Лысенко Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет (2007) (1242426), страница 104
Текст из файла (страница 104)
В известных приложениях многоуровневую классификацию целей по результатам дистанционного зондирования осуществляет специально полготовленный человек-оператор. Автоматическое распознавание в настоящее время удается реализовать, как правило, только в одноуровневых системах. 570 В данном случае — в задаче видеонаведения ББ — представляется возможной реализация автоматической одноуровневой классификации (только до уровня классов). При практической реализации схемы одноуровневой классификации удается выделить два основных направления описания целей: ° описание характерных особенностей целей, принадлежащих заданным классам; ° описание уникальных свойств каждой из целей, Второй путь требует описания всего многообразия целей при всех возможных вариантах раскраски и ракурсов.
Именно поэтому наибольшие перспективы связаны с первым путем. При этом предполагается, что классы описываются при помощи образов — наборов характерных особенностей целей, принадлежащих различным классам. Следует отметить, что создание подобных образов — вычленение характерных особенностей, присущих анализируемым классам целей, — является отнюдь не простой задачей. Следует учитывать, что используемый набор таких особенностей должен быть исчерпывающим лля выделения и распознавания целей, относящихся к заданным классам. Эффективность решения рассматриваемой задачи в значительной мере определяется возможностями обнаружения цели и точностью определения ее координат средствами, размещенными на борту.
Используемый автономный источник информации о цели должен удовлетворять следующим требованиям: ° обеспечение пространственной разрешающей способности, требуемой для решения поставленной задачи; ° получение в реальном времени информации, достаточной для обнаружения заданного набора классов целей; ° возможность размещения на борту всей необходимой аппаратуры. Анализ характеристик существующих средств дистанционного зондирования приводит к следующему выводу — наиболее перспективными в рассматриваемом случае средствами обнаружения являются пассивные устройства (приемники) видимого и ИК-диапазонов, Обоснование этого положения сводится к следующим моментам: ° применение указанных диапазонов обеспечивает пространственную разрешающую способность для выполнения поставленной задачи; ° указанные диапазоны (особенно при их комплексировании) позволяют получать информацию, требуемую для распознавания существенного набора классов целей; ° в настоящее время существуют приемные устройства указанных диапазонов, допускающие их размещение на борту ББ и ОТР и обладающие требуемыми характеристиками.
Однако при оценке их эксплуатационных свойств должны быть учтены многие факторы, осложняющие обнаружение и распознавание объектов. При прохождении светового потока, отраженного от поверхности удаленных объектов, через атмосферу отметим следующие явления, влияющие на работу системы видеонаведения: ослабление излучения из-за поглощения и рассеяния света, снижение контраста изображения в результате его засветки дымкой и зашумление 571 то().) 0,5 0 2 4 б й )лмкм Рис.15.2. Рассеяние и поглощение излучений молекул газов, входящих в состав атмосферы изображении из-за неоднородности дымки.
Рассмотрим зги три явления более подробно. Атмосфера представляет собой среду, содержащую мелкие частицы (молекулы газов и водяного пара, капли воды, дым, кристаллы льда и морской соли), рассеивающие и поглощающие лучистую энергию. Спектральная интенсивность луча, прошедшего слой атмосферы толщиной Ь, определяется законом Бугера: Уг()ь) = У~()) т()) = Л())(то(2)) ', (15.1) где то( л) = е '1 ) — спектральный коэффициент пропускання слоя атмосферы единичной толщины; а().) — спектральный коэффициент ослабления, равный сумме коэффициентов ослабления, обусловленных рассеянием и поглощением; Гз ( З.) — первоначальная спектральная интенсивность луча.
Рассеивается излучение любой длины волны, а поглощается излучение, которое приходится на сравнительно узкие полосы спектра поглощения молекул газов, вхолящих в состав атмосферы (рис. 15.2). В видимой части спектра полос поглощения практически нет, здесь ослабление обусловлено только рассеянием, и коэффициент преломления меняется мало. В инфракрасной части спектра имеется целый ряд полос поглощения, обусловленных. главным образом, молекулами водяного пара.
В авиации для характеристики замутненности атмосферы используют понятие метеорологической дальности видимости 5, под которой понимают наибольшую дальность видимости днем на фоне неба у горизонта темных объектов с угловыми размерами, большими 0,5'. Между метеорологической дальностью видимости Я и коэффициентом пропускания атмосферы то существует связь, которая иллюстрируется данными табл, 15.1. Эти данные позволяют приближенно определить коэффициент пропускания атмосферы в видимой части спектра для различных ее состояний.
характеризуемых баллом видимости или дальностью видимости. В пределах видимой части спектра коэффициент пропускания приближенно можно считать постоянным и равным (в соответствии с законом Бугера) лг о (15.2) 572 где 4р — угол между линией наблюдения и вертикалью; )4 — приведенная высота полета, определяемая высотой однородного столба воздуха, масса которого равна массе воздуха под ЛА при атмосферном давлении, равном давлению на уровне моря. Значения приведенной высоты даны в табл.
15.2 (Н вЂ” фактическая высота полета). Табл и ца 15.1 Соетояние атмосферы Балл то Туман: очень сильный сильный заметный слабый Дымка: очень сильная сильная заметная слабая Хорошая видимость Отличная видимость 10 — 34 10 — з4 10 — в,а 10-" — 10-'4 10 з'4 — 0,02 менее 50 м 50 — 200 м 200 — 500 м 500 — 1000 м 0,02 — 0,14 0,14 — 0,38 0,38 — 0,68 0,68 — 0,82 0,82 — 0,92 более 0,92 1 — 2км 2 — 4км 4 — !О км 10 — 20 км 20 — 50 км более 50 км Таблица 152 !6 32 4 8 Н, км 6, км 1 2 1 1,77 3,! 5,1 6,7 7,5 573 Мелкие частицы, находящиеся в атмосфере, вызывают рассеяние излучения и как следствие свечение атмосферы.
Светящаяся атмосфера имеет определенную яркость, называемую яркостью дымки. При наблюдении за объектом с борта ЛА яркость дымки суммируется с яркостью обьекга и фона, в результате чего контраст объекта уменьшается. При наблюдении с большой высоты дымка существенно уменьшает контраст обьекта, что снижает вероятность его правильного обнаружения и различения. В аэрофотографии существуют формулы для расчета средней яркости дымки. Точных данных об интенсивности переменной составляющей дымки нет. Ниже (рис. 15.3) приведен примерный график зависимости спектральной интенсивности излучения дымки в относительных единицах, из которого видно, что с увеличением длины волны интенсивность излучения дымки резко падает. Из этого можно сделать важный вывод, что при видеонаблюдении с больших высот, когда дымка сильная, для ее ослабления целесообразно работать в инфракрасном диапазоне.
Расчет освещенности Ев, первичного преобразователя (матрицы ПЗС) выполняется по формуле Еь = 025Е р т т (Р(Д, (15.3) где Š— освещенность наблюдаемого участка земной поверхности; р — средний по плошади коэффициент отражения земной поверхности; т, н т„— коэффициенты пропускания атмосферы и объектива; Р— диаметр отверстия обьектива; з— фокусное расстояние объектива. Формула (15.3) используется при решении следующих задач.
Определение возможности использования данного преобразователя, характеризуемого требуемым значением освещенности Ев„я,а в заданных условиях. Для решения этой задачи по формуле (15.3) производится расчет Ев,. Если Еа„> Еф» л а, то можно использовать данный преобразователь. Определение условий, при которых можно использовать ланный преобразователь. В этой задаче по формуле (15.3) рассчитывается требуемая освещенность местности, а затем (табл 15 3, рис.! 5.4) определяются услоаня освещенности земной поверхности, при которых возможна работа системы видеонаведения.
В табл, 15.3 приведены данные освещенности в ночное время (см. три последних строки табл. 15.3). Отметим, что существуют аппаратные средства частичной компенсации постоянной составляющей яркости дымки подбором соответствующего смегцения Эл атя Еи 10з, лк 80 0,8 0,4 0 0,5 0,7 Л, мкм 0 20 40 0 о Рис. 15З. График зависимости спектральной интенсивности излучения дымки в относительных единицах Рис.
15.4. Определение условий освещенности земной поверхности электрического сигнала. Компенсация осуществляется видеоприемным устройством путем фиксации уровней черного и белого. Переменная составляющая яркости дымки не может быль скомпенсирована в системе вилеоконтроля, так как является случайной. Эта составляющая вызывается двумя причинами: неравномерным распределением частиц, рассеивающих свет, и их мерцанием. Она носит характер шума и маскирует мелкие малоконтрастные объекты. Одно из перспективных направлений совершенствования систем видеонаведения — автоматическая регулировка усиления, обеспечивающая сохранение контрастности изображения при считывании кадра.
Применение этого метода позволяет повысить разрешающую способность в условиях быстрых изменений уровней 574 Таблица 15.3 Условия наблюдения Освещенность,лк Полная Луна на безоблачном небе 0,2 Полная Луна при средней облачности Безлунная безоблачная ночь Безлунная ночь при средней облачности 0,05 — О,! 0,00! — 0,002 0,0005 — 0,00! Безлунная ночь при плотной облачности 0,0002 575 освещенности от кадра к кадру или при широком диапазоне освещенности в пределах одного кадра.
Такие условия возникают при обзоре сложной фоновой обстановки. Применение метола автоматической регулировки усиления позволяет расширить динамический диапазон изменений освещенности до 10 — 10а. При невозможности, неэффективности илн недостаточности применения аппаратных средств используют методы цифрового улучшения изображений. Предобработка призвана обеспечить снижение дефектов исходных изображений и создание благоприятных условий лля последующих этапов.
Представляется возможным использование цредобработки для: ° устранения локальных дефектов изображения, таких как царапины на фотографии, дефекты отдельных элементов фотоприемной матрицы и т. пд ° устранения дефектов передачи телевизионного изображения, таких как нарушение строчной синхронизации; ° уменьшения влияния на получаемое изображение среды распространения оптического излучения !уменьшения влияния облачной лымки и т. п.); ° максимально полного использования имеющегося динамического диапазона в целях уменьшения погрешности при вычислениях в процессе дальнейшей обработки; ° уменьшения влияния теней и отражений, Ниже перечислены наиболее распространенные способы предобработки телевизионных изображений и пути их реализации.
К ним относят; а) сглаживание изображений; б) повышение резкости изображений. Возможны следующие способы сглаживания изображений: ° усреднение яркости точки по ее окрестности; ° сглаживание яркости при помощи полиномов; ° линейная низкочастотная фильтрация с использованием фильтров, отличающихся формой спада частотной характеристики, в том числе, квазиидеального, Баттерворта, экспоненциального, трапецеидального; ° нелинейная низкочастотная фильтрация на основе медианного фильтра, сигма-фильтра, фильтра Наго. Кроме стандартных существует несколько частных методов улучшения изображений !повышения контрастности, удаления шумов), основанных на применении вторых пространственных производных.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
