автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Совмещение и обработка оптических и инфракрасных изображений в информационно-измерительных системах на базе матричных приборов с зарядовой связью

кандидата технических наук
Гахзар Мохаммед Абдуллах Абдуллах
город
Тамбов
год
2015
специальность ВАК РФ
05.11.16
Автореферат по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам на тему «Совмещение и обработка оптических и инфракрасных изображений в информационно-измерительных системах на базе матричных приборов с зарядовой связью»

Автореферат диссертации по теме "Совмещение и обработка оптических и инфракрасных изображений в информационно-измерительных системах на базе матричных приборов с зарядовой связью"

N

и

О

На правах рукописи

Гахзар Мохаммед Абдуллах Абдуллах

СОВМЕЩЕНИЕ И ОБРАБОТКА ОПТИЧЕСКИХ И ИНФРАКРАСНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ НА БАЗЕ МАТРИЧНЫХ ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ

Специальность 05.11.16 — Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

12 ФЕВ 2015

Тамбов-2015

005558848

005558848

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») на кафедре «Биомедицинская техника».

Научный руководитель

Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Ветров Александр Николаевич, кандидат технических наук, ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет», кафедра «Биомедицинская техника», доцент

Сушкова Людмила Тихоновна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени А. Г. и Н. Г. Столетовых», кафедра «Биомедицинские и электронные средства и технологии», заведующий кафедрой

Осовский Алексей Викторович,

кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный университет», кафедра «Управление качеством», доцент

ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет»

Защита диссертации состоится 26 марта 2015 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д.212.260.05 ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru.

Автореферат разослан « Аб » января 2015 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

Селиванова Зоя Михайловна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время существуют системы наблюдения, имеющие несколько каналов получения информации. Среди многоканальных систем наблюдения большое распространение получили системы, использующие тепловизионную и телевизионную камеры наблюдения, что неизбежно влечёт за собой увеличение времени для принятия решения. В связи с этим весьма целесообразно выводить на экран видеоконтрольного устройства общее изображение, сформированное из исходных тепловизионных и видеокадров. Существующие в настоящее время методы совмещения разно-диапазонных изображений реализуют попиксельное совмещение в различных вариантах. Это не даёт существенного увеличения информативности. Кроме того, полученное изображение может приобретать мозаичную структуру за счёт кардинальной разницы в яркостных характеристиках наблюдаемого объекта в одноимённых точках, что затрудняет восприятие изображения в целом.

Точность измерения параметров изображений должна быть повышена не только посредством совмещения разнодиапазонных изображений, но и посредством их обработки, обеспечивающей повышение информативности и устраняющей возникшие помеховые составляющие. Существующие методы совмещения изображений аппаратурно реализуются посредством ЭВМ, что не всегда удобно с точки зрения компактности, мобильности и энергозатрат. Существующая на сегодняшний день элементная база дискретно-аналоговых устройств (матричных приборов с зарядовой связью (МГТЗС)) способна решать те же задачи при малых аппаратурных затратах и в реальном масштабе времени. Таким образом, решение задач по совмещению и обработке разнодиапазонных изображений на базе матричных приборов с зарядовой связью является актуальным, поскольку позволит повысить информативность сформированных изображений и, как следствие, эффективность работы оператора.

Степень разработанности темы исследования. Информационно-измерительные системы комплексирования разнодиапазонных изображений рассматривались в работах М. С. Смагина, В. А. Войтова, А. В. Голицына, Е. В. Дегтярева, П. В. Журавлева, Г. Е. Журова и др. Существующие информационно-измерительные системы не предусматривают обработку совмещённых изображений с целью повышения их информативности.

Объект исследования: информационно-измерительные системы совмещения разнодиапазонных изображений, подверженные формированию поме-ховых структур.

Предмет исследования: метод совмещения и обработки разнодиапазонных изображений в информационно-измерительных системах на базе матричных приборов с зарядовой связью.

Методы исследования. Исследования выполнены с использованием аппарата математического моделирования, математической статистики, теории линейных дискретно-аналоговых систем, ¿-преобразования, теории информации, лабораторных и натурных экспериментов, моделирования на ЭВМ. Моделирование проводилось в среде МаУаЬ, Вог1апсШе1рЫ.

Цель работы: повышение эффективности обнаружения оператором объектов на совмещённых ИК и ТВ изображениях в информационно-измерительных системах.

Для достижения указанной цели в работе необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ состояния и возможностей существующих икони-ческих систем медицинской диагностики, исследовать характеристики изображений систем визуализации медицинского назначения, обосновать необходимость совмещения изображений от разнодиапазонных датчиков с целью повышения эффективности информационно-измерительных систем.

2. Провести анализ существующих способов совмещения изображений на предмет эффективности, ресурсного обеспечения и гибкости обработки.

3. Обосновать и разработать математическую и физическую модели способа совмещения и обработки изображений инфракрасного и оптического диапазонов.

4. Исследовать характеристики разработанного способа совмещения и обработки изображений.

5. Разработать программное обеспечение для реализации и исследования найденного способа обработки совмещённых изображений.

6. Исследовать возможности реализации предлагаемого способа посредством современных дискретно-аналоговых устройств с целью разработки малогабаритных, экономичных и гибких информационно-измерительных систем.

7. Разработать структурные схемы информационно-измерительных систем совмещения и обработки изображений на базе матричных приборов с зарядовой связью.

8. Экспериментально исследовать эффективность предлагаемого способа совмещения и обработки изображений.

Научная новизна результатов исследования:

1. Обоснован режим обработки совмещённых разнодиапазонных изображений, повышающий эффективность и усовершенствующий существующие образцы информационно-измерительных систем, отличающийся тем, что каждая нечётная строка соответствует инфракрасному изображению, а каждая чётная - телевизионному изображению с дальнейшим междустрочным обменом частей значений противоположных пикселей по алгоритму, в котором значение каждого пикселя делится в пропорции на три части, после чего две части пикселя строки суммируются с оставшимися долями противоположных пикселей соседних строк.

2. Найдены оптимальные коэффициенты деления значения пикселов на части по критерию максимальной яркости совмещённых изображений при применении предлагаемого метода обработки, позволяющего разрабатывать новый принцип построения информационно-измерительных систем, заключающийся в применении элементной базы дискретно-аналоговых устройств.

3. Обоснована реализация предложенного метода обработки совмещённых изображений в реальном масштабе времени посредством найденного режима инверсий фазных состояний матричных приборов с зарядовой связью,

суть которого состоит в делении зарядовых пакетов запоминающих ячеек на две равные части и слиянии этих половин с такими же частями деления двух соседних запоминающих ячеек после каждой процедуры инверсии. Предложенная реализация обработки совмещённых изображений на матричных приборах с зарядовой связью улучшает массо-габаритные показатели информационно-измерительных систем.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая и физическая модели способа обработки совмещённых разнодиапазонных изображений.

2. Способ обработки совмещённых изображений, позволяющий реализовать пространственную интерполяцию в реальном масштабе времени на базе матричных приборов с зарядовой связью.

3. Методики синтеза и структурные схемы пространственно-временных устройств совмещения и обработки изображений в реальном масштабе времени на базе матричных приборов с зарядовой связью.

4. Результаты экспериментальных исследований пространственных устройств обработки изображений и оценка эффективности их работы.

Теоретическая и практическая значимость работы:

1. Разработана информационно-измерительная система совмещения и обработки разнодиапазонных изображений на базе матричных приборов с зарядовой связью, отличающаяся от существующих образцов информа-циионно-измерительных систем улучшенными характеристиками по массо-габаритным показателям.

2. Экспериментально исследована эффективность предложенного способа обработки изображений, подтверждающая улучшение эксплуатационных характеристик информационно-измерительных систем по восприятию изображений оператором.

3. Экспериментально подтверждены характеристики найденного режима инверсии фазных состояний матричных приборов с зарядовой связью, реализующего обработку совмещённых изображений.

4. Разработан принцип построения и схемные решения информационно-измерительных систем совмещения и обработки разнодиапазанных изображений на базе матричных приборов с зарядовой связью.

Степень достоверности и апробация результатов исследования. Достоверность научных результатов обеспечивается полнотой анализа проблемы совмещения и обработки разнодиапазонных изображений и подтверждается корректным применением математического аппарата: математической статистики, теории линейных дискретно-аналоговых систем, г-преобразования, теории информации. Для подтверждения достоверности научных выводов в работе проведены натурные испытания по определению эффективности обнаружения объектов на совмещённых и обработанных изображениях методом перекрёстной интерполяции. Работа обсуждалась на всероссийских и международных научных конференциях: «Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы» (XXIV Всероссийская научно-техническая конференция, г. Рязань, 2012); «Медицинские информационные

системы» (XII Всероссийская научно-практическая конференция, МИС-2012. Южный федеральный университет г. Таганрог, 2012); на научных семинарах кафедр «Биомедицинская техника» ФГБОУ ВПО «ТГТУ».

Реализация и внедрение результатов работы. Основные результаты исследований использованы в учебном процессе по специальности «Инженерное дело в медико-биологической практике» на кафедре «Биомедицинская техника» по дисциплине «Электротехника и электроника» ФГБОУ ВПО «ТГТУ», а также в опытном образце медицинского термографа в совмещении с видеокамерой в ООО «Биомедтех» (г. Тамбов).

Соответствие паспорту специальности. Диссертационная работа соответствует п. 6 «Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов, частей, образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений» паспорта специальности 05.11.16 «Информационно-измерительные и управляющие системы».

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 9 публикациях, в том числе в 6 статьях в научных журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ, одна статья на английском языке в зарубежном журнале, один патент РФ на изобретение.

Объём и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, основных результатов и выводов и списка литературы; изложена на 121 странице основного текста, содержит 49 рисунков. Список литературы включает 135 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение посвящается обоснованию актуальности выбранной темы, формулировке цели работы и задач исследования.

В первой главе «Аналитический обзор принципов совмещения разно-диапазонных изображений» проанализированы перспективы тепловизионной диагностики в медицине. Проведён аналитический обзор методов привязки разнодиапазонных изображений, исследованы существующие методы синтеза изображений. Исследован общий подход к решению задачи совмещения изображений. Определены критерии качества совмещённых изображений.

Для увеличения информативности наблюдаемого оператором изображения объект может быть выделен сегментированием по признаку заданной яркости. В других направлениях наблюдений может быть реализовано простое совмещение видео- и тепловизионных изображений с дальнейшей их фильтрацией определённого типа. Машинная обработка по совмещению и фильтрации изображений в многоканальных системах наблюдения не всегда является гибкой и удобной.

Перспективным направлением является построение высоконадёжных, экономичных и малогабаритных устройств информационно-измерительных систем запоминания и обработки массивов изображений в реальном масштабе времени на базе дискретно-аналоговых систем, в частности, матричных приборах с зарядовой связью.

Во второй главе «Совмещение изображений в ипформационно-измерительиых системах от датчиков различных диапазонов частот»

показано, что повышения достоверности диагноза можно достигнуть путём применения в медицинской практике разнодиапазонной иконической аппаратуры. Особенностью применения данного способа является объединение двух графических объектов в одно целое, что, безусловно, повышает информативность полученных графических данных. Однако обычное совмещение изображений не в полной мере может быть удовлетворительной процедурой, поскольку в данном случае изображение может приобретать мозаичную структуру. Для устранения этого недостатка необходимо совмещённые изображения подвергнуть процедуре обработки.

Совмещение и обработка изображений посредством интерполяции. Чтобы объединить изображения, их перемешивают построчно и записывают в память общего изображения. Каждая чётная строка соответствует оптическому изображению, а каждая нечётная — ИК изображению.

Модель предлагаемого способа совмещения и обработка изображений посредством перекрёстной интерполяции. В смешанном изображении я-е пиксели (соседние по вертикали) соседних строк принимают значения Qti

для инфракрасного и £){ для видеоизображений (/-я и к-я — соседние строки). Далее организуется процедура междустрочного обмена частей значений противоположных пикселей по вертикали по следующему алгоритму. Значение каждого пикселя делится на три части в пропорции:

е/ = ад; + ъ<2\ + ей', й = а$к + ьд[ + сд'к,

где а, Ъ, с — коэффициенты деления, причём а + Ь +с — 1 и два коэффициента деления, по которым формируются части значений пикселов, отдаваемых соседним пикселам, должны быть равны между собой. Это условие необходимо для формирования нулевой фазочастотной характеристики.

Далее две части значения пикселя /-й строки складываются с оставшимися частями значений п-х пикселей к-й и к + 1-й строк, а две части значения пикселя складываются с оставшимися частями значений п-х пикселей /-Й и / + 1-й строк.

Математическая модель предлагаемого способа межстрочного обмена примет следующий вид:

а'+1 = + ЬО{ + с&_х, й-1 = «Й-, + Ь&ь + с0{_2,

а';'

еГ1 = ао'к + ьд: + со'+1, вг_\ = аО'к_{ + + сди,

где - состояние значения п-го пикселя строк ¡' и к после заданного проведения процедуры обмена частями значений пикселов.

Нахождение оптимальных коэффициентов деления а, Ь и с заключается в следующем. Сумма трёх коэффициентов должна равняться 1, причём два коэффициента из трёх должны быть равны. Перебираются различные значения коэффициентов, начиная с 0 до 0,49. На основании данных коэффициентов происходит процесс совмещения изображений. Для каждого из полученных 50 снимков считается суммарная яркость. Яркость изображения можно выразить как среднюю яркость всех пикселей. Яркость пикселя р вычисляется как сумма составляющих цветности красного Я, зелёного О и синего В.

По значениям яркостей исходных изображений с различными коэффициентами совмещения строится график зависимости, на основании которого выбирается максимальное значение яркости результирующего изображения (рис. 1). Найденные оптимальные коэффициенты деления составляют: а = 0,46; Ь = 0,27; с = 0,27.

Рис. 1. График изменения яркости совмещённых изображений

Передаточная характеристика имеет следующее аналитическое выражение для со - текущей частоты и Ау- интервал между пикселами:

Дсо) = соб2 ■ (2)

В случае если процедура обмена частями соседних выборок изображения больше, чем одна, иными словами п процедур при я больше единицы, то передаточная функция примет следующий вид:

А((а) = С05"^У. (3)

ШЛ у-►

Рис. 2. Графическая передаточная характеристика фильтра-интеполятора

При этом, если п —* оо , то коэффициент прямоугольности передаточной характеристики устремится к нулю. Это значит, что в спектре сигнала изображения будет выделена только постоянная составляющая изображения. Применительно к единичной процедуре режима обмена частями соседних пикселов совмещённых изображений, передаточная характеристика будет иметь графическую зависимость, представленную на рис. 2.

На рисунке 2 иЮм- нормированные значения выходных напряжений.

Коэффициент потери резкости КР интерполированного изображения определяется по значениям энергии спектральных составляющих исходного изображения Еи и обработанного изображения Е0 из следующего выражения:

КР =

Е„ - £„

(4)

Спектральную плотность исходного изображения можно аппроксимировать выражением

5(®) = .

■У

4

при со < ■

при ю

со

(5)

У в 4

Тогда с учётом выражения для коэффициента передачи при реализации режима обмена долями выборок соседних пикселов смешиваемых изображений для «-го количества обменов состояний будем иметь

®ув 2

г

°>ув 2

С 2 Л

аув 2 --®

4

V У

со,, Ау

ув 2

сое "^^-с^у; £и = | у

а>ув 2

ув 2 4 Ув

Лу, (6)

где у - нормирующий коэффициент.

Вычисление Кр в зависимости от количества обменов п производилось на ЭВМ. Результат вычислений приведён в графической зависимости на рис. 3.

Полученная зависимость (сплошная линия) показывает, что при и, превышающим 20, КР —» 1. Изображение сглажено до уровня постоянной составляющей, т.е. фоновой составляющей сформированного изображения.

0,9

0,5

КР

0,3

1

( £ 3 с ^ ^ 1

5 5 V гт^ 1

/ i |

10

12

14

16

18

20

Рис. 3. Кривая зависимости коэффициента потери резкости

Количество процедур обмена п частями значений соседних пикселов для получения определённого Кр определяется из следующего выражения:

1

к^0,7соз

2КР

(7)

Предложенный способ обработки изображений может быть реализован на базе матричных приборов с зарядовой связью. Предлагается после совмещения изображений в МПЗС производить двукратную инверсию фазных состояний МПЗС. Процедура реализует операцию смешивания совмещённых изображений в пропорциях:

& + о 4 4'

& , Й

й. 4

Это можно проиллюстрировать на примере графических моделей работы фрагмента однокоординатного ПЗС (рис. 4).

I Г

! 1 1 1

т

5. -I- "

с 03 ► л Л

1 «

«

I I

. _»

Ф1 Ф2 4>з

-4-

Запам.ячейка ) Запам.ячейка I Заппм.ячейка

1-1

t

1+1

Рис. 4. Графическая модель фрагмента однокоординатного МПЗС:

Фъ фг= Фз — шины фазных импульсов управления

Для начала рассуждений положим, что в /~й запоминающей ячейке хранится зарядовый пакет с условной величиной заряда 1. Если произвести инверсию фазных состояния ПЗС, то зарядовый пакет в силу симметрии условий разделится на две равные части и займёт потенциальные ямы в г — 1-й и / + 1-й запоминающих ячейках.

Если вторично проинвертировать фазные состояния, то обе половины зарядовых пакетов разделятся пополам и займут показанные на рис. 5 места.

I

—*

Запам. ячейка

1 1 1

■ ) I---(

• а, 1 1 /2 ,

Загшм. ячейка

т

--1

10/Р,

Заппм. ячейка 1+1

Рис. 5. Состояние зарядов в МПЗС после второй инверсии фазных состояний

(исходное состояние)

В результате получилось, что зарядовый пакет, содержащийся в одной запоминающей ячейке, распределился на две соседние запоминающие ячейки, разделившись на части как 0,250 + 0,50 + 0,250. Результат совмещения ТВ (а) и ИК (б) изображений представлен на рис. 6 и 7.

Предложенный метод совмещения и обработки изображений сохраняет преимущества видео и инфракрасных систем и увеличивает информативность результирующего изображения относительно любого из исходных изображе-

ний в шесть раз. Небезынтересным при совмещении изображений будет являться процедура наложения сегментов инфракрасного изображения на видеоизображение того же объекта.

Рис. 6. Исходные изображения:

а - ТВ изображение; б ИК изображение

Рис. 7. Изображение после построчной записи пикселей (а), итоговое изображение (б)

На видеоизображение накладывается сегментированное ИК изображение. Физическая модель по выделению теплового контраста в тепловом изображении на общем тепловом фоне показана на рис. 8.

ИК изображение можно представить в виде непрерывной поверхности f(x, у), показывающей температуру каждой точки с координатами .г и у. Контрастирующий объект имеет следующие температурные параметры: 'min - минимум температуры объекта; tmах - максимум температуры объекта. Фоновая температурная составляющая имеет условия:

фона

mm — 'среды4 ^среды' есЛИ /mjn <'Среды-

где tc.

- значение температуры окружающей среды.

Рис. 8. Физическая модель по выделению теплового контраста

Двойной интеграл функции /'(х, у) по заданной области О, кадра инфракрасного изображения задаёт уровень постоянной составляющей /'(х, у) двумерного сигнала. Это соответствует усреднённому тепловому фону:

Р{х,у)= ^/{х,у)скс1у.

о,

Полученные сегменты представляют собой температурные превышения над общим тепловым фоном. Иллюстрация процедуры вычленения фрагментов с тепловым контрастом и наложения этих фрагментов на исходное оптическое изображение показана на рис. 9.

Рис. 9. Иллюстрация процедуры наложения фрагмента ИК изображения на оптическое изображение:

а — исходное изображение видимого диапазона; б — изображение того же объекта в ИК диапазоне; в - выделенный контрастирующий сегмент ИК изображения; г — совмещённые изображения

В третьей главе «Построение устройств совмещения и обработки изображений на базе МПЗС» предложено решение задачи преобразования стандартов разложения изображений на базе МПЗС. Определена возможность формирования недостающих строк в кадре посредством применения режима инверсий фазных состояний в МПЗС. Разработан метод расстановки исходных строк в кадре. Существующие в настоящее время тепловизионные системы имеют меньшее число строк в кадре и меньшую частоту смены кадров по сравнению с видеокамерами. По этой причине кадры тепловизионных изображений необходимо преобразовывать по указанным показателям. Преобразование частоты смены кадров реализуется посредством дублирования исходных кадров, а увеличение количества строк в кадре организуется посредством пространственной интерполяции предложенным методом в МПЗС. Отношение количества строк ТВ кадра (Л'утв) к ИК исходному кадру (Л''уик) определяется по следующей зависимости:

N

^ _ ' утв

К,

(8)

Метод расстановки исходных строк в кадре с соблюдением вакантных мест для формирования новых строк приведён на рис. 10.

1-А;, >2 Ку ~ тже чисаог 2; т-Кг1

мг

2, - тройное число айда & ™

п просгршсгаеншлх интервалов Л..

% <»-1) ирострзнственннж ижерагаог Щ.

й-1 длз !%*',. «иО, да» &У

ДЬ

ЗХ} - дробное «шсао веда-О';

л- вроспивсттяшак

интервале® М*.. -яространствеиных ¡штеовайов Д1Л ала них ж~ВА жиг осхальяых

Ы,

КГ 1|

•Г:

А1:

ч-

4,- 1 <КУ< 2

К*»!!

"М, дай

з шш Щ," |>-|,

Рис. 10. Иллюстрация методики расстановки исходных строк с соблюдением вакантных мест

Предложена структурная схема устройства совмещения и обработки изображений, представленная на рис. 11. Здесь задействованы три МПЗС, которые управляются от блока управления (БУ). Сам блок управления синхронизируется синхроимпульсами от любого из сигналов изображения, поскольку они должны быть совмещены по стандартам разложения и синхронизированы. Синхроимпульсы выделяются в селекторе синхроимпульсов (ССИ) и подаются на блок управления в виде кадровых синхроимпульсов и строчных синхроимпульсов. Совмещение исходных изображений происходит в МПЗСЗ, куда с чередованием строк через двухвходовый усилитель (УС) подаются эти изображения.

Рис. 11. Структурная схема устройства совмещения и обработки изображений на базе МПЗС

Структурная схема устройства информационно-измерительной системы на базе МПЗС, реализующего процедуру выделения контрастирующих сегментов по отношению к фону инфракрасного изображения показана на рис. 12.

Рис. 12. Структурная схема по выявлению теплового контраста:

У - усилитель; ВУ - вычитающее устройство; ГИР - генератор импульсов растекания;

КСИ - кадровые синхроимпульсы

В четвёртой главе «Экспериментальная оценка пространственного интерполятора на МПЗС» описана экспериментальная проверка правильности предложенной физической модели режима инверсии фазных состояний. Результаты эксперимента показаны на рис. 2 звёздочками. Согласие с экспериментальными данными находится в пределах погрешности А < 10%. Эксперимент по определению КР проводился в соответствии с теоретическим обос-

даванием. Результаты обозначены на рис. 3 звёздочками. Расхождение результатов расчётов и эксперимента не превышают 5%. Эффективность работы оператора оценивалась по временным характеристикам обнаружения. В результате были построены четыре гистограммы (рис. 13 и 14), показывающие распределение плотности вероятности обнаружения от времени. Количественный анализ приведённых характеристик показал, что эффективность работы операторов по интерполированным изображениям выше (рис. 15).

Ре

о,-0,18 0Д6 0Д4

ода 0,1 0,0В 0,06 оди 0,01

1 г

а) 6)

Рис. 13. Гистограммы для изображений № 1:

а — совмещённые; б — интерполированные

Рис. 14. Гистограммы для изображений № 2:

а — совмещённые; б - интерполированные

На основании заранее выбранной доверительной вероятности а = 0,995 (практически достоверное событие) определялась величина доверительного интервала 2Х, в котором заключено истинное значение выборочного среднего т,.

.....щ^'5 Же'

а, = 2,1 с 2Л = 1,04 с

Результаты расчётов приведены на рис. 15, где красным цветом обозначен график функции для интерполированных изображений, а синим - для совмещённых изображений.

I-► I-»

а) б)

Рис. 15. Интегральные функции распределения вероятности обнаружения по времени для изображений № 1 (я) и № 2 (б)

Во всех случаях работы операторов с изображениями оказалось, что 2Х< а,. Значит, количества проведённых опытов было достаточно. В заключении сформулированы основные результаты работы. С целью повышения информативности совмещённых изображений необходима процедура взаимного смешивания пикселей разнодиапазонных изображений.

1. Разработаны математическая и физическая модели найденного режима обработки совмещённых разнодиапазонных изображений, повышающего их информативность относительно исходных изображений в 6 раз.

2. Найдены оптимальные значения коэффициентов деления значений ! пикселов совмещённых изображений при применении предлагаемого способа

обработки.

3. Обоснована реализация предложенного способа обработки изображе-'] ний в реальном масштабе времени на базе МПЗС посредством найденного режима инверсий фазных состояний.

4. Предложена структурная схема устройства совмещения и обработки | разнодиапазонных изображений на базе матричных приборов с зарядовой

связью.

5. Анализ результатов эксперимента по оценке эффективности работы предложенного режима смешивания изображений показал, что по интерполированным изображениям среднее значение времени обнаружения и разброс времени обнаружения уменьшились в среднем на 28,8% по сравнению с совмещённым и неинтерполированными изображениями.

6. Вероятностные характеристики обнаружения по интерполированным изображениям выше, чем по неинтерполированным в среднем в 1,3—1,5 раза.

Таким образом, в диссертационной работе решена научная задача повышения эффективности информационно-измерительной системы совмещения разнодиапазонных изображений путём повышения их информативности за счёт обработки.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в журналах из перечня ВАК при Минобрнауки РФ

1. Ветров, А. И. разработка метода визуального поиска пострадавших / А. Н. Ветров, А. А. Одинокова, А. Ю. Потлов, Д. А. Семенов, М. А. А. Гахзар // Вестник Иркутского государственного технического университета. - 2012. -№8.-С. 12-15.

2. Ветров, А. Н. Инновационный метод визуального поиска пострадавших / А. Н. Ветров, А. А. Одинокова, А. Ю. Потлов, Д. А. Семенов, М. А. А. Гахзар // Вестник новых медицинских технологий. - 2012. - Т. XIX, № 4. - С. 169-170.

3. Ветров, А. Н. Многофункциональное использование матричных приборов с зарядовой связью в системе поиска пострадавших / А. Н. Ветров, И. Ю. Артюхин, В. Ю. Ошурков, М. А. А. Гахзар // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2013. - Т. 19, № 2. - С. 298 - 303.

4. Ветров, А. Н. Совмещение инфракрасных и телевизионных изображений при медицинской диагностике / А. Н. Ветров, А. А. Осипова, М. А. Гахзар и др. // Вестник Тамбовского государственного технического университета. - 2014. - Т. 20, № 3,- С. 474 - 480.

5. Ветров, А. Н. Совмещение изображений посредством матричных приборов с зарядовой связью / А. Н. Ветров, И. Ю. Артюхин, В. Ю. Ошурков, Гахзар Мохаммед Абдуллах // Вестник Тамбовского государственного университета. - 2013. - Т. 18,- Вып. 4. - С. 1477 - 1480.

6. Ветров, А. И. Совмещение изображений от датчиков различных диапазонов частот / А. Н. Ветров, А. А. Осипова, М. А. Гахзар, И. Ю. Артюхин // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6(50). 11йр://\у\¥\у. science-education.ru/113-11589.

Публикации в материалах научных конференций

7. Модернизация телевизионной системы поиска пострадавших «система 1ю> / А. А. Одинокова, А. Ю. Потлов, Гахзар Мохаммед // Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы «Биомедсистемы-2011»: сб. материалов XXIV Всерос. науч. техн. конф. - Рязань : Рязан. гос. радио-техн. ун-т, 2012. - С. 94 - 99.

8. Гахзар, М. А. Разработка методики комплексирования систем визуализации медико-биологического назначения / М. А. Гахзар // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - № 11(163). - С. 96 - 101.

Авторские свидетельства Федеральной службы

по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам

9. Пат. 2538340 Российская Федерация. Способ совмещения изображений, полученных с помощью разнодиапазонных фотодатчиков / Ветров А. Н., Воякина И. Н., Гахзар М. А., Осипова А. А., Романовский В. И. ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 2013134646/08 ; заявл. 23.07.2013 ; опубл. 10.01.2015, Бюл. № 1.

Подписано в печать 20.01.2015. Формат 60 х 84/16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 20

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ТГТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел./факс (4752) 63-81-08, 63-81-33. E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.m