СОВРЕМЕННЫE АЛГОРИТМЫ И МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ СПЕКТРОЗОНАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

Существующие алгоритмы и методы обработки спектрозональных изображений используются для решения широкого спектра задач прикладного телевидения:

- слежение за наблюдаемыми объектами;

- определение спектральных признаков и последующая классификация объектов наблюдения;

- измерение и определение пространственных и геометрических признаков объектов наблюдения;

- представление и визуализация изображения, недоступного в видимом диапазоне;

Для решения этих и подобных задач от системы спектрозонального телевидения требуется обнаружение, распознавание, классификация, и сопровождение объектов, из чего возникают высокие требования к спектральным, временным, энергетическим параметрам. Рассмотрим требования, предъявляемые к средствам обработки спектрозональных изображений:

1. Возможность работы средств обработки в требуемых зонах спектра;

2. Обеспечение высокого разрешения во всех спектральных диапазонах;

3. Высокие требования к оптической системе спектрозональной системы;

4. Получение изображения высокого качества после обработки;

Метод обработки спектрозональных изображений

Обработка спектрозональных изображений состоит из нескольких этапов: предварительная обработка изображения, сегментация, последующая фильтрация и его распознавание.

При обработке сложных спектрозональных изображений возникает ряд проблем:

- представленные изображения обладают сложным фоном;

- отличие входных изображений от эталонных;

- искажения и помехи на изображении;

- неоднородная освещенность;

На рисунке 1 показаны основные этапы, происходящие при обработке спектрозональных изображений

Рисунок 1. Основные этапы обработки в спектрозональных изображениях

Восприятие спектрозонального изображения является первым этапом при обработке. На этапе восприятия происходит считывание изображений со всех каналов системы, работающих в разных областях спектра, и передача их для начала обработки.

Предварительная обработка является обязательным этапом, который направлен на подавление нежелательных шумов и уменьшения помех, влияющих негативно [2, с. 496].

Сегментация изображения подразумевает под собой поиск одинаковых частей на изображении.

Фильтрация изображения служит для улучшения изображения путем удаления шумов, возникших на предыдущих этапах обработки изображения.

Распознавание, последний этап обработки изображения. Входным сигналом служат выделенные в ходе этапа сегментации изображения.

Классификация систем спектрозонального телевидения

Классификация систем спектрозонального телевидения осуществляется исходя из различных показателей и параметров построения ТВ-системы [1, с. 68]. Современные устройства спектрозонального телевидения используют либо один датчик, работающий во всех спектральных диапазонах, либо несколько датчиков, работающих на различных диапазонах, в ходе чего происходит разделение на одноканальные, двухканальные или многоканальные системы. По принципу работы системы разделяются на оптико-механические, электронные, покадровые и др. По способу формирования и передачи видеосигналов, последовательными, одновременными и последовательно-одновременными.

Рисунок 2. Классификация систем спектрозонального телевидения

На рисунке 2 продемонстрирована классификация различных спектральных телевизионных систем. Последовательные системы спектрозонального телевидения строятся по одноканальной схеме, а двухканальные или многоканальные служат для преобразования лучистого потока в одновременных системах. В системах с одним каналом формирование видеосигналов происходит последовательно во времени. В системах с двумя и более каналами формирование видеосигналов происходит одновременно по нескольким каналам системы.

Преимуществами одноканальных систем спектрозонального телевидения перед системами с несколькими каналами являются:

-  один матричный фотоприемник лучистого потока;

- полоса частот канала для передачи видеосигнала меньше чем в системах с несколькими каналами;

- меньшие габариты и вес передающей камеры;

- меньшое энергопотребление.

Недостатки одноканальных систем следующие:

- формирование и передача видеосигналов последовательно по времени;

- увеличенное время передачи видеосигналов в n раз;

Выбор схемы построения системы спектрозонального телевидения следует из схемы наблюдения и анализа объектов, режимом работы и другими факторами.

Разновидности и особенности спектрозональных изображений

Под спектрозональным оптическим изображением имеется ввиду изображения [3, с. 20], полученное путем регистрации множества зон регистрации лучистого потока.

На рисунке 2 представлены разновидности спектрозональных изображений. При формировании сигнала различных спектрозональных изображений используются соответствующие спектрозональные ТВ-камеры, в мобильном или стационарном исполнении [4, с. 251]. В камерах может осуществляться формирование двумерных, объемных или многоракурсных спектрозональных изображений.

Рисунок 3. Разновидности спектрозональных изображений

По числу спектральных зон регистрации светового потока, источники видеосигналов, условно разделяются на три класса систем формирования сигналов спектрозональных изображений в ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областях спектра:

- системы с одной зоной регистрации;

- системы с двумя зонами регистрации;

- многоканальные системы с тремя и более зонами регистрации.

Исходя из вышеперечисленного стоит выделить основные задачи, возникающие при создании и моделировании средств обработки спектрозональных телевизионных изображений:

1. Улучшение спектрозональной оптики путем создания новых материалов используемых в изготовлении объективов, повышения разрешающей способности для улучшения качества работы

2. Модернизация алгоритмов сегментации и фильтрации изображений

3. Уменьшение энергопотребления системы обработки изображений

Список литературы:

1. Ковин С. Д., Сагдуллаев Ю. С., Галиев А. Л. Телевизионные датчики для визуального анализа объектов земной поверхности. Журнал промышленные АСУ и контроллеры. № 9. – М., 2014. – С. 68-71.
2. Потапов, А.А. Новейшие методы обработки изображений / А.А. Потапов, Ю.В. Гуляев, С.А. Никитов, А.А. Пахомов, В.А. Герман // Под ред. А.А. Потапова. – М.: Физматлит, 2008. – 496 с.
3. Сагдуллаев Ю.С. Вещательное и прикладное телевидение. Вчера, сегодня, завтра. Журнал Техника средств связи. Серия техника телевидения. – М., 2015. – С. 20-25
4. Сагдуллаев Ю.С., Ковин С. Д. Восприятие и анализ разноспектральных изображений. – М., 2016. – 251 с.