Моделирование и оптимизация оптико-электронных приборов с фотоприемными матрицами (1095912), страница 24
Текст из файла (страница 24)
При этом обычно выключают двигатель часов, чтобы позволитьзвездамсмазаться;подобноеуменьшаетпиковыйуровеньзвезд игарантирует, что различные области используются при каждой экспозиции. Видеале для плоских полей полное освещение должно составлять 30 % отосвещенности, при которой потенциальная яма заполняется полностью, ноэто может потребовать слишком длительной экспозиции для ночного кадраплоского неба.Необходимо также отснять подобное количество кадров разброса итемновых кадров.5.2.6.
Настройка монитораПреждечемначинатьнастраиватьизображения,следуетудостовериться, что используемый монитор отрегулирован должнымобразом.Новыемаркимониторовчастоплохоотрегулированы.Изготовители знают, что большинство компьютерных магазинов имеютяркоеверхнеелюминесцентноеосвещение,ихотят,чтобыихдемонстрационные образцы выглядели ярко. Поэтому они чрезмерноповышают яркость и контраст монитора, и устанавливают цветовуютемпературу слишком высокой (слишком синий).
На рис. 5.5 приведены дваварианта настройки монитора.Рис.5.5.Настройкадисплея.а - плавный переход от черного к белому (меньший контраст); б - резкийпереход (больший контраст).5.2.7. Подавление шумовОсновы.Когда изображение смазано, то математически это является сверткой сфункцией распределения точки (ФРТ). Этот смаз может быть удален спомощьюпроцессаобращениясвертки.Сверткуможнорассчитатьдостаточно легко с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ)изображения и ФРТ, умножая их поточечно и выполняя обратное БПФ.
Впринципе, обращение свертки можно выполнить тем же самым способом,используяделениевместоумножения.Однаковдействительностиреализовать это трудно из-за возможности возникновения нулей в ФРТ ибольшого усиления шума в областях, где значения ФРТ небольшие.Итеративные методы, например максимальной энтропии и Люси Ричардсона, преодолевают данную проблему. Строится первое приближениек исходному изображению, а затем оно улучшается в ряде шагов,называемых итерациями.
Итерации продолжаются до тех пор, пока процессне сходится к решению.Итеративный процесс состоит в следующем: начать с первой оценкичистого изображения. Размазать оценочное изображение с помощьюфункциираспределенияизображением,применяяточки.Сравнитьстатистическиерезультатметоды.сисходнымСкорректироватьоценочное изображение, используя эту информацию, и создать новую"оценку". Повторять процесс, пока изображение не сойдется на правильномрезультате.Итеративный процесс может быть нестабильным, поэтому им нужноуправлять, чтобы предотвратить большие отклонения.
Это делается спомощью ограничений. Главное различие между различными алгоритмами выбор ограничений, которые применяются к обработке. Метод максимальнойэнтропии обращения свертки выбирает решение, которое имеет теоретическимаксимальную информационную энтропию. Это вынуждает приближатьрешение к максимальной оценке вероятности.
Метод Люси - Ричардсонаимеет другие, но тоже эффективные ограничения.Решение о том, когда лучше всего остановить итерации, является темойпродолжающихся дебатов. Если повторения остановить слишком рано, тоизображение недостаточно сфокусировано. Если повторения остановленыслишком поздно, то становится проблемой усиление шума. Посколькупользователь должен принимать это решение, то результат каждой итерациипоказывается на экране.Функции распределения точки.Все изображения содержат шум, вызванный процессом детектированияв камере. Все изображения расфокусированы до некоторой степени последующимпричинам:проблемыфокусировки,фундаментальныеограничения, дисторсии оптики, смаз из-за взаимного перемещения объектаи камеры, влияние воздушных потоков в атмосфере.
Все дефокусирующиеэффекты можно моделировать с помощью функции распределения точки(ФРТ). Говоря математически, находится свертка ФРТ и оригинала(совершенного изображения), чтобы произвести смазанную картину вдатчике.Предположим, что отснята фотография какого-либо совершенноготочечного источника света, например звезды. Не считая Солнца, звездыслишком далеки от Земли, чтобы разрешаться обычными оптическимисистемами.совершеннойФактическоеточкойизображениеподобнонареальнойфотографиизвезденеиз-забылобыразличныхдефокусирующих эффектов.
Профиль яркости пятна на картине - фактическиточное измерение ФРТ, которая дефокусирует изображение. Если быизображение содержало много звезд, то каждая была бы дефокусирована тойже самой ФРТ. Если ФРТ изменяется по площади кадра, то в этом случае,вероятно, изображение придется обрабатывать по сегментам кадра.В идеале ФРТ должна быть без шума. Конечно, любое измерение,выполненное над реальным изображением, будет подвержено шуму.Главный критерий отбора изображения звезды - самое большое отношениесигнал/шум. Для линейного ПЗС-датчика это самая яркая ненасыщеннаязвезда в изображении. В некоторых случаях ее изображение должно бытьочищено дополнительно.Исследуются детали изображения и делается попытка сгенерироватьпервую гипотезу о приблизительном значении радиуса пятна.
Следуетвыбрать область изображения (чтобы ускорить обработку) и найтиобращение свертки. Если изображение не увеличилось, то уменьшить радиусФРТ. Если изображение "съеживается", то уменьшить радиус ФРТ.Повторить процедуру, пока результат не удовлетворит.Сходимость.Обращение свертки выполняется при использовании итеративнойпроцедуры. Это означает, что процесс начинается с чистого изображения,которое пошагово подгоняется до желательного результата. Как принятьрешение об остановке процесса? Этот вопрос трудный и является предметомдебатов.Изображение не может сходиться, если входные параметры неопределены должным образом.
Обычно это становится очевидным быстро,поскольку изображение начинает бледнеть до исчезновения, или возникаютрезкие изменения при переходе из одного состояния в другое, или оноостается нечетким. Скорость сходимости изменяется от изображения кизображению в зависимости от распределения информации. Обычно 10...15итераций достаточно для схождения изображения.Изображение должно заметно сходиться приблизительно после пятиитераций. Если нет, то нужно уточнить количество фотоэлектронов в ЕМР,модель шума или функцию распределения точки. Наиболее обычная причинанеудачной сходимости при пуассоновской модели шума - неправильноеопределение количества фотоэлектронов в ЕМР. Для равномерной моделишума нужно попробовать уточнить значение уровня шума.
Увеличениеуровня равномерного шума или уровня фона часто приводит к сходимостиалгоритма. Чрезмерное увеличение уровня равномерного шума или уровняфона может уменьшить эффективность сходимости.Критерий останова.Недостаточное число итераций приведет к изображению, которое неполностью сошлось, чрезмерное число - к увеличению шума, особенно вобластяхсослабосветящимисяпротяженнымидеталями.Общиерекомендации следующие:обработанное изображение должно выглядеть более четким, чемпервоначальная версия. Часто сначала нужно подвергнуть обращениюсвертки яркие области, а потом темные;некоторыеизображениягораздотруднеедляобращениясвертки, чем другие.
Обычно 10...15 итераций достаточно, но иногдатребуется 40 или больше. Если изображение сходится слишком медленно, тонужно проверить ФРТ и значения параметров модели шума.Весьма возможно переусердствовать. Как только изображение сталочетче, то дополнительные усовершенствования будут замечены слабо. Ноалгоритм продолжит пробовать обращать свертку уровня шума, который небыл дефокусирован функцией ФРТ. Фон начнет выглядеть шумным и"створоженным".Существуют некоторые шаги обработки, которые должны бытьвыполнены до обращения свертки. Сначала проводится калибровка и укладкаизображений, затем устанавливаются "горячие" и "мертвые" пикселы.
Если вкамереиспользуютсянеквадратныепикселы,торекомендуетсяинтерполировать их к квадратному виду перед обработкой. Настоятельнорекомендуется, чтобы любые другие функции обработки были отложены доокончания обращения свертки.Если используется равномерная модель шума, то можно такжепопробовать экспериментировать с его уровнем. Высокий уровень шумауменьшит скорость сходимости (при этом процесс сходимости проходитлегче), а низкий увеличит ее. Для любой модели шума некотороеэкспериментирование с уровнем фона может быть вполне приемлемо,поскольку выбор надлежащего уровня фона существен для полученияхороших результатов.Можно использовать обращение свертки подкадра, чтобы определить:будут ли работать заданные значения. Алгоритм обращения сверткииспользует БПФ. Это означает, что он работает только с изображениямиодинаковой ширины и высоты, равными степени двойки, например 256, 512,1024, ...
. Если размер изображения имеет другую форму, то она будетдополняться до следующего большего размера. Если изображение толькослегка больше, чем степень двойки, то следует слегка подрезать его размеры.Это приведет к лучшей сходимости и более быстрой обработке.Естьещеоднапроблема,связаннаясобращениемсвертки:формирование венчиков вокруг звезд. Чтобы минимизировать их, нужноудостовериться, что уровень фона установлен правильно.5.2.8. Использование полученных файлов изображенийСохранение битовой глубины.Важно хранить изображения в системе формирования изображений в32-битовом формате с плавающей точкой.
Это увеличивает потреблениепамятипосравнениюстиповымипрограммамиредактированияизображений, но дает намного большую гибкость и позволяет сохранятьточность данных.Если суммировать или усреднить 256 разных 16-битовых изображений,то фактическая битовая глубина результирующего изображения можетдостигнуть 24 бит. В действительности разрядность составляет только от 12до 14 битов используемых данных в каждом изображении, однакозаключительный результат 20-22 бит. Очевидно, если хранить этот результатв файле формата 16 или 8 бит, то следует преобразовать изображение иотсечь и/или округлить часть полезных данных. Если масштабироватьизображение так, чтобы сохранить его неяркие детали и хорошую фоновуюстатистику,тоделозакончитсяусечением самыхяркихобъектов.Следовательно, при работе с изображениями следует сохранить их в форматеFITS с IEEE форматом пиксела.Большинствоработаюттолькотиповыхспрограмм8-битовымиредактированияданными.Дажееслиизображенийпланируетсяэкспортировать данные в настольную программу редактирования дляокончательной настройки, то имеет смысл вести обработку в формате сбольшой битовой глубиной до тех пор, пока это возможно.
Когда обработказакончится, нужно сохранить результат в формате с высокой битовойглубиной, а затем экспортировать данные в формат, совместимый с типовойпрограммой редактирования. Таким образом, если окажется, что следуетсделать дополнительные корректировки, то можно легко вернуться кпредыдущему результату, а не начинать все сначала.Экспортирование изображений.Для размещения изображения на сайте его нужно экспортировать визображение типа JPEG, которое имеет ограниченный динамическийдиапазон. В таком случае необходимо преобразовать изображение так, чтобыоно выглядело правильным в этом формате и позже, когда будет загружено вдругое приложение.Изображение после преобразования будет выглядеть таким же, нозначения пикселов расположатся в диапазоне от 0 до 255. Теперь оно можетбыть сохранено в формате TIFF, JPEG, BMP или PNG и будет преобразованодолжным образом при загрузке в другое приложение.Рекомендации по публикации презентаций.В связи с широким распространением доступных компьютерныхвидеопроекторов процесс публикации ПЗС-изображений стал гораздо проще.Однако у дисплеев ограничен динамический диапазон, и они плохонастроены, так что нередко контрастность изображения чрезмерна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
