Лысенко Л.Н. Наведение и навигация баллистических ракет (2007) (1242426), страница 105
Текст из файла (страница 105)
Первый представляет собой простое вычитание из изображения лапласиана, умноженного на некоторую постоянную (такая постоянная присутствует и в остальных методах, поэтому больше не будем о ней упоминать); во втором, носящем имя Габера, вычитается уже вторая производная в направлении градиента, в третьем— добавляется еше одна треть производной в перпендикулярном к предыдущему (тангенциальном) направлении. Существует улучшенный вариант последнего метола. В нем усрелняют картинку многократным вычислением производных и добавлением второй тангенциальной производной, после чего вычитается вторая градиентная производная. Повышение резкости телевизионного изображения достигается: ° пространственным дифференцированием, в том числе с использованием согласованной фильтрации (масок по направлениям), а также таких локальных операторов, как разностный, максимальной разности, Лапласа, Уоллиса, Кирша, Робертса, Превизта, Собела, Дэвиса, Фри-Чена, гауссовские; ° фильтрацией с использованием высокочастотных вариантов фильтров (см.
выше), отличающихся формой спада частотной характеристики, и статистическим дифференцированием. 15.4. Характеристики системы видеоиаведеииа Основные характеристики системы видеонаведения условно можно разделить на две зруппьп общие (технические) и специальные.
К первой обычно относят разрешающую способность системы, ее световую чувствительность, световую характеристику, число передаваемых градаций яркости и др. Общие характеристики определяются в основном совокупностью свойств входящих в систему элементов и особенностями ее построения. Некоторые из общих характеристик зависят также от параметров полста (высоты и скорости] летательного аппарата, на котором установлены видеоприемники системы. Специальными характеристиками системы видеоиаведения являются зона захвата на местности, масштаб изображения, время и дальность наблюдения объектов и др. Специальные характеристики в основном зависят от параметров полета.
Кроме того, на них влияют свойства среды между ЛА и целью, а также свойства элементов видеоприемной части (объектива и первичного преобразователя). Существенное влияние на многие характеристики системы оказывают собственные шумы и внешние помехи, которые, смешиваясь с видеосигналом, искажают его и вызывают тем самым искажение воспроизводимого видеоизображения. Далее кратко рассмотрим общие характеристики систем видеонаведения, представляющихся перспективными в контексте обсуждаемых задач. К числу важнейших из них относится разрешиющия слособностль. Под разрешающей способностью системы понимается ее способность воспроизводить с предельной или заданной различимостью изображение мелких деталей.
Разрешающая способность оценивается либо максимальным числом е чередующихся тонких черных и белых линий равной ширины, укладывающихся на отрезке, равном ширине кадра и наблюдаемых на экране с заданной различимостью, либо наименьшим углом гро, под которым еще различимы с помощью системы две близкорасположенные точки изображения.
Величина, обратная <ро, называется разрешающей силой в видеосистемы. Связь между о и в определяется выражением о = в Зй а, где а — половина угла зрения видеоприемника. Из последнего соотношения следует, что при заданной 576 разрешающей способности о большее значение а может быть получено при малом угле поля зрения и наоборот. Часто разрешающую способность системы характеризуют минимальным расстоянием Ао между двумя точками (границами объекта) в районе объекта наблюдения, при котором они еще различаются раздельно.
Разрешающая способность уменьшается из-за смещения изображения за время построения кадра. Движение ЛА относительно наблюдаемого объекта является сложным. Помимо поступательного движения, несмотря на наличие системы стабилизации, происходят и угловые колебательные движения около собственного центра масс. Поэтому время экспозиции кадра Т, должно удовлетворять условию Т ( 4 а );,„/Н+ ш„,' (15.4) 577 где фо — разрешающая сила системы; )г, „— относительная скорость объекта наблюдения и ЛА в плоскости наблюдения; ючр — угловая скорость вращения аппарата относительно центра масс.
При значении Т„не удовлетворяющем условию (15.4), изображение объекта будет сильно искажено, что затруднит или сделает невозможным его обнаружение и тем более распознавание. Если распознавание объекта выполняется по нескольким кадрам, появляется дополнительное требование по стабилизации изображения объекта в поле видеоизображения на время распознавания. Так как стабилизация проблематична, вместо нее можно использовать систему, способную распознавать различные ракурсы объектов (см. ниже). Для сохранения требуемой разрешающей способности и обеспечения уверенного распознавания и слежения за объектом необходимы автоматическая компенсация смешения видеоизображения путем поворота угла зрения видеоприемников или инвариантность системы к смещению объекта в поле зрения. По существу задачи обнаружения и распознавания сводятся к одной — обнаружению самого объекта или его характерной детали на окружающем фоне.
В идеальном случае объект будет обнаружен на видеоизображении, если его проекция иа матрице окажется соизмеримой с одним элементом разложения. Практически установлено, что объект на видеоизображении может быть обнаружен лишь в том случае, когда его проекция перекрывает три — четыре, а для распознавания объекта сложной конфигурации — до 15 пикселей в обоих направлениях. Разрешающая способность системы видеонаведения зависит от многих факторов и, в частности, от принятого стандарта разложения относительной скорости перемещения ЛА и объекта наблюдения, высоты полета, времени экспозиции (формирования изображения кадра), световых характеристик оптической системы и видеоприемников и лр. Наблюдаемый объект будет обнаружен или опознан на видеоизображении, если его проекция на рабочую поверхность матрицы видеоприемиика при достаточной световой контрастности перекроет необходимое число пикселей йУ. Необходимое значение ДЯ выбирается на основе экспериментальных данных.
Так, например, при обнаружении объекта необходимо, чтобы йЯ = 3...4, а при распознанании объекта йЯ = 10... 20. Если известны число активных (в выбранном направлении) пикселей в кадре Я„линейный размер рабочей поверхности !е„, угол поля зрения оптической системы 2а, расстояние до объекта Н и необходимое число ЛУ перекрываемых проекцией изображения, то может быть получено выражение для разрешающей способности системы видеонаведения (15.5) А, = 2Н /)718 а,/Я . Из выражения (15.5) следует, что повышение разрешающей способности (уменьшение Ао) возможно при уменьшении угла поля зрения оптической системы (2а) или, что то же самое, при увеличении фокусного расстояния объектива. При распознавании объекта размером ! м на расстоянии 8 км угол поля зрения составляет 2а 1'.
Второй не менее важной характеристикой является чувствитезьность системы. Под чувствительностью понимают способность системы воспринимать видеоизображение заданного качества при низкой освещенности наблюдаемого объекта. Обычно чувствительность оценивается величиной, обратной минимальной освещенности Е а „наиболее яркого участка в плоскости объекта, при которой обеспечиваются необходимая четкость (качество воспроизведения мелких деталей и резких границ) и число передаваемых градаций яркости. Если освещенность обьекта становится меньше Е,а „„„, то происходит уменьшение отношения сигнал/шум на выходе системы, что сопровождается снижением ее разрешающей способности.
Поэтому часто в качестве критерия чувствительности системы принимают отношение сигнал/шум чг. Значение зр в конкретной системе зависит в основном от типа используемого преобразователя. Допустимое значение !у определяется требованиями к качеству изображения. В свою очередь лля обеспечения заданного качества видеоизображения необходимо, чтобы !у было не меньше некоторого порогового значения э(г„,„. В соответствии с данными табл.
15.4 часто принимают э(з,„~ = 41 дБ. Таблица 154 Едва заметен Еще допустим Не влияет Влияниешума 30-40 4! -49 > 50 э(г, дБ Известно, что освещенность объекта на местности может быть пересчитана в освещенность Ее„, его проекции на видеоприемнике по соотношению (15.3). В идеализированных условиях, когда шумы создаются только дробовыми флуьтуациями фотоэлектронного тока и полностью реализуется эффект накопления, чувствительность видеоприемника определяется выражением (!5.6) где ае — рабочая плошадь видеоприемника; /г — коэффициент пропорциональности; е — чувствительность. Из этого выражения следует, что чувствительность системы, оцениваемая величиной Еь..„зависит от разрешающей способности (характеризуемой величиной 578 Эй Ю О. о И о Г~ й ж о Ю Ю о о з о О о и о ж Я), порогового значения отношения сигнал/шум чго„в и времени экспозиции кадра 7',.
При заданных значениях Я, ч/в„в и Т, чувствительность может быть увеличена в результате повышения эффективности фотоэлектронного преобразователя е или увеличения рабочей плошади матрицы ае,. Практически оказывается, что зависимость (15.6) сохраняет свой общий вид для любого типа преобразователя, при этом изменяются лишь показатели степени у Я и значения Я, чго„в и Т,.
Это означает, что при прочих равных условиях всякое стремление к увеличению чувствительности (к уменьшению Ее чвв) связано с необходимостью уменьшения разрешающей способности или отношения сигнал/шум !)/„, . Уменьшение ч/п„в в свою очередь уменьшает разрешающую способность и число различимых гралаций яркости. Поэтому требования по чувствительности определяются такими качественными показателями, как разрешающая способность и число передаваемых градаций яркости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
