Теория и расчет оптико-электронных приборов - Якушенков Ю.Г.
ISBN 5-88439-035-1
Скачать (прямая ссылка):
V(WhUcp(*,y)
Рис. 11.10. Схема коррекции динамического диапазона яркости изображения
Среднее значение UcJx, у) можно получить, применяя фильтр низких частот ФНЧ, например, полевую диафрагму с расположенным за ней приемником, работающим в линейной зоне своей энергетической (или фоновой) характеристики и создающим сигнал, пропорциональный общему, осредненному по полю обзора (или его части) потоку излучения. Осреднение может вестись и в электронном тракте, например на выходе мозаичного приемника.
На выходе фильтра высоких частот ФВЧ образуется высокочастотная составляющая сигнала. В зависимости от среднего значения сигнала с помощью корректора К можно увеличить или уменьшить разностный сигнал Щх, у) - UcJx, у), а среднее значение сигнала, т. е. его низкочастотную составляющую, пропустить через нелинейный элемент НЭ. Коэффициент передачи корректора может быть как постоянным, так и переменным.
На выходе сумматора С2 получается откорректированный сигнал U'(x, у), динамический диапазон которого согласован с динамическим диапазоном последующих звеньев прибора, например системы отображения.
Схема, представленная на рис. 11.10, может быть и видоизменена, например в ней может отсутствовать корректор или нелинейный элемент.
11.6. Обнаружение движущихся объектов с помощью пространственно-временной фильтрации
Простейшим способом обнаружения движущихся объектов является сравнение последовательно наблюдаемых кадров, т.е. изображений просматриваемого поля. Осуществляя выборку во времени значений поля яркостей или освещенностей и вычитая значения сигналов, получаемых в каждом предыдущем кадре (выборке), из значений сигналов в «текущем» кадре, можно компенсировать (минимизиро-
333 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электронных приборов
вать) сигналы (яркости, освещенности), не изменяющиеся во времени, и, напротив, выделить изменяющиеся от кадра к кадру сигналы (изображения).
Большими преимуществами по сравнению с таким простым временным дифференцированием изображений обладает обработка изображения с помощью оператора Лапласа (лапласиана). Для получения лапласиана сигнала, снимаемого с элемента поля с координатами (х, у), образуется выражение вида
Ln (x,i/) = ип+1 (х, у) - 2ип (х,у) + Un^1 (х, у),
где /1-І, п, 71+1 — три последовательных момента времени, в которые сигнал принимает значения un_[t ип, ип+1; они соответствуют трем последовательным кадрам обрабатываемого изображения.
Алгоритм выделения движущегося объекта включает следующие операции:
1) определение абсолютных значений лапласианов Ln;
2) бинаризацию получаемых значений (пороговое ограничение) путем придания значения «1» тем элементам анализируемого поля, для которых лапласиан превышает некоторое пороговое значение, и значенйя «О» остальным элементам;
3) определение положения энергетического центра тяжести бинаризованного изображения;
4) повторение описанных операций для следующих временных выборок анализируемого поля (следующих кадров).
При этом возможно определение скорости движения изображения путем деления значения смещения его центра тяжести на интервал времени, в течение которого происходило это смещение.
Более сложной является обработка изображений, содержащих не один, а несколько движущихся объектов. Здесь могут быть использованы следующие методы: оптической корреляции; основанные на априорном знании скорости движения объектов; выделения контуров объекта, а не центра тяжести и ряд других. Часто, особенно при «за-шумленных» изображениях, когда наряду с выделяемыми объектами в анализируемом поле присутствуют многочисленные помехи в виде пестрого, т.е. случайно меняющего свою яркость в пространстве и времени фона, достаточно эффективными являются алгоритмы пространственно-временной обработки изображений, описываемые ниже.
На качество выделения движущихся объектов оказывают большое влияние случайные изменения яркости фона, на котором наблюдается объект, если скорость этих изменений сопоставима со скоростью движения объекта или межкадровый интервал времени достаточно
334 Глава 11. Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах
велик. Другим вредным фактором может быть вибрация основания, на котором установлен прибор, предназначенный для обнаружения движущегося объекта.
В последнее время помимо сравнительно простых и хорошо освоенных способов временной обработки оптических сигналов для решения указанной задачи все шире применяется комбинированный способ — пространственно-временная фильтрация, при которой используются трехмерные фильтры в соответствии с представлением оптического сигнала в виде функции двух пространственных координат — xviy (обычно в плоскости изображения) и времени t.
Пространственная обработка ведется путем пространственной дискретизации (деления поля изображений на отдельные элементы), выборки значений сигналов, имеющих место для каждого элемента, и превращения этих сигналов (потоков, освещенностей) в электрические сигналы. Все эти операции успешно реализуются с помощью многоэлементных анализаторов, например мозаичных приемников (см. гл.7). Полученные значения электрических сигналов подвергаются временной обработке.
