Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 65

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 65)

Если осуществляется двустороннее дифференцирование первого порядка, то значения и соответственно равны +1 и — 1. Если пространственный фильтр из КиЬ элементов, осуществляющий дифференцирование 1-го порядка, просматривает поле из Мил/ элементов, то в память логического устройства или ЗВМ заводится КхЬхМх1т/ значений. При увеличении К и 1., что позволяет улучшить качество фильтрации, например снизить влияние вибраций основания, на котором располагается ОЗП, требования к емкости памяти могут заметно возрасти.

То же происходит и при увеличении просматриваемого поля, т.е. Мхтх/, и при повышении порядка дифференцирования. Пиковое детектирование. При этом алгоритме каждый элемент поля в последовательных временных выборках (в последовательных кадрах) рассматривается как центр окна из КиЬ элементов. Сигнал, снимаемый с элемента (х, у), сравнивается с сигналами со смежных элементов, образующих Ки1, окно с центром в (х, у). Если сигнал в любом из смежных элементов больше, чем в центральном, то выходной сигнал (/„(х, у) с центрального элемента принимается равным нулю. В противном случае он принимает значение, равное входному сигналу и„(х, у).

Пороговое ограничение. Здесь амплитуда входного сигнала в каждой точке поля (каждом элементе) сравнивается с некоторым заранее устанавливаемым порогом. Если этот сигнал меньше порога, то выходной сигнал 1/„(х, у) принимается равным нулю, а если он больше порога или равен ему, то (/„(х, у) = и„(х, у). Согласованная фильтрация. Применение согласованных фильтров (см. 211.2) эффективно для выделения сигналов, наблюдаемых на фоне помех.

При обработке дискретизированных изображений с Ю.Г. Як!«пенков. Теория и расчет оптико-электроннык приборов помощью двумерных мозаичных анализаторов используются цифровые согласованные фильтры, коэффициенты «пропускания» которых можно описать двумерной дискретной функцией Ц)т, 1). Обычно эти коэффициенты представляют в двоичном коде, т. е. они являются степенями основания 2, что удобно для цифровой обработки информации. Пропущенные через такие фильтры сигналы определяются как »=(х-т)!в т=(с-1)тв У„(х,у) = , ', 'и„(х — Ге,у-()Ь()т,1), ы.(к-к!гв т=-(с-трв где все обозначения те же, что и в (11.

28). В работе 137) приведены результаты сравнения различных алгоритмов, проведенного при моделировании процесса подавления наземного фона, наблюдаемого из космоса, и при наличии в угловом поле ОЭП двух слоев движущихся облаков. Критерием для сравнения служила степень подавления среднего квадратического значения шумового сигнала, создаваемого фоном, а также значение отношения сигнал/шум, определяемое для некоторого гипотетического движущегося объекта. Наибольшую эффективность имело двустороннее пространственное дифференцирование, в большинстве случаев применяемое одновременно с пороговым ограничением и пиковым детектированием. Однако и при использовании простого пространственного дифференцирования выделение движущегося объекта на фоне гораздо более эффективно, чем при использовании временнбгодифференцирования.

На второй стадии решения задачи по селекции движущегося объекта иногда можно использовать априорную информацию о скорости его движения. Для этого нужно найти скорость движения объекта, обнаруженного на фоне помех с помощью одного из описанных выше алгоритмов, и сравнить ее с заранее известным значением. Первым атапом такого решения может быть определение траектории движении объекта (выделение трека изображения), вторым — слежение за этим движением, а затем и сопоставление получаемой информации с априорной в целях принятия решения о наличии движущегося объекта в анализируемом поле.

Траекторию можно найти следующим путем. Если сигнал и„(х, у) в точке с координатами (х, у) в и-й момент времени (в и-м кадре) не равен нулю, а при следующей временнбй выборке, т.е. в (п+1)-м кадре, отличный от нуля сигнал и„„наблюдается в точке (х+Ге, у+1), то отрезок, соединяющий эти две точки, с определенной вероятностью принимается за отрезок траектории движения объекта, создающего сигналы и„и и„„. Если в следующем (и+2)-м кадре в области, приле- Глава т!.

Фильтрация сигналов в оптико-электронных приборах гающей к точке с координатами (х+ 21«, у+21), т.е. в анализирующем «окне» из КнЬ элементов (см. рис. 11.11, а), сигнал не равен нулю, то прямую или ломаную, соединяющую элементы поля, в которых в и-, (л+1)- и (и+2)-м кадрах имелись сигналы, можно принять за траекторию движения объекта, выделенного на фоне помех или пестрого фона. Во время следующих выборок (кадров) можно заранее предсказывать положение анализирующего «окна» из КнЬ алементов, определяя скорость движения как отношение путей, пройденных изображением от точки (х, у) к точке (х+)т. у+1) и от последней точки к точке (х+2)т, у+21), к соответствующим промежуткам времени между и-м и (и+1)-м и (л+1)-м и (и-»2)-м кадрами. Дальнейшее развитие этого метода предусматривает использование адаптивных фильтров, минимизирующих погрешности определения текущего значения скорости. При получении ненулевых сигналов с нескольких элементов, образующих окно КнА.

можно селектировать сигнал по его амплитуде, а также по степени приближения элемента к центральному элементу окна. Окончательное распознавание движущегося объекта ведется с использованиемм ряда признаков: степени приближения полученного зн ачения скорости к априорно известной, числа проанализированных кадров, числа потерь объекта при слежении за ним и др. Результаты моделирования всего процесса обнаружения и селекции одного или нескольких (<10) движущихся объектов на фоне помех с помощью многоэлементных анализаторов, приведенные в 137], показали, что вероятность ложных тревог (см.

311.2) при использовании описанных выше алгоритмов и методов может быть сделана очень малой (порядка 10 '... 10 е при числе кадров я=10 и 10 "...10 "при а=20). 11.7. Медианная фильтрация Медианная фильтрация служит для устранения импульсных шумов путем нелинейного сглаживания смеси «сигнал+шум» с сохранением краевых переходов сигнала и его локальных однородных областей. Она применяется для подавления неаддитивного негауссовского шума, который не коррелируется с сигналом. При медианной фильтрации значению сигнала в какой-либо точке поля сигналов приписывается среднее из значений в небольшом окне, окружающем данную точку, т.е.

среднее из аначений сигнала в этой точке и соседних с ней. Например, если размер окна ЮГ=3 (просмотр поля идет трехалементиым окном) и значения выборок сигнала 338 339 Ю.Г. Якушенков, Теория и расчет оптико-электроннык приборов в последовательных трех точках (трех алементах окна) равны и, Зи и Зи, то на выходе медианного фильтра сигналу в средней точке приписывается значение 4и. Прежде чем сигнал проходит через медианный фильтр (МФ) он складывается с г выборками нулевых значений в начале и конце просмотра поля. Это делается для минимизации краевых эффектов. Значение г определяется в соответствии с размером Х окна как г = (1тГ-1)т2. Наибольшее распространение получили бинарные медианные фильтры (БМФ), для которых входные и выходные сигналы представляются в виде бинарных последовательностей.

Например, для сигнала, принимающего М значений или квантуемого на М уровней, ряд из М-1 двоичных сигналов может быть получен путем квантования входных значений на уровни )т = 1, 2, ..., М-1. Квантованный выходной сигнал равен 1, если входной сигиал больше или равен )т, и 0 во всех остальных случаях. Полученный двоичный ряд после квантования проходит через ряд БМФ, выходные сигналы с которых складываются и образуют отфильтрованный (сглаженный) сигнал. Действие МФ эквивалентно сложению двоичных выборок в рассматриваемом окне, сравнению полученной суммы с г и замене суммы на 1, если сумма больше г, или на 0 во всех остальных случаях.

Описанные операции могут быть реализованы с помощью оптико- электронных средств. Наиболее проста реализация МФ на базе многоэлементных приемников излучения, «разбивающих» поле изображений сигналов и шумов на отдельные элементы — пиксели. Рис. 11. 12. Схема медиаияого фильтра о двумя квантователями На рис. 11,12 представлена схема медианного фильтра с двумя квантователями К1 и К2 ()тт= 1 и й - 2 сортветственно), на входы которых поступает сигнал ум, например, сигнал, соответствующий последовательности отсчетов 00121012, снимаемых с отдельных элементов многоплощадочного приемника излучения — пикселей изображения. На выходе сумматора 2 снимается отфильтрованный сигнал у,„„, в котором отсутствуют шумовые выбросы (пики), имевшие место на четвертом и восьмом пикселях входного сигнала. 340 Глава 11.

Характеристики

Список файлов книги