автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка методов повышения качества телевизионных изображений

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ И ВОЗМОЖНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТАКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ТЕПЛОВОГО СОСТОЯНИЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ.

1.1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ В ИНФРАКРАСНОМ УЧАСТКЕ СПЕКТРА.

1.2. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННОГО МЕТОДА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ДЛЯ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ.

1.2.1. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ.

1.2.2. ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИРОВИДИКОННЫХ ДАТЧИКОВ И ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ НА ИЗМЕРЕНИЯ.

1.2.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКОГО УЗЛА.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ УЛУЧШЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КАЧЕСТВА

ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.1. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ПОМЕХА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.1.1. УСТРАНЕНИЕ АДДИТИВНЫХ ПОМЕХ НА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ.

2.1.2. УСТРАНЕНИЕ ИМПУЛЬСНЫХ ПОМЕХ НА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЯХ.

2.1.3. МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ПОМЕХА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С СОХРАНЕНИЕМ РЕЗКИХ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ ЯРКОСТИ.

2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕЗКОСТИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.2.1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕЗКОСТИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.2.2. ГИБРИДНЫЙ МЕТОД ОКОНТУРИВАНИЯ.

2.2.3. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНОГО МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ РЕЗКОСТИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.3. КОРРЕКЦИЯ ГРАДАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВИЗИОННОГО

ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ЕГО ВОСПРИЯТИЯ НАБЛЮДАТЕЛЕМ.

2.3.1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗМЕНЕНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ГРАДАЦИЙ ЯРКОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ.

2.3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНОЙ ГРАДАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПО КРИТЕРИЮ МАКСИМАЛЬНОЙ

ИНФОРМАТИВНОСТИ ИЗОБРАЖЕНИЯ.

2.4. ЦВЕТОВОЕ КОДИРОВАНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ЦЕЛЬЮ

ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ С ОПЕРАТОРОМ.

2.4.1. СПОСОБЫ ЦВЕТОВОГО КОДИРОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

2.4.2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ УСЛОВНЫХ ЦВЕТОВ ДЛЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ НАБЛЮДАЕМЫХ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОЛЕЙ.

2.5. КОРРЕКЦИЯ ИСКАЖЕНИЙ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, СВЯЗАННЫХ С

ИНЕРЦИОННОСТЬЮ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИДИКОНА.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА СТАБИЛИЗАЦИИ

ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В РЕЖИМЕ ПАНОРАМИРОВАНИЯ.

3.1. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

3.2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ЭЛЕКТРОННОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ОТ ПИРОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВИДИКОНА В РЕЖИМЕ ПАНОРАМИРОВАНИЯ.

3.2.1. ПАРАМЕТРЫ СТАБИЛИЗАЦИИ И ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ.

3.2.2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА КАДРА.

3.2.3. ОЦЕНКА ПОЛОЖЕНИЯ ОПОРНОЙ ТОЧКИ С ПОМОЩЬЮ ПОВЕРХНОСТИ НАИМЕНЬШИХ КВАДРАТОВ.

3.2.4. ОЦЕНКА ОРИЕНТАЦИИ МОРФОЛОГИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКОЙ.

3.2.5. УТОЧНЕНИЕ ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯ ОБЪЕКТА ПРИ ПОМОЩИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВРЕМЕННЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ.

3.2.6. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ РАЗВЕРТКИ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПРОЦЕСС СТАБИЛИЗАЦИИ.

3.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РАЗМЕРОВ ЗОНЫ ПОИСКА И ЗОНЫ АНАЛИЗА С

ЦЕЛЬЮ УМЕНЬШЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ СЛОЖНОСТИ.

3.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ЗОНЫ АНАЛИЗА.

3.3.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ЗОНЫ ПОИСКА ПРИ СЪЕМКЕ С ОПТИМАЛЬНОЙ

СКОРОСТЬЮ ПАНОРАМИРОВАНИЯ.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

4.1. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДА АДДИТИВНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ

ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ПЭВМ.

4.2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДА МЕДИАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НА ПЭВМ.

4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФИЛЬТРОВ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ПОМЕХА ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С СОХРАНЕНИЕМ

РЕЗКИХ ИЗМЕНЕНИЙ УРОВНЯ ЯРКОСТИ.:.

4.4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИКИ ПРИМЕНЕНИЯ ГИБРИДНОГО МЕТОДА ПОВЫШЕНИЯ РЕЗКОСТИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.

4.5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КАЧЕСТВА ТЕПЛОВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВИДА ЕГО ГРАДАЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ.

4.6. ЦВЕТОВОЕ КОДИРОВАНИЕ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ КОНТРОЛЕ

АВАРИЙНОГО НАГРЕВА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ.

ВЫВОДЫ.

Телевизионные системы промышленного назначения применяются обычно в случае невозможности непосредственного наблюдения человеком за технологическим процессом производства, проводимыми научными исследованиями и экспериментами, проведении бесконтактных измерений и т.д. Перспективным развитием телевизионных промышленных установок явилась разработка и создание систем, работающих в инфракрасном диапазоне, ибо тепловизионное изображение предоставляет информацию о температурных полях объектов и процессов, невидимых в диапазоне излучения, воспринимаемом человеческим глазом. Это качество тепловизионных систем используется для визуализации тепловых полей в промышленности и медицинской диагностике, дистанционного определения распределения температуры в энергетике и металлургии, в аппаратуре обнаружения и регистрации специального назначения, в системах глобального экологического мониторинга, в ИК телевизионной аппаратуре для научных исследований и пр. /1/.

В последнее время наблюдается интенсивное развитие радиотехнических средств связи, и других областей техники, связанных с применением радиоэлектронной аппаратуры, что требует совершенствования средств контроля их надежности и работоспособности. В связи с этим большое значение приобретает тепловизионный контроль радиотехнического оборудования, т.к. именно с его помощью можно проводить оперативное наблюдение за состоянием удаленных и труднодоступных объектов, контролировать их температуру и иметь возможность предупреждать аварийные ситуации.

С 1989 года на кафедре телевидения и видеотехники СПбГУТ проводятся работы по созданию и совершенствованию тепловизионных систем контроля антенных сооружений и оборудования радиопередающих центров. Наблюдение за тепловым состоянием деталей антенно-мачтовых сооружений и фидерных линий позволяет выявить предаварийное состояние объек5 тов и своевременно произвести их замену /2/. Актуальность такого контроля подтвердили натурные испытания на радиопередающих центрах г. Санкт-Петербурга; полученные в процессе тепловизионного контроля изображения и послужили фактическим материалом для исследований.

Изображение, получаемое в тепловизионных системах, является монохромным, при этом яркость объектов пропорциональна их температуре. Качество такого изображения оказывается значительно ниже, чем типичного телевизионного, что связано как с самой природой изображения, так и со способом его получения. Для тепловизионных изображений (ТПВИ) характерны низкий контраст, недостаточная резкость, высокая степень зашумленности /3/. Воспроизведение таких изображений в видимом свете и рассматривание оператором неизбежно приводит к тому, что указанные принципиальные недостатки отрицательно влияют на процесс контроля и не позволяют в приемлемой для наблюдателя форме отобразить в видимом изображении полезную информацию.

Для практического использования методов тепловизионного контроля необходимо осуществлять специальную обработку тепловизионных изображений с целью повышения их качества через улучшение отдельных качественных показателей. Готовые решения из области обработки изображений в других областях техники, в тепловидении не получили распространения по причине уникальности решаемой задачи, связанной со спецификой ИК изображения и особенностями визуальной информации, получаемой в процессе тепловизионного контроля /4/.

Работы, проводившиеся в этом направлении малочисленны и не достаточно полны. Так, например, в работах /5,6/ рассматривается вопрос снижении зашумленности изображений, при этом не решена задача сохранения информации о контурах объектов. В работах /5,7/ недостаточно проработан вопрос устойчивости в условиях высокой зашумленности предлагаемых методов повышения резкости. В литературе по цветовому кодированию изо6 бражений /5,8-10/ нечетко определены требования к выбору условных цветов. Результаты указанных работ носят общий характер и не решают поставленной задачи, так как обработка тепловизионных изображений должна проводиться в тесной взаимосвязи со спецификой объектов наблюдения.

Для получения тепловизионного изображения могут применяться различные одноэлементные приемники (как правило, требующие охлаждения и имеющие оптико-механическую развертку /11/), ПЗС матрицы ИК диапазона /12/, пироэлектрические видиконы, трубки с пироэлектрической мишенью на основе эффекта модуляции тока электронного луча (РЕМЕТ) /13/. В настоящее время ПЗС матрицы ИК диапазона и приборы РЕМЕТ находятся в стадии разработки.

Использование в качестве датчика ТПВС компактного и относительно простого в эксплуатации пироэлектрического видикона (ПЭВ) в настоящее время наиболее полно отвечает требованиям, предъявляемым к системам тепловизионного контроля. Однако, работа ПЭВ в наиболее эффективном режиме, в режиме панорамирования, сопровождается перемещением объекта в поле зрения от кадра к кадру, что ухудшает восприятие таких изображений оператором и ограничивает круг возможных методов повышения их качества. Методы стабилизации изображений, полученных в режиме панорамирования ПЭВ, в настоящее время не разработаны /11,14-16/, что затрудняет решение практических задач при создании подобных тепловизионных систем контроля.

Широкое применение телевизионных систем контроля и диагностики в различных областях деятельности свидетельствуют об актуальности темы исследований — задачи исследования и разработки методов повышения качества тепловизионных изображений.

Основной целью диссертационной работы является исследование и разработка методов улучшения качественных параметров тепловизионных 7 изображений, а также разработка метода стабилизации тепловизионных изображений в режиме панорамирования.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие основные задачи:

Исследование и разработка методов повышения качества тепловизионных изображений при помощи улучшения их качественных показателей (отношение сигнал/помеха, резкость, градационная характеристика и пр.).

Разработка и исследование метода стабилизации тепловизионных изображений, полученных от пироэлектрического видикона в режиме панорамирования.

Для решения указанных задач в диссертационной работе использовались методы математического и функционального анализа, методы статистического анализа и обработки изображений, методы оптимизации радиоэлектронной аппаратуры, методы программирования на алгоритмических языках. Экспериментальные исследования проводились на комплексе цифровой обработки ИК изображений, разработанном в рамках исследований /17/, а также на ПЭВМ типа 1ВМ РС АТ с использованием методов моделирования на ЭВМ.

Объектом исследования являются тепловизионные изображения радиотехнических средств, а предметом — методы повышения качества тепловизионных изображений.

Основной материал работы приведен в четырех главах, первая из которых посвящена двум задачам: 1) анализ возможности определения с помощью ТПВИ теплового состояния радиотехнических средств, 2) анализ параметров качества тепловизионных изображений. Во второй главе решается задача исследования и разработки методов улучшения этих параметров. Третья глава диссертационной работы посвящена разработке и исследованию метода стабилизации тепловизионных изображений в режиме панора8 мирования. Результаты экспериментальных исследований содержатся в четвертой главе. Тексты программ, разработанных в процессе работы, приведены в приложении к диссертационной работе.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Метод повышения отношения сигнал/помеха тепловизионных изображений с сохранением резких изменений уровня яркости.

2. Методика применения гибридного метода повышения резкости тепловизионных изображений, обеспечивающая устойчивую работу при заданном отношении сигнал/помеха.

3. Рекомендации по выбору параметра у при коррекции градационной характеристики тепловизионного изображения, обеспечивающие наилучшее качество изображения, наблюдаемого оператором тепловизион-ной системы.

4. Метод электронной стабилизации тепловизионных изображений, полученных при съемке ИК камерой с пироэлектрическим видиконом в режиме панорамирования.

5. Обоснование размеров и конфигурации зоны анализа и зоны поиска, позволяющие минимизировать вычислительную сложность метода стабилизации тепловизионных изображений.

6. Метод определения положения опорной точки (ОТ) на теплови-зионном изображении при помощи поверхности наименьших квадратов, позволяющий минимизировать влияние шумов и пропусков данных на оценку положения ОТ. 9

128 ВЫВОДЫ

1. В результате моделирования метода аддитивной линейной фильтрации на ПЭВМ было подтверждено повышение качества тепловизи-онного изображения за счет фильтрации аддитивных шумов, обусловленных преимущественно шумами видеодатчика. В частности, для ТПВИ, полученных в задаче контроля аварийного нагрева изоляторов (п. 1.2.) оптимальный параметр фильтрации имеет значение N « 5 [см. рис. 4.2 - 4.5], при этом удается повысить отношение сигнал/шум на 7дБ (2.6).

2. Проведенное моделирование метода медианной фильтрации те-пловизионного изображения показало, что повышение устойчивости метода стабилизации ТПВИ к шумам в режиме панорамирования обеспечивается при помощи медианного фильтра (МФ) 3-го порядка с апертурой в виде квадрата. При этом (рис. 4.11) яркостные пики, которые могли быть приняты за опорную точку местности [см. п. 3.2.2], полностью устраняются и дальнейшее повышение порядка не требуется.

3. Задача подавления промышленных помех на ТПВИ наиболее эффективно решается при помощи МФ с вертикальной апертурой 3-7 порядка. Для обработки при неизвестном характере помех на изображении лучшие результаты дает применение фильтра с апертурой в виде круга за счет наименьшего количества искажений, вносимых в изображение при сохранении фильтрующей способности, близкой к фильтру с апертурой в виде квадрата.

4. В результате проведенных экспериментов было установлено, что при применении метода повышения отношения сигнал/помеха тепловизион-ных изображений с сохранением резких изменений уровня яркости к тепло-визионным изображениям, полученным в задаче аварийного контроля ан-тенно-мачтовых сооружений и фидерных линий, параметры фильтров-участников должны быть следующими: Р=60, К=2, Ь=1, при этом резкость изображения практически не изменяется, а квазибелый шум с дисперсией 10 снижается до значения дисперсии 0.4.

129

5. Предложенная в работе методика применения гибридного метода повышения резкости дает положительные результаты на ТВ изображениях, полученных в инфракрасной области спектра.

6. В результате проведения экспериментов было установлено, что повышение качества наиболее типичных ИК изображений, полученных в задачах аварийного контроля, наблюдается при проведении у- коррекции градационной характеристики при значениях у<1. Для широкого круга изображений задачи п. 1.2. наилучший результат достигается при у«0.75, при этом функциональная зависимость оценки качества изображения от показателя у показана на рис. 4.18.

7. Проведенные эксперименты подтверждают факт улучшения восприятия тепловизионной информации при ее представлении в виде по-лиизотермальных изображений, в особенности при использовании метода цветоконтрастного кодирования. Улучшение восприятия ИК изображения оператором наблюдается при использования метода непрерывного цветоко-дирования. При этом на изображении сохраняется максимальное количество температурных градаций.

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена исследованию и разработке методов повышения качества тепловизионных изображений. Анализ особенностей телевизионных изображений, полученных в ИК области спектра показал, что их качественные параметры лежат ниже типичных показателей обычных ТВ изображений и позволил определить требования к качественным параметрам ТПВИ.

Дальнейшее развитие цифровых методов обработки телевизионных, и тепловизионных в том числе, изображений, проведенное в работе, позволило повысить качество ТПВИ за счет улучшения отдельных качественных показателей. Для этого в работе проведено исследование ряда методов улучшения отдельных качественных параметров ТВ изображения, таких как степень зашумленности, резкость, контраст и передача градаций яркости применительно к изображениям, полученным в ИК области спектра.

Метод повышения отношения сигнал/помеха тепловизионных изображений с сохранением резких изменений уровня яркости позволяет значительно снизить степень зашумленности тепловизионного изображения, не влияя при этом на резкость ТПВИ — один из важнейших параметров изображения. Для разработки рекомендаций по выбору параметров фильтров-участников был проведен анализ воздействия этих параметров на процесс обработки и экспериментальное исследование на реальных инфракрасных изображениях. Результаты проведенных расчетов параметров фильтров-участников могут быть использованы для снижения степени зашумленности реальных инфракрасных изображений. Реализация этого метода на базе Медико-санитарной части №34 Механического завода позволила повысить эффективность диагностики различных заболеваний за счет снижения количества ложных результатов при расшифровке термограмм врачом функциональной диагностики.

131

В связи с тем, что для систем обнаружения и идентификации объектов немаловажной является задача повышения заметности контуров объектов на зашумленном ИК изображении, была предложена методика применения гибридного метода повышения резкости тепловизионных изображений, обеспечивающая устойчивую работу при заданном отношении сигнал/помеха. В настоящее время эта методика используется при проведении контроля качества для повышения вероятности обнаружения аварийных блоков радиопередающих устройств, выпускаемых АО "МАРТ" (Санкт-Петербург).

В работе проведено экспериментальное исследование влияния изменения градационной характеристики на качество ТПВИ. С помощью метода субъективных экспертиз было установлено, что наилучшей степени восприятия инфракрасного изображения тепловизионных систем контроля аварийного нагрева соответствуют изображения с проведенной дополнительной у-коррекцией градационной характеристики при показателе у«0.75.

Кроме того, в работе рассмотрены вопросы монохромного цветового кодирования тепловизионных изображений, и вопросы, связанные со способом получения тепловизионных изображений — в первую очередь, их искажения, обусловленные инерционностью используемого в качестве видеодатчика пироэлектрического видикона и предложено использовать для компенсации этих искажений метод гомоморфной фильтрации.

Результаты исследований методов повышения контраста., коррекции градационной характеристики и цветового кодирования тепловизионных изображений были использованы на кафедре телевидения и видеотехники при выполнении НИР тема №190-93-054 по договору с НТУ Минсвязи России раздел 4.18 «Исследование возможности повышения качества тепловизионных изображений за счет обработки их на ПЭВМ» — 1996г.> раздел 13.2

132

Исследование возможности повышения качества термоизображений для ранней диагностики состояния объектов связи» — 1997г.

Методы повышения отношения сигнал/помеха тепловизионных изображений за счет фильтрации аддитивных шумов при помощи аддитивного линейного фильтра и импульсных помех при помощи медианного фильтра были подвергнуты экспериментальной проверке. Программы, реализующие данные методы, были использованы в НИР тема №129-98-010 по договору с в/ч № 708167 «Исследование возможности повышения визуального качества видеоизображений с помощью ПЭВМ» в 1998г. при разработке программы повышения качества ТВ изображения, применение которой дало положительный результат.

Значительная часть диссертационной работы посвящена анализу методов стабилизации телевизионных изображений. Сравнительный анализ методов показал, что наиболее эффективным для тепловизионных изображений является электронный метод стабилизации с непосредственной оценкой параметров движения.

Разработан метод электронной стабилизации тепловизионных изображений, полученных при съемке пироэлектрическим видиконом в режиме панорамирования, который включает в себя предварительную обработку для устранения импульсного шума, оценку положения опорной точки (ОТ) с помощью аппроксимации квадратным полиномом и дальнейшее уточнение его положения с использованием временных зависимостей движения, оценку ориентации объекта морфологической обработкой. Метод стабилизации учитывает способ развертки изображения.

В результате проведенного анализа движения пирокамеры в режиме панорамирования и распределения яркостей тепловизионного изображения рекомендовано выбрать в качестве опорной точки наиболее нагретую область объекта контроля.

133

Проведенные исследования позволили определить, что минимальный размер зоны анализа 8 определяется в первую очередь размером объекта на мишени, функцией рассеяния тепловизионной камеры на ПЭВ и уровнем шумов на изображении. Размер зоны поиска 8Ы кроме этих факторов зависит от скорости панорамирования и ее неравномерности: SR=(M+0,4W)x(M+l,4W). Вид и расположение зон 8 и 8Я показаны на рис. 3.6. Разработанный метод стабилизации тепловизионных изображений, полученных при съемке пироэлектрическим видиконом в режиме панорамирования, позволяет создать устройства, осуществляющие стабилизацию таких изображений, и следовательно, повысить эффективность тепловизионного контроля системами на основе ПЭВ. В частности, это позволило бы использовать компактные и не требующие охлаждения приборы на основе пироэлектрических видиконов в медицинских целях, в первую очередь, для проведения выездных тепловизионных осмотров. Предложенные в работе требования к размеру и конфигурации зон поиска и анализа, и метод определения положения ОТ при помощи поверхности наименьших квадратов, позволяют минимизировать вычислительную сложность метода стабилизации и повысить его устойчивость к шумам и пропускам данных.

В целом, результаты экспериментальных работ подтверждают основные выводы теоретического исследования. Моделирование отдельных методов улучшения качественных параметров на ПЭВМ показало практическую возможность применения их для повышения эффективности тепловизионных систем контроля, обнаружения и идентификации объектов, что позволило создать комплекс аппаратуры для цифровой обработки инфракрасных изображений /17/.

Применение разработанных методов улучшения качественных параметров позволяет добиться повышения эффективности выполнения актуальной в настоящее время задачи аварийного контроля нагрева объектов. В частности, в работе показан эффект от применения разработанных методов к

134 задаче определения теплового состояния антенно-мачтовых сооружений и фидерных линий. Предложенные методы могут применяться и в других областях — медицине, энергетике, автомобильной промышленности, кроме того они могут использоваться для повышения качества обычных ТВ изображений.

Дальнейшим развитием работ в рамках данной темы может являться практическое моделирование метода электронной стабилизации тепловизи-онных изображений, полученных от пироэлектрического видикона в режиме панорамирования на реальных инфракрасных изображениях.

135

1. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. — Л.: Машиностроение, 1983. — 696 с.

2. Исследование возможности создания тепловизионной системы контроля антенных сооружений радиопередающих центров MC СССР. Тема №09689-010, № гос.рег. 01890068804, инв. № отчета 02910010959/ ЛЭИС/Научн. рук. H.A. Ерганжиев. — Л.: ЛЭИС, 1990. — 56 с.

3. Ллойд. Дж. Системы тепловидения. — М.: Мир, 1978. — 414 с.

4. Вавилов В.П. Цифровой тепловой контроль: состояние и тенденции развития.//Тепловидение. Системы и применение: межвуз. сб. научн. тр./ МИРЭА/ Под. ред. Н.Д.Куртева. — М.:МИРЭА, 1988. — С.91-100

5. Применение тепловидения в медицине, неразрушающем контроле в промышленности и обработка тепловизионных изображений: Тез. докл. "ТеМП 94". — СПб., ГОИ, 1994. — 131 с.

6. Лисогурский В.И. Противошумовая коррекция в телевизионных устройствах. — Л.: ЛЭИС, 1975. — 64 с.

7. Василейский A.C., Максимов H.A. Алгоритмы цифровой обработки изображений. — М.: МАИ, 1995. — 31 с.

8. Друзин Я.В., Ерганжиев H.A. Цветовое кодирование монохромного ТВ сигнала//Техника кино и телевидения. — 1976. — №11. — С.68-70

9. Ерганжиев H.A. Цветное телевидение в измерительной технике. — М.: Связь, 1980. —104 с.

10. Ю.Претт У. Цифровая обработка изображений. ■—М.: Мир, 1982. — 790 с.

11. П.Поскачей A.A., Чубаров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. — М.: Энергия, 1988. — 248 с.

12. Малахов И.К. Пироэлектрические видиконы//Техника кино и телевидения. — 1980. — №10. — С. 60-66

13. Журавлев A.A., Кормушкин A.B., Куракин J1.A. Один вариант построения тепловизионной системы на пироэлектрическом видиконе//Тепловидение: межвуз. сб. научн. тр./под. ред. Н.Д.Куртева. — М.:МИРЭА, 1982. — С.52-60.

14. Либенсон Б.Н., Меркин С.Ю., Станская Т.Б., Цырлин Л.Э. Использование пироэлектрических приборов в тепловизионных системах/Юптический журнал, —1997, —№6. —С. 118-120

15. Бучатский А.Н., Глыбин Б.С., Ерганжиев H.A. Комплекс аппаратуры для цифровой обработки инфракрасных изображений. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 25-29 января 1999./СП6ГУТ. — СПб, 1999. — С.84.

16. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Сравнительная оценка информативности визуальных и тепловизионных методов наблюдения в условиях теплового баланса Земли. 2. Тепловидение/Юптический журнал. — 1995. — №5.1. С.41-49

17. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение.1. М.: Мир, 1988. — 680 с.

18. Драгун В.Л., Филатов С.А. Тепловизионные системы в исследованиях тепловых процессов.— Минск: Наука и техника, 1989. — 175 с.

19. Brun Kurt. Unsichtbar und doch gesehen//Funkschau. — 1983. — №7. — P.53-56

20. Макаров A.C., Омелаев А.И., Филиппов B.JI. Введение в технику разработки и оценки сканирующих ТПВС. — Казань: Унипресс, 1998. — 320 с.

21. Канэко А., Танабэ Т., Фумото Т. И др. Разработка высокочувствительной пировидиконной камеры/ЛЬе Journal of the Institute of Television Engineers of Japan. — 1986. — №9. — P.878-885

22. Иванова B.B., Колобродов В.Г., Нестеренко И.А. Влияние модулятора на чувствительность пирокамеры/Юптический журнал. — 1994. — №2. — С.16-19

23. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. — М.: Радио и связь, 1989. —608 с.

24. Узилевский В.А. Передача, обработка и воспроизведение цветных изображений. — М.: Радио и связь, 1981. — 213 с.

25. Ван дер Зил А. Шум. Источники, описание, измерение. — М.: Сов. Радио, 1973. —229 с.

26. Бучатский А.Н., Глыбин Б.С., Ерганжиев H.A. Комплекс аппаратуры для цифровой обработки видеоизображений. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 25-29 января 1999./СП6ГУТ. — СПб, 1999. — С.85.

27. Казанцев Г.Д., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Измерительное телевидение. — М.: Высшая школа, 1994. — 288 с.

28. Бучатский А.Н. Повышение качества тепловизионных изображений при работе ИК телекамеры в режиме панорамирования. Тез. докл. 5-ой НТК138

29. Современное телевидение", Москва, 18 марта 1997./Тверской государственный университет — Тверь, 1997. — С.23.

30. Красильников H.H. Теория передачи и восприятия изображений. — М.: Радио и связь, 1986. — 287 с.

31. Цифровое кодирование телевизионных изображений/И.И.Цуккерман, Б.М.Кац, Д.С.Лебедев и др.; под ред. И.И.Цуккермана. — М.: Радио и связь, 1981. —240 с.

32. Шмаков П.В., Колин К.Т., Джакония В.Е. Стереотелевидение. — М.: Связь, 1968. —207 с.

33. Телевидение / В.Е.Джакония, А.А.Гоголь, Я.В.Друзин и др.; под. ред. В.Е.Джаконии. — М.: Радио и связь, 1997. — 640 с.

34. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. — М.: Радио и связь, 1990. —528 с.

35. Новаковский C.B., Котельников A.B. Новые системы телевидения. Цифровые методы обработки сигналов. — М.: Радио и связь, 1992. — 88 с.

36. DeForest Sherman Е. Image enhancement imroves processed video im-ages//Laser Focus World. — 1995. — № 6. — P.97-102

37. Новаковский C.B. Цвет в цветном телевидении. — M.: Радио и связь, 1988. —288 с.

38. Бейтс Р., Мак-Донелл М. Восстановление и реконструкция изображений. — М.:Мир, 1989. —333 с.

39. Бучатский А.Н. О возможности повышения качества изображения в телевизионных системах инфракрасного диапазона. Тез. докл. 7-ой НТК "Современное телевидение", Москва, 16-17 марта 1999./Тверской государственный университет — Тверь, 1999. — С.30-31.

40. Применение цифровой обработки сигналов./Под. ред. Э.Оппенгейма. — М.: Мир, 1980. —552 с.

41. Чернин С.М., Коган A.B. Измерение температуры малых тел пирометрами излучения. — М.: Энергия, 1980. — 240 с.139

42. A.c. 1529469 СССР МКИ H 04 № 3/14. Формирователь видеосигнала/ Н.Н.Беляева, Б.С.Глыбин, Н.А.Ерганжиев., В.В.Меркурьев, А.Ю.Миненко (СССР). — №4365000/24-09; Заявлено 13.01.88; Опубл. 15.12.89, Бюл. №46.

43. Александров В.А., Порфирьева H.H. Совмещение в одном алгоритме методов выделения контура с помощью нелинейного алгоритма Лапласа и по отрицательному максимуму второй производной локальной ярко-сти//Иконика. — СПб., 1992. — С.72-78

44. Александров А.М. Видеопроцессор для средств тепловой диагностики. Тез. докл. Всесоюзн. НТК "Проблемы и перспективы развития телевидения", Санкт-Петербург, 4-6 декабря 1991./Радио и связь — Москва, 1991. —С.16-19

45. Александров В.А., Гуров A.A., Кремень Н.В., Порфирьева H.H. Некоторые вопросы эффективности алгоритмов реставрации в тепловидении/Пруды ГОИ. Иконика. — 1996. — том 79. — вып. 213. — С. 154-159

46. Абламейко C.B., Лагуновский Д.М. Обработка изображений: технология, методы, применение. — Минск: Институт технической кибернетики HAH Беларуси, 1999. — 300 с.

47. Сидельников С.С. Метод измерения функции концентрации энергии телевизионных системотехника средств связи. Техника телевидения. — 1991, — Вып. 2. — С.42.

48. Сидельников С.С. Модель импульсной функции рассеяния ПЭВ и методы экспериментальной оценки ее параметров. Тез. докл. 3 Всесоюзной конференции "АСОИЗ-89", Ленинград, 1989. — Л., 1989. — С.115.140

49. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. — М.: Радио и связь, 1986. — 304 с.

50. Ни Jianming, Yan Hong, Ни Xiheng. Removal of impulse noise in highly corrupted digital images using a relaxation algorithm//Optical engineering. — 1997. —№3. —P.849-853

51. Воскобойников Ю.Е., Касьянова С.Н., Кисленко Н.П., Трофимов О.Е. Использование алгоритмов нелинейной фильтрации для улучшения качества восстанавливаемых томографических изображений//Автометрия. — 1997. — №3. — С.13-17

52. Грузман И. С. Двухэтапная фильтрация бинарных изображений//Автометрия. — 1999. — №3. — С.42-49

53. Попов С.А., Перетягин Г.И. Алгоритм сглаживания зашумленных изображений с сохранением резких перепадов двумерного сигнала//Автометрия. — 1996. — №1. — С.64-71

54. Пресняков И.Н., Сытник О.В. Комбинированный алгоритм фильтраци радиолокационных изображений//Автометрия. — 1994. — №2. — С.28-31

55. Попов П.Г. Совмещение изображений телевизионного и тепловизионного каналов//Автометрия. — 1993. — №1. — С.35-39

56. Beghdadi Azeddine, Khellaf Ammar. A noise-filtering method using a local information measure//IEEE Transactions on image processing. — 1997. — №6. — P.879-882

57. Concetti A., Jetto L. Two-dimensional recursive filtering algorithm with edge preserving properties and reduced numerical complexity//IEEE Transactions on circuits and systems — II: Analog and digital signal processing. — 1997. — №7. —P.587-591141

58. Ford S.D., Welsh B.M. Reconstruction of low-light images by use of the vector Wiener filter//Journal of the Optical Society of America. A: Optics, image, science & vision. — 1997. — № 10. — P.2678-2690

59. Law N.F., Lane R.G. Blind deconvolution using least squares minimisa-tion//Optics Communications. — 1996. — № 4-6. — P.341-352

60. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. — М.: Радио и связь, 1983.320 с.

61. Певзнер Б.М. Качество цветных телевизионных изображений. — М.: Радио и связь, 1988. — 224с.

62. Щелованов Л.Н., Кулаков П.Н., Орловский Е.Л., Медников Ю.И., Ван Юнь-фа. Воспроизведение полутонов в крупных, средних и мелких деталях телевизионного изображения/ЛГехника кино и телевидения. — 1965.12. —С. 39-46

63. Определение коэффициентов передачи телевизионных и тепловизионных приемников как элементов следящей системы/УВестник радиоэлектроники. — 1993. — №1. — С.96-111

64. Highnam Ralph, Brady Michael. Model-based image enhancement of far infrared images//IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence.1997. —№4, —P.410-415

65. Шашлов Б.А. Цвет и цветовоспроизведение. — М.: Книга, 1986. — 280 с.142

66. Беляева Н.Н. Исследование методов цветового кодирования и качества цветного изображения одноматричных телевизионных камер. Автореф. Дис. Канд. Техн. Наук. — СПб., 1995. — 15 с.

67. Бокштейн И.М. Возможности повышения резкости цветных изображений//Иконика. Цифровая обработка видеоизображений — Москва: Наука, 1989. — С.60-65

68. Марков А.Г., Захаров П.В., Коренева Л.Г. Динамическая ИК-термография в биомедицинских исследованиях.//Тепловидение. Системы и применение: межвуз. сб. научн. тр./ МИРЭА/ Под. ред. Н.Д.Куртева. — М.:МИРЭА, 1992. —С.85-91

69. Васюков В.Н. О применении гомоморфного подхода в обработке изображений//Сборник научных трудов Новосибирского государственного технического университета. — 1995. — №1. — С. 5-14

70. Березин В.В. Обработка сигнала матричного ФППЗ при определении координат малоразмерного объекта//Радиоэлектроника и связь. — 1992. — №2-3, —С. 71-76

71. Березин В.В. Исследование методов и разработка устройств электронной стабилизации телевизионных динамических изображений. Автореф. Дис. Канд. Техн. Наук. — СПб., 1995. — 16 с.

72. Hargreaves David, Vaisey Jacques. Bayesian motion estimation and interpolation in video sequences//IEEE Transactions on image processing. — 1997. — №5. —P.764-769

73. Patti Andrew J., Tekalp A. Murat, Sezan M. Ibrahim. A new motion-compensated reduced-order model Kalman filter for space-varying restoration of progressive and interlased video/ЯЕЕЕ Transactions on image processing. — 1998. — №4. — P.543-554

74. Patti Andrew J., Sezan M. Ibrahim, Tekalp A. Murat. Robust methods for high-quality stills from interlaced video in the presence of dominant mo-tion//IEEE Transactions on circuits and systems for video technology. — 1997, —№2. —P.328-341143

75. Бучатский А.Н. Улучшение контраста последовательностей ИК изображений через стабилизацию кадров и их корреляцию. Тез. докл. 6-ой НТК "Современное телевидение", Москва, 17 марта 1998./ Тверской государственный университет — Тверь, 1998. — С. 14.

76. Choi Seung-Jin, Schultz Richard R, Stevenson Robert L, Huang Yih-Fang, Liu Ruey-Wen. Contrast enhancement of missile video sequences via image stabilization and product correlation//Optical engineering. — 1995. — № 12. — P.3495-3506

77. Бучатский А.Н. Увеличение точности температурных измерений при обработке потока видеоданных пирокамеры. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 19-23 мая 1997./СП6ГУТ. — СПб, 1997. — С.31.

78. Wu Nailong. Resolution enhancement in HST image restoration//Image re-soration Newslett. — 1993. — №1. — P. 42-44

79. Фомин B.H. Оптимальные методы теории линейной фильтрации случайных процессов. — СПб.: СПбГУ, 1996. — 308 с.

80. Старовойтов В.В, Четверенько С.А. Дистанционные и морфологические преобразования в обработке изображений и кластерном анализе. — Минск: НТК, 1996. — 30 с.90.3айдель А.Н. Ошибки измерений физических величин. — Л.: Наука, 1974. — 108 с.

81. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. — М.: Высшая школа, 1998. — 575с.144

82. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений./Под. ред. Ю.Б.Зубарева, В.П.Дворковича. — М.: МЦНТИ, 1997. — 150 с.

83. Линдли К. Практическая обработка изображений на языке Си. — М.: Мир, 1996, —512 с.

84. Яншин В.В., Калинин Г.А. Обработка изображений на языке Си для IBM PC: Алгоритмы и программы. — Москва: Мир, 1994. — 241 с.

85. Бучатский А.Н. Тепловизионная система с обработкой изображения на ПЭВМ. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 20-24 мая 1996./СП6ГУТ. — СПб, 1996, — С.21.

86. Бучатский А.Н. Устройство компенсации выпадений видеосигнала. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 22-26 мая 1995./СПбГУТ. — СПб, 1995. — С.24.

87. Бучатский А.Н. О применении 2-этапных алгоритмов фильтрации при обработке изображений, полученных в ИК области спектра. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 26-30 января 1998./СП6ГУТ. — СПб, 1998. — С.81.

88. Бучатский А.Н., Ерганжиев H.A., Глыбин Б.С. Измерение температурных полей с помощью ТВ камеры ИК диапазона. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 26-30 января 1998./СП6ГУТ. — СПб, 1998. — С.80.

89. Бучатский А.Н., Беляева H.H., Ерганжиев H.A. Комплекс лабораторных работ по курсу "Телевидение". Материалы 5-й Международной конференции "Современные технологии обучения", СПб., 14 апреля 1999./СП6ГЭТУ "ЛЭТИ" — СПб, 1999. — С. 128.

90. Бучатский А., Ерганжиев Н. Цветовое кодирование тепловизионных изображений. Тез. докл. конф. на международной выставке "5-ая Санкт-Петербургская видеоярмарка", Санкт-Петербург, 30.09-3.10.1996./ИВЦ "Реал" — СПб, 1996. — С.56.

91. Бучатский А.Н. Оптимизация выбора цветной палитры при визуализации температурных полей. Тез. докл. НТК СПбГУТ, СПб, 20-24 января 1997./СПбГУТ. — СПб, 1997. — С.79.