автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Исследование и разработка методов и устройств формирования информационных сигналов в системах телевизионного контроля объектов

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК И ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ВИДЕОКОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ.

1.1. Особенности функционирования современных телевизионных камер для аппаратуры видеоконтроля объектов.

1.2. Основные параметры и характеристики современных датчиков телевизионного сигнала на ПЗС.

1.3. Специфика формирования цифрового телевизионного сигнала в системах видеоконтроля объектов.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ ТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ.

2.1. Сопоставительный анализ современных телевизионных систем охраны объектов.

2.2. Специфика воздействия на оператора пространственных и временных помех коммутации сигналов изображений в современных телевизионных системах при видеоконтроле охраняемых объектов.

2.3. Исследование методов формирования информационных сигналов во внутрикадровом пространстве в системах телевизионного контроля объектов СТКО).

2.4. Методы формирования сигналов "нарушения" в телевизионных системах охраны объектов.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И УСТРОЙСТВА ТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ.

3.1. Разработка устройства формирования сигнала на входе ИС АЦП.

3.2.Распределение информационных отсчетов в пространстве видеоконтроля объектов.

3.3. Разработка устройства формирования сигналов управления и видеоконтроля для телевизионных систем охраны объектов.

Выводы к главе 3.

Г ЛАВ А4 .ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

РАЗРАБОТАННЫХ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ

ИНФОРМАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В СИСТЕМАХ

ТЕЛЕВИЗИОННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ.

4.[.Экспериментальное исследование метода внутрикадровой фильтрации и выделения отсчетов телевизионного сигнала при формировании информационных сигналов для СТКО.

4.2-Моделирование действия пятиканального пространственного фильтра с подавлением фоновых составляющих изображения для формирования отсчетов сигнала изображения.

4.3-Моделирование детектирования пороговой обработки сигнала разности и формирования сигнала управления при количестве элементов

16x16) и (32x32) импульсной характеристики пространственного фильтра.

4.4. Моделирование действия стробирования и выделения отсчетов телевизионного сигнала при формировании информационных сигналов для системы видеоконтроля объктов.

Выводы к главе 4.

Актуальность темы.

Одно из важнейших направлений развития цифровых систем прикладного телевидения связано с селекцией заданных составляющих видеоинформации и формированием соответствующих сигналов управления исполнительными устройствами, что определяет возможность создания технических комплексов, автоматически изменяющих алгоритм своего функционирования в зависимости от результатов телевизионного (ТВ) контроля.

Актуальной в настоящее время является задача создания адаптивных систем прикладного телевидения, т.е. самонастраивающихся, способных изменять свои параметры в зависимости от изменяющихся условий наблюдения. При видеоконтроле (ВК) объектов необходимо учитывать все факторы, которые могут оказывать влияние на текущие изменения составляющих ТВ изображения. При этом должно достигаться оптимальное согласование характеристик системы и объекта, что способствует решению задач объективного контроля и уменьшению числа ложных срабатываний системы. Оценка относительных изменений видеоинформации необходима при решений многих задач во вспомогательных технических комплексах промышленного, медицинского, образовательного и других назначений.

Данная тема актуальна в связи с широким использованием методов и устройства подобного типа при реализации различных систем контроля видеоинформации. Настоящая диссертационная работа в основном ориентирована на охранное телевидение, хотя ее результаты могут быть использованы при решении других задач народного хозяйства Судана.

Цель работы. Целью настоящей диссертационной работы является исследование и разработка методов формирования информационных сигналов в системах ВК объектов и разработка устройств, реализующих обработку ТВ сигнала (ТВС) при решении задач, возникающих при ВК.

Это цель достигается решением следующих научно-практических задач:

1.Проведен анализ основных особенностей функционирования, параметров и характеристик современных ТВ камер для аппаратуры ВК объектов.

2.Определена специфика формирования цифрового ТВС в системах видеоконтроля объектов СТКО.

3.Проведен сопоставительный анализ современных СТКО.

4.Исследованы особенности воздействия на оператора пространственных и временных помех коммутации сигналов изображений в современных СТКО.

5.Разработан алгоритм и проведено исследование методов формирования информационных сигналов во внутрикадровом пространстве для СТКО.

6.Разработана методика распределения информационных отсчетов в пространстве ВК объектов.

7. Разработано устройство формирования сигналов управления и видеоконтроля для ТВ системы охраны объектов.

8. Проведены экспериментальные исследования элементов устройства ВК объектов.

Методы исследования. При решении поставленных задач в работе использованы современные методы анализа, основанные на теории телевидения и радиотехники, включая элементы теории цифровой обработки и дискретизации многомерных сигналов, теории функций и функционального анализа, теории интегральных ортогональных преобразований, численного анализа и программирования.

Научная новизна

1.Проведен сопоставительный анализ современных ТВ систем охраны объектов и выявлена специфика воздействия на оператора пространственных и временных помех коммутации сигналов ТВ изображений в СТКО.

2.Разработан алгоритм и проведено исследование методов формирования информационных сигналов во внутрикадровом пространстве для СТКО. Преимуществом разработанного алгоритма является сокращение объема фиксируемых в эталонной памяти информационных отсчетов, что отражается снижением числа ложных срабатываний и упрощением реализации системы охранного телевидения.

3.Разработана методика распределения информационных отсчетов в пространстве ВК объектов.

4.Разработано устройство формирования сигналов управления и ВК для ТВ системы охраны объектов.

Практическая ценность

1. Разработан алгоритм, проведено комплексное исследование методов формирования информационных сигналов в СТКО. Использование разработанного алгоритма приводит к подавлению фоновых мешающих воздействий, что дает возможность увеличить чувствительность устройства за счет уменьшения порога по уровню при формировании сигнала "нарушений" и увеличить относительную амплитуду выделенных составляющих ТВС в заданном диапазоне пространственных частот.

2. Разработано устройство формирования сигналов управления и ВК для ТВ системы охраны объектов.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы использованы при выполнении НИР в лаборатории "Цифровой обработки ТВ сигналов" научно исследовательской части ( НИЧ) МТУСИ.

Апробация результатов работы

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно - технических конференциях профессорско -преподавательского состава, МТУСИ, МоскваД998-2001 г.г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 научных работ.

Личный вклад. Все основные научные результаты в диссертационной работе получены автором лично.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Результаты анализа основных особенностей функционирования, параметров и характеристик современных ТВ камер для аппаратуры ВК объектов.

2.Специфика формирования цифрового телевизионного сигнала в системах ВК объектов.

3.Сопоставительный анализ современных СТКО.

4.Результаты исследования особенностей воздействия пространственных и временных помех коммутации сигналов ТВ изображений на оператора в современных системах ВК объектов.

5. Разработанный алгоритм и результаты анализа методов формирования информационных сигналов во внутрикадровом пространстве для СТКО.

6.Разработанная методика распределения информационных отсчетов в пространстве ВК объектов.

7. Разработанное устройство формирования сигналов управления и ВК для ТВ системы охраны объектов.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа изложена на 187 страницах машинописного текста. Список литературы включает 60 наименований.

Основные результаты выполненной работы заключаются в следующем:

1.Проведен анализ основных особенностей функционирования, параметров и характеристик современных телевизионных камер для аппаратуры видеоконтроля объектов.

2.0пределена специфика формирования цифрового телевизионного сигнала в системах видеоконтроля объектов.

3.Проведен сопоставительный анализ современных телевизионных систем охраны объектов

4. Исследованы характеристики воздействия на оператора пространственных и временных помех коммутации сигналов изображений в современных системах видеоконтроля объектов.

5.Разработан алгоритм и проведено исследование методов формирования информационных сигналов во внутрикадровом пространстве для системы телевизионного контроля объектов.

6.Разработана методика распределения информационных отсчетов в пространстве видеоконтроля объектов.

7. Разработано устройство формирования сигналов управления и видеоконтроля для ТВ системы охраны объектов.

8. Представлены результаты экспериментального исследования разработанных методов и устройства видеоконтроля объектов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Безруков В.Н. Разработка и применение элементов теории преобразования сигналов изображений в системах прикладного телевидения. /Диссертации на соскание степени доктора технических наук.-М.: 1996.

2. Быков Р. Е. Теоретические основы телевидения.-СПб.издательство «ланы», 1998. -288 с.

3. Телевидение/ Под ред.В.Е. Джаконии.-М.: Радио связь, 2000-640 с.

4. Секен К., Темпсет М. Приборы с переносом заряда: Пер. с англ./ Под ред.В.В. Поспелова и Р. А. Суриса,- М.-Мир, 1978.-328 с.

5. Рыфтин Я.А. Телевизионная система. Теория. М.: Сов. Радио, 1967.271 с.

6. Грязин Т.Н. Системы прикладного телевидения.-СПб.: Политехника,-2000. -277 с.

7. Преобразователи изображения на приборах с зарядовой связью/ Р. Е. Быков, А. А. Манцветов, Н. Н. Степанов, Г. А. Эйссенгардт.- М., 1992.-184 с.

8. Пресс Ф. П. Формирователи видеосигнал на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1991.- 136 с.

9. The evolution of CCD Imager. Материал фирмы Sony (Япония). Author Ian Shekton.1992.

10. Барб Д. Ф., Кэмпана С. Изображающие приборы с зарядовой связью.// Достижения в технике передачи и воспроизведения изображений/ Под ред. Б. Кейзана. М.: Мир, 1984.- 180 с.

11. Приборы с зарядовой связью/ Под ред. М. Хоувза и Д. Моргана: Пер. с англ.-М.: Мир, 1984.-180 с.

12. Гоноровский И.С., Демин М. П. Радиотехнические цепи и сигналы.-м.: Радио и связь, 1994.-480 с.

13. Шостацкий Н. Н. Применение теории дискретизации для разложения изображения на матричных ПЗС//Техника средства связи. Сер.Техника телевидения.-1982.- Вып.2.-с.З-14.

14. Манцветов А. А. , Михаилов В. А. , Эйссенградт Г. А. Характеристики матричных ФППЗ в режиме суммирования зарядовых пакетов// Техника средств связи. Сер.Техника телевидения.-1990.-Вып.2.с.26-33.

15. Манцветов А. А. , Муравьев А. Ю. , Эйссенградт Г. А. Особенности передачи малоразмерных движущихся объектов матричным ФППЗ// Изв. ЛЭТИ: Сб. Научн. Тр./ Ленинград. Электротехн. Ин-т. им. В. И. Ульянова(Ленина).-1988.-Вып. 397.-C.70-74.

16. Гольденберг Л. М., Матюшкин Б. Д., Поляк М. Н. Цифровая обработка сигналов.-М.: Радио связь, 1990.-256 с.

17. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. В 2 Кн./ пер. с англ. Под ред. Д. С. Лебедева.-М.: Мир,-1982.

18. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Связь, 1990.-608 с.

19. Кривошеев М.И. Цифровое телевидение.-М.: ВЗЭИС ,-1985.-95 с.

20. Цифровое телевидение/ под.ред. М.И.Кривошеева.-М.: Радио и связь, 1980-240 с.

21. Самойлов В. Ф., Хромой Б.П. Телевидение: учебник для вузов-М.: связь, 1975.-400 с.

22. Телевизионная техника: Справ/ под ред. Ю. Б. Зубарева и Г. Л. Глориозова М.: Радио и связь, 1994.-312с.

23. Егорова С. Д., Колесник С. В. Оптико-Электронное цифровое преобразование изображений-М.: Радио и связь, 1990-528 с.

24. Хорн Б. К. Зрение роботов / пер. с англ.-М.: Мир, 1989.-487 с.

25. Системы технического зрения: Справ./ под ред. В. И.Сырямкина , С. В. Титова.-Томск: МГП " РАСКО", 1992.-376 с.

26. Е. Янке , Ф. Эмде , Ф Леш. Специальные функции. Формулы, графики, таблицы / пер с немец.-М.: Наука, 1977.-342 с.

27. Игнатьев Н. К. Дискретизация и ее приложения.- Москва: Связь, 1980.-261с.

28. Кириллов В. И., Ткаченко А. П. Телевидение и передача изображений.-Минск: вышэйшая школа, 1988.-318с.

29. Зубарев Ю.Б., Глориозов Г. Л. Передача изображений.-М.: Радио и связь, 1989.-334 с.

30. Патчек М. Цифровое телевидение. Теория и техника/ пер. с чешек.: Под ред. Л. С. Виленчика.-М.: Радио и связь, 1990.-528 с.

31. Цуккерман И. И. , Кац Б. М. , Лебедев Д. С. и Др. Цифровое кодирование телевизионных изображений.-М.: Радио и связь, 1981.240 с.

32. Красильников Н. Н. Теория передачи и восприятия изображений.-М.: радио и связь, 1986.-267 с.

33. Батраков А. С. , Летуновский А. В. Телевизионные системы-М.: МО СССР, 1986.-376 с.

34. Быков Р. Е. , Сигалов В. М., Эйссенгардт Г. А. Телевидение.-М.: Выш. шк., 1988.-248 с.

35. Грязин Г. Н. Оптико-электронные системы для обзора прстранства.-Л.: Машиностроение, 1988.-224 с.

36. Малахов И. К. Пироэлектрический видикон// Техника кино и телевидения.- 1980.- № 10- с. 60-66.

37. Курков И. Н. , Миленин Н.К. Высокочувствительнные преобразователи свет-сигнал и камеры ЦТ// Техника кино и телевидения.- 1984. №5.-с. 59.

38. Миленин Н.К. Шумы в формирователях сигналов изображения на ПЗС// Техника кино и телевидения.- 1980. №6.-с. 51-57.

39. А С №587640 (СССР) телевизионного устройство для обнаружения движущихся объектов / Е. Г. Рябова, А. А. Юрченко. Опублик. В Б.И. 1987. №1.

40. Системы технического зрения/ под ред. А. Н. Писаревского, А. Ф. Чернявского-Д.: Машиностроение, 1988.- 424 с.

41. Шайкевич Д. В. Расчет отношения сигнал/шум в телевизионных камерах на ПЗС при заданных характеристиках источника излучения// Техника средств связи. Сер.техника телевидения.-1984. -вып.4.-с.88-94.

42. Новаковский С. В., Котельников А. В. Новые системы телевидения. Цифровые методы обработки видеосигналов.- М.: Радио и связь, 1992.-88 с.

43. Смирнов А. В. Основы цифрового телевидения. -М.:« Горячая линия -Телеком », 2001.-224 с.

44. Сами Мохамед Ахмед Гараши. Формирования цифрового телевизионного сигнала в системах видеоконтроля объектов. // Депонирована в ЦНТИ «Информсвязь» № 2140, св. 99 от 27.04.1999г., с.126-139.

45. Безруков В.Н., А. М. Эльбашир, Сами Мохамед Ахмед Гараши . Формирование информационных отсчетов во внутрикадровом пространстве для системы охранного телевидения//Депонирована в ЦНТИ

46. Информсвязь» № 2190, св. 2001 от 22.05.2001, с. 79-97. Соавт.: Безруков В.Н., А.М.Эльбашир.

47. Сами Мохамед Ахмед Гараши, А.М.Эльбашир. Особенности функционирования и характеристики современных камер для аппаратуры видеоконтроля обьектов//Депонирована в ЦНТИ «Информсвязь» № 2190, св. 2001 от 22.05.2001, с. 129-154. Соавт.: А.М.Эльбашир.

48. Сами Мохамед Ахмед Гараши. Особенности формирования цифрового телевизионного сигнала в системах видеоконтроля объектов. //Тез.докл.,НТК Профессорско-преподавательского,научного и инженерно-технического состава МТУ СИ. Москва, 1999г.

49. Сами Мохамед Ахмед Гараши. Ограничение протяженности пространственного и временного спектра сигнала в системах видеоконтроля объектов.//Тез.докл.,НТК Профессорско-преподавательского,научного и инженерно-технического состава МТУ СИ.- Москва, 2000г.

50. Сами Мохамед Ахмед Гараши. Современные датчики ТВ сигнала для систем видеоконтроля объектов.//Тез.докл.,НТК Профессорско-преподавательского,научного и инженерно-технического состава МТУ СИ.- Москва, 2001г.

51. Сами Мохамед Ахмед Гараши. Методы формирования информационного сигнала в системах охранного телевидения .//Тез.докл.,НТК Профессорско-преподавательского,научного и инженерно-технического состава МТУСИ.-Москва, 2001г.173

52. Квиринг Г. Ю. Прикладное телевидение. М.: Моск. Ин-т, 1989.-88 с.

53. Горян П. С. , Метов Ф. Д. , Фисенко В. Т. Введение в цифровую обработку изображений. Л.: ЛЭИС. - 1992. - 60с.

54. Адаптивные телевизионные системы на ПЗС/ М. А. Грудзинский, А. Н. Куликов, Л. А. Хромов, А. Н. Цыцулин// Техника средств связи. Сер. Техника телевидения. 1984. - Вып. 4. -с. 3-10.

55. Безруков В.Н., Королев А.В., Ляпунов В.Н., Новаковская О.С. Выбор параметров систем телеливедения высокой визуальной четкости и качества // Техника кино и телевидения.- 1985. №10.-с. 3-9.

56. Месеро P.M., Даджон Д.Е. Двумерная цифровая фильтрация // ТИИЭР.-1975г,- Т.63, № 4.-с79.

57. Оппентайм А.В., Шеффер Р., Стокхем Т. Нелинейная фильтрация сигналов, представленных в виде произведения и свертки.- ТИИЭР.-1975г.-Т.56,с/5-34.