется формулой, которую можно получить подстановкой выражения (5) в выражение (4):

ч,-тУ

|Э1

ч2

40

35На фиг.5 представлена схема вычисления, с помощью которого можно произвести расчет оптимальных по отношению сигнал/шум значений коэффициентов усиления каждого пикселя каждой системы для

последующего сложения усиленных пикселов при получении синтезированных изображений.

На фиг.5 приняты следующие обозначе- ния: 1 - приемник излучения иконической системы с предусилителем (фотоприемное устройство); 2 - схема вычисления средне- статического значения уровня видеосигнала (см.фиг.З); 3 -умножитель на постоянный коэффициент (-1); 4 - сумматор; 5 - схема вычисления значения дисперсии шума (см.фиг. 1 и 2); 6 - делитель; 7 - сумматор; 8 - делитель. Показанная пунктиром связь между фотоприемным устройством 1 и вы- числителем 5 значения дисперсии шума имеет место для иконических систем, в которых преобладающим является дробовый шум (телевизионных, лазерных).

4. Установка коэффициентов усиления пикселов и совмещение исходных изображений на общем устройстве визуализации.

На фиг.6 представлена схема устройства, реализующего эту операцию предлагав- мого способа. На входы схемы подаются сигналы U j с фотоприемных устройств, а также сигналы, соответствующие значениям коэффициентов усиления Ki из соответствующих вычислителей (см.фиг, 1 и 2).

На фиг.6 приняты следующие обозначения: 1 - множительное устройство; 2 - сумматор; 3 - устройство формирования видеосигнала для устройства отображения; 4 - устройство отображения. В качестве ус- тройства формирования видеосигнала и устройства отображения может быть использовано штатное оборудование используемых иконических систем.

Использование предполагаемого спо- соба даст возможность уменьшить число получаемых на борту и обрабатываемых аэрофильмов, сократить сроки представления результатов дешифрирования, передавать информацию одновременно от нескольких систем по одному радиоканалу,

а также производить оптимальное синтезирование изображений не только одного предварительно обнаруженного объекта, а всего регистрируемого участка аэроландшафта без предварительного обнаружения объекта.

Формула изобретения Способ формирования синтезированного изображения, включающий поочередное проецирование каждого исходного изображения на экран через соответствующий канал, определение значений сигнала и шума, установку коэффициента усиления для каждого канала и совмещение исходных изображений, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности, значения сигнала и шума в каждом канале определяют для каждого участка изображения, соответствующего элементу разрешения канала с максимальным разрешением, дополнительно определяют среднестатиче- ское значение уровня сигнала в каждом канале, а значение сигнала находят как разность измеренного текущего значения и среднестатического значения уровня сигнала для соответствующего канала.

xg

A.-U/VVA

Изображение относится к способам расшифровки изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка местности и может быть использовано при комплексном дешифрировании изображений, имеющих различное отношение сигнал/шум. Сущность изобретения: по способу формирования оптимального по отношению сигнал/шум синтезированного изрбражения от комплекса оптикоэлектрон- ных систем с синхронным линейно-строчным сканированием, включающему совмещение исходных изображений на общем экране устройства визуализации, измерение значения сигнала, вычисление и установку оптимальных значений коэффициентов для каждой из систем, вместо измерения непосредственно по изображениям производится аналитический расчет значения шума каждого пиксела (участка изображения) в каждой из систем, а определение сигнала производится для каждого пиксела в каждой из систем в виде разности измеряемых текущего и среднестатического значений уровня видеосигнала в каждой из систем. Данныеоперации позволяютумень- шить число получаемых на борту и обрабатываемых аэрофильмов, сократить сроки представления результатов дешифрирования, получить возможность передачи информации одновременно от нескольких систем по одному радиоканалу, а также оптимально синтезировать изображения всего регистрируемого участка аэроландшафта без предварительного обнаружения объекта. 6 ил. ел С

-1ИФ

-2

-}r

-9

--8

-01.

-- Јn

Л.А/Л,. .7 и

-fl. n

9920081

Фиг. 5