WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Дополнительный выигрыш в точности воспроизведения амплитуды с помощью АЦП или уменьшение его разрядности можно получить за счет использования НВУ с U(V), превращающей распределение плотности W(U) в равномерное: dU/Umax = W1(V)dV, тогда следует:

(7)

При тематической обработке изображений с помощью НВУ необходимо согласовывать динамические диапазоны АЦП с критическими областями принятия статистического решения о наличии тематической цели. Пример такой передаточной характеристики НВУ представлен на рис. 2. В общем случае, на одних участках шкалы можно использовать её сжатие, а на других - растяжение. При радиометрических измерениях нелинейность компрессора U1(V) восстанавливают аналоговым или алгоритмическим цифровым способом последовательно включенной второй нелинейностью U2(V). Это возможно, если амплитудные характеристики U1(V) и U2(V) являются однозначными взаимно обратными функциями V, для которых выполняется соотношение

U1 [U2(V)] = U2 [U1(V)] = V.

В третьей главе представлена техническая реализация новых методов повышения яркостного (температурного) разрешения оптико-механических сканеров с построчной разверткой [8, 9]. Обобщенная структурная схема ОЭС сканера, в которой реализуются предложенные в главе 2 алгоритмы накопления видеосигнала, представлена на рис. 3.

Она состоит из последовательно соединенных оптической системы 1, осуществляющей построчное сканирование и фокусировку изображения, модулятора-фильтра 2 пространственных частот и фотоприемного устройства 3.

Модулятор 2, устанавливаемый в области действительного изображения, состоит из последовательно соединенных диафрагмы 4, ограничивающей пространственную область накопления энергии сигнала, модулятора пространственных частот 5 в виде неравномерной дифракционной решетки и, возможно, оптического коллектива 6, формирующего выходной зрачок 7 оптической системы. Плоскость выходного зрачка 7 совмещена с фоточувствительной поверхностью одноэлементного фотодетектора 8, размеры которого полностью перекрывают выходной зрачок. Использование коллектива, формирующего выходной зрачок, позволяет устранить зависимость качества сжатия видеосигнала от влияния неоднородностей квантовой эффективности в разных точках фоточувствительной площадки детектора (зонной характеристики чувствительности).

Закон сканирования и ориентация «длинного» фотоприемника в оптико-механическом сканере с построчной разверткой представлен на рис. 4.

Предложена реализация двухканального метода растрового формирования «положительных» и «отрицательных» дискретов импульсной характеристики h(t) ОЭС оптических сканеров с построчной разверткой. Модулятор пространственных частот представляет собой одномерный растр, содержащий прозрачные и отражающие лепестки. Отсутствие коллектива, образующего выходной зрачок, повышает требование к однородности зонной характеристики двух фотодетекторов. От этого недостатка свободна дифференциальная схема растрового формирователя сложного видеоотклика с двумя детекторами, установливаемыми в выходном зрачке оптической системы.

Рассмотрена реализация режима ВЗН в малоэлементном (от 4 до 40 элементов) матричном фотоприемном устройстве с использованием коммутируемых накапливающих конденсаторов [7]. В отличие от применяемого в ПЗС-структурах режима «пожарных ячеек» автором использован новый метод синхронного сопровождения каждого пиксела одним «бегущим по кругу накопителем» заряда (round-flying capacity).

Четвёртая глава посвящена виртуальному и натурному моделированию формирования построчного импульсного видеоотклика ОЭС с большой базой с его последующим сжатием для подтверждения возможности повышения яркостного (температурного) разрешения многоспектральных оптических сканеров с построчной разверткой [3…6]. Моделирование производилось в программной среде «Electronics Workbench» с выбором параметров ОЭС, соответствующих реальному сканеру. Моделировалась структура «отражательно-пропускательного» типа реального двухканального формирователя видеоотклика ОЭС, на первом из выходов которого выделяются только положительные, а на втором только отрицательные элементы кода. Разработанные алгоритмы когерентного сжатия импульсного видеоотклика ОЭС были применены в экспериментальном макете тепловизионной сканирующей аппаратуры в рамках НИОКР по тематикам «СПОЛОХ» и «КОСТЕР» предприятия ФГУП РНИИКП, в создании которого автор принимал непосредственное участие. При экспериментальной отработке методов сжатия некогерентных оптических сигналов ОЭС в макете в качестве весовых коэффициентов при модуляции использовался код Баркера с базой B, равной 5. Полученные и обработанные тепловые изображения иллюстрируют хорошее совпадение экспериментальных результатов с теоретическими выводами автора (теоретическое улучшение С/Ш должно составлять в B1/2 т. е. 2,23 раза, а полученное улучшение С/Ш составило 2,1 раза).С помощью аппаратуры тепловизионной съемки, разработанной автором, и программного обеспечения «TeploScan», разработанного РГРТА (г. Рязань), были проведены натурные съемки подвижного состава железнодорожного транспорта, подтвердившие эффективность выявления дефектов в колесных парах.

Заключение

1. Для решения научно-технической задачи многократного повышения яркостной (температурной) разрешающей способности оптико-механических сканеров с построчной разверткой автором предложен, теоретически и экспериментально обоснован новый метод их построения, отличающийся от известных использованием «длинных» одноэлементных фотодетекторов, вытянутых вдоль строки в В раз по сравнению с их поперечным размером, В >>1.

2. Теоретически и экспериментально обосновано применение в оптико-механических сканерах с построчной разверткой с «длинными» фотодетекторами нового метода когерентного сжатия сложного импульсного видеоотклика ОЭС сканера, в соответствии с которым выбирают кодовую последовательность с базой В, обеспечивающей заданную кратность увеличения отношения «сигнал-шум»; посредством пространственной модуляции кодируют по закону выбранной последовательности текущие оптические сигналы изображения, бегущего в пределах мгновенного углового поля сканера, согласованного с размерами «длинного» фотодетектора; детектируют оптические сигналы, а полученные видеосигналы с базой, равной В, подвергают взаимной корреляции с опорными сигналами, выбранными с целью минимизации боковых лепестков АКФ (ВКФ).

3. Разработаны, теоретически обоснованы и определены пути технической реализации алгоритмов накопления видеосигналов методом сжатия импульсного видеоотклика ОЭС сканера по п. 1 с использованием либо известных усеченных кодов, отличающихся уменьшенным уровнем боковых лепестков АКФ (ВКФ), например, кодов Баркера или Голея, либо известного метода неоптимальной линейной фильтрации кодов, предложенного Н.И. Амиантовым.

4. Разработан, теоретически и экспериментально обоснован новый алгоритм дополнительного снижения уровня боковых лепестков АКФ (ВКФ) импульсного видеоотклика ОЭС сканера по п. 1 посредством взвешенного суммирования этих АКФ (ВКФ), задержанных относительно друг друга в соответствии с расположением их боковых лепестков.

5. Разработан, теоретически и экспериментально обоснован новый алгоритм дополнительного снижения или, теоретически, полной компенсации боковых лепестков АКФ (ВКФ) импульсного видеоотклика за счет его формирования в двух параллельных каналах, в одном из которых содержатся только, условно, «положительные» кодовые дискреты, а в другом – только «отрицательные». Алгоритм позволяет выделить необходимый для компенсации боковых лепестков АКФ (ВКФ) видеоимпульс одиночного дискрета либо их малоимпульсные комбинации.

6. Разработан метод инженерного расчета параметров шумов на выходе сжимающих фильтров, с помощью которого им было, в частности, доказано, что предложенные способы многократного дополнительного уменьшения боковых лепестков АКФ (ВКФ) по сравнению с результатами процедуры согласованной фильтрации всегда связаны с аналитически определяемым, но незначительным снижением величины отношения «сигнал-шум».

7. С целью минимизации потерь информации при последующей цифровой обработке изображений с учетом статистик отсчетов фотонов автор аналитически и численно исследовал амплитудные характеристики нелинейных видеоусилителей, которые следует устанавливать перед АЦП. Автором показано, что для максимального снижения уровня шумов электронного квантования нужно, чтобы величина младшего значащего разряда (МЗР) аналогово-цифрового преобразователя, подключенного к выходу нелинейного видеоусилителя, была всегда согласована с величиной статистически разрешаемой градации амплитуды на любом уровне истинного значения последней.

8. Разработаны новые алгоритмы для расчетов амплитудных характеристик (типа lnV, V1/2) нелинейных видеоусилителей, которые следует подключать ко входам аналогово-цифровых преобразователей (АЦП) для стабилизации уровней мощностей суммы внутреннего, а также классического и квантового шумов на их входах с целью минимизации влияния шумов квантования при последующей цифровой обработке изображений.

9. Разработан новый алгоритм для расчета количества статистически различимых градаций яркости изображения в заданном динамическом диапазоне сигналов по заданным статистикам всех компонентов шумов, в общем случае нестационарных.

10. Рекомендовано при тематической многоспектральной или гиперспектральной обработке изображений с помощью нелинейных видеоусилителей, подключаемых ко входам АЦП, (в общем случае, многоканального), согласовывать динамические диапазоны упомянутых АЦП с критическими областями принятия статистического решения о наличии тематической цели.

Приложение содержит программу, разработанную автором, служащую для оперативного вычисления АКФ нециклических видеосигналов с большой базой, а также расчета трансформаций этих функций при изменениях числа и фаз элементов (дискретов) бинарных кодовых последовательностей конечной длины.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

  1. Воробьев В.И., Гектин Ю.М., Гуськов А.В., Фролов А. Г., Нелинейная коррекция амплитудной шкалы при цифровой тематической обработке изображений М.: Вестник МЭИ, Изд. МЭИ, №1, 2003, С.84-88.
  2. Гуськов А.В., Фролов А.Г. Алгоритмы улучшения многоспектральных изображений разного качества и оценки их точности // Радиотехника, электроника и энергетика: Тез. докл. Девятой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов 4-5 марта 2003г.. В 3-х т. Т. 1. – Издательство МЭИ, 2003 г. – С.23.
  3. Гуськов А.В., Фролов А.Г. Оптимизация импульсной характеристики линейки ИК-фотодетекторов в режиме временной задержки и накопления // Радиотехника, электроника и энергетика: Тез. Докл. Девятой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов 4-5 марта 2003г.. В 3-х т. Т. 1. – Издательство МЭИ, 2003 г. – С.24.
  4. Гуськов А.В., Фролов А.Г. Экспериментальные исследования параметров электронного корректора импульсной характеристики фотодетектора // Радиотехника, электроника и энергетика: Тез. Докл. Девятой междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов 4-5 марта 2003г. В 3-х т. Т. 1. – Издательство МЭИ, 2003 г. – С.24.
  5. Гуськов А.В., Фролов А.Г. Сравнение методов программно-аппаратурного моделирования искажающих линейных фильтров // Радиотехника, электроника и энергетика: Тез. Докл. Десятой Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов 4-5 марта 2003г.. В 3-х т.: МЭИ, 2004. Т. 1. – С.33.
  6. Гуськов А.В., Фролов А.Г. Восстановление построчных изображений с помощью многокаскадного усилителя с лестничной структурой селективных обратных связей // Радиотехника, электроника и энергетика: Тез. докл. Двенадцатая Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов 2-3 марта 2006 г.. В 3-х т. – М.: МЭИ, 2006. Т. 1. – С.33.
  7. Прокофьев П.Р., Фролов А.Г. Повышение отношения «сигнал-шум» в инфракрасных системах дистанционного зондирования // 51-я научно-техническая конференция МИРЭА. Сборник трудов. Часть II. Физико-математические науки. Технические науки. Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет) - М., 2002 г. – С.35 – 39.
  8. А. Г. Фролов. Реализация шенноновского режима восстановления ИК-изображений в сканирующих радиометрах с ВЗН-фотодетекторами. Тезисы докладов научно-технической конференции ФГУП «РНИИ КП» 26-29 мая 2003 г. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. – С.194.
  9. А. Г. Фролов. Практическая реализация методов повышения яркостного (температурного) разрешения сканирующих радиометров. Тезисы докладов научно-технической конференции ФГУП «РНИИ КП» посвященной 60 – летию предприятия, 10 – 12 октября 2006г. – М.: РФФИ, 2006. – С.353.
  10. Акимов Н. П., Гектин Ю. М., Смелянский М. Б., Фролов А. Г. «ИК-радиометры нового поколения на основе многоэлементных приемников излучения» М.: Мехатроника, автоматизация, управление №5, 2007. Приложение, Изд. «Новые технологии», С.2 – 5.

Печ. л. Тираж Заказ

Типография МЭИ, Москва, Красноказарменная ул., 13.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»