>>

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. В настоящее время автоматические системы обработки, анализа и обнаружения сигналов по различным характеристикам находят все большее применение в самых разных областях промышленности и жизнедеятельности. Сюда относятся системы идентификации личности, разработка различных систем обеспечения безопасности, а также разработка высокоточного оружия.

При функционировании военной техники в условиях боевых действий на ее работу влияет большое количество помех. К ним относятся оптические помехи, которые делают вооружение и механизмы противника невидимой в диапазоне длин волн, воспринимаемых человеческим глазом.

Кроме того, корпус технических средств может быть выполнен из специального материала, который не отражает радиоизлучение, делая технику невидимой для радиолокаторов. В этом случае эффективным способом обнаружить боевую технику противника является использование теплового излучения.

При регистрации системой наблюдения теплового излучения объектов пространственной сцены формируется тепловизионное изображение. Теплови- зионным называется видимое глазом изображение, яркость элементов которого соответствует интенсивности теплового (инфракрасного) излучения различных объектов наблюдаемой сцены.

В последнее время все большее внимание уделяется разработке образцов высокоточного вооружения, не требующим постоянное участие человека- оператора в наведении на цель. Использование автоматической обработки теп- ловизионных изображений позволяет отказаться от участия в наблюдении за объектами сцены оператора, что позволяет подвергать его жизнь меньшей опасности в окружающей обстановке. Кроме того, автоматизм в работе подобных систем повышает точность их работы, делая их независимыми от ошибок, которые могут быть допущены оператором. Все это делает задачу разработки информационно-измерительных систем обработки тепловизионных изображений актуальной и вместе с тем создает предпосылки для научного и технического решения подобной задачи.

Объектом исследования диссертационной работы является информационно-измерительная система регистрации и обработки тепловизионных изображений пространственной сцены.

Предметом исследования диссертационной работы являются методы цифровой обработки тепловизионных изображений, позволяющие произвести обнаружение «цели» на изображении с меньшей по сравнению с существующими методами вероятностью ошибочного определения участка сигнала, содержащего изображение «цели».

Цель диссертации: исследования информационных процессов, проте-кающих в ИИС регистрации и обработки тепловизионного сигнала и повышение точности обнаружения «цели» на тепловизионном изображении.

Для решения поставленных задач используются методы теории распознавания, теории вероятностей, и математической статистики.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи.

Анализ физических аспектов формирования тепловизионного изображения пространственной сцены и факторов, определяющих яркостные характеристики получаемого изображения. На основании анализа выявленных факторов, оказывающих влияние на формирование изображения и передачи яркости фона и «цели», а также методов обнаружения участка сигналов, обладающих определенными характеристиками формулирование вывода о необходимости разработки метода обнаружения «цели» на тепловизионном изображении.

На основании изучения статистических характеристик сигналов, составляющих тепловизионное изображение разработка его модели, учитывающей факторы, влияющие на снижение контраста на границе «фон»-«цель», при-водящее к возрастанию вероятности ошибок обнаружения «цели».

Разработка методов оценки состояния сцены тепловизионного наблюдения, учитывающего яркостные и статистические свойства локального множества пикселей на основании локальной гистограммы и эталонных гистограмм.

Разработка критерия для анализа тепловизионных изображений и оценка эффективности разработанного метода анализа тепловизионных изображений.

Разработка алгоритма ускорения выполнения гистограммного анализа изображений за счет обнаружения эффективных для анализа яркостных интервалов, а также ускорения процедуры построения гистограммы и вычисления критерия близости гистограмм.

Программная реализация и экспериментальная апробация разработанных методов анализа изображений.

Научная новизна работы состоит в следующем:

Для оценки состояния сцены тепловизионного наблюдения предложен квадратичный критерий близости гистограмм, использующий локальную гистограмму яркостей и множество эталонных гистограмм.

На основании исследования характера и параметров распределения значений гистограммы тепловизионного изображения произведена оценка ши-рины и положения эффективных для анализа яркостных интервалов.

Выполнена вероятностная и энтропийная оценка эффективности методов анализа тепловизионных изображений, основанных на использовании квадратичного критерия близости и локального максимума пикселей в пределах апертуры.

Разработана система методик, позволяющих выбрать размер апертуры обработки изображения исходя из размеров «цели» и помех на изображении, позволяющая корректировать размер апертуры, а также выполнять слежение за местоположением «цели» в последовательности кадров при ведении наблюдения за сценой.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

Разработано программное обеспечение, позволяющее выполнить имме- тационное моделирование выполнения процедуры гистограммного анализа.

Выполнено исследование характеристик тепловизионных изображений реальных сцен и показано их соответствие выбранным моделям.

Разработана методика вычисления размера апертуры исходя из размеров «цели» и помех на изображении.

Предложен вариант архитектуры вычислительной системы, выполняющей построение гистограммы и идентификацию состояния элементов тепловизионного изображения.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей тепловизионных изображений, а также имитационным моделированием алгоритма функционирования информационно-измерительной системы, выполняющей гистограммиый анализ тепловизионных изображений.

Научные положения, выносимые на защиту.

Использование квадратичного критерия близости гистограмм для определения состояния наблюдаемой сцены.

Оценка ширины и положения эффективных для анализа яркостных интервалов.

Вероятностная и энтропийная оценка эффективности методов анализа тепловизионных изображений.

Система методик, направленных на выбор рационального размера апертуры обработки, его коррекции и слежение за целью.

Реализация н внедрение результатов.

Предложенные в диссертации методы и методики согласно Акту №52/УЦ из ГУП КБП от 27.12.06 о внедрении в производство результатов научной работы реализованы автором в процессе выполнения нижеследующей ОКР по договору №17001 от 15.09.2000

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1 Всероссийская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Идеи молодых - новой России» - Тула: ТулГУ, 2004.

Гагаринские чтения - Москва: МАТИ-РГТУ им.

К.Э. Циолковского, 2004, 2005,2006.

Интеллектуальные и информационные системы. - Тула: ТулГУ, 2004.

Научная сессия НТО РЭС, посвященная Дню радио - Тула: ТулГУ, 2005,2006.

«Студенчество. Интеллект. Будущее», Межвузовская молодежная конференция, посвящ. 25-летию Камского госуд. политехи, ин-та - Наб. Челны, КамПИ, 2005.

Всероссийская конференция «Проблемы проектирования систем и комплексов» - Тула: ТулГУ, 2004,2005,2006 гг.

Всероссийская конференция, посвященная 50-летию кафедры «Системы автоматического управления» - Тула: ТулГУ, 2006 г.

Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава ТулГУ 2004,2005,2006 гг.

По теме диссертации опубликовано 19 работ, включенных в список лите-ратуры, в том числе: 4 работы с тезисами докладов на всероссийских конференциях, 15 статей.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 170 страницах машинописного текста и включающих 79 рисунков и 3 таблицы, пяти приложений на 33 страницах и списка использованной литературы из 8 наименований.

Во введении дана постановка задачи разработки информационно-измерительной системы обработки тепловизионных изображений.

В первом разделе работы рассматриваются основные этапы формирования и обработки тепловизионного изображения в информационно- измерительной системы (ИИС) регистрации и обработки тепловизионных изо- бражсний, выполняется обзор методов решения задачи обнаружения сигнала «цели». Приводится обобщенная структура ИИС.

Во втором разделе разрабатывается модель тепловизионного изображения, рассматривается статистическое обобщение сигнала - гистограмма, вводится квадратичный критерий близости, позволяющий идентифицировать состояние элемента изображения, приводятся статистические характеристики распределения значений гистограммы.. Выполнена оценка ширины анализируемых яркостных интервалов.

В третьем разделе рассматриваются различные случаи взаимного расположения апертуры и «цели», вводится ограничение на максимальный размер апертуры. Разработана методика выбора рационального размера апертуры. Выполнен поиск эффективных для анализа яркостных интервалов.

В четвертом разделе вычислено значение математического ожидания квадратичного критерия близости. Рассматриваются вероятностные и энтпро- пнйные характеристики различных алгоритмов обнаружения «цели».

В пятом разделе выполнено исследование тепловизионных изображений реальных сцен, показано их соответствие выбранным моделям, оценены вероятностные характеристики алгоритма гистограммного анализа. Показана вы-числительная эффективность разработанного алгоритма рекуррентного вычисления квадратичного критерия близости. Предлагается алгоритм рекуррентного вычисления критерия близости гистограмм, разработан метод пост-обработки данных тепловизионного наблюдения.

В заключении сделаны выводы по работе в целом.

| >>
Источник: СОКОЛОВ Василий Алексеевич. ГИСТОГРАММНЫЙ АНАЛИЗ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ. 2007

Еще по теме ВВЕДЕНИЕ:

  1. Статья 314. Незаконное введение в организм наркотических средств, психотропных веществ или их аналогов
  2. ВВЕДЕНИЕ История нашего государства и права — одна из важнейших дисциплин в системе
  3. ВВЕДЕНИЕ
  4. Мысли об организации немецкой военной экономикиВведение
  5.   ПРЕДИСЛОВИЕ [к работе К. Маркса «К критике гегелевской философии права. Введение»] 1887  
  6. Под редакцией доктора юридических наук, профессора А.П. СЕРГЕЕВА Введение
  7. ВВЕДЕНИЕ
  8. Введение
  9. Введение
  10. ВВЕДЕНИЕ
  11. Введение
  12. Введение
  13. Введение
  14. ВВЕДЕНИЕ
  15. Введение
  16. ВВЕДЕНИЕ
  17. ВВЕДЕНИЕ
  18. ВВЕДЕНИЕ
  19. ВВЕДЕНИЕ