Исследование и разработка методов повышения качества телевизионных изображений

• Автор: Бучатский, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 05.12.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 175 с. : ил

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 АД ДИТИВНОЙ 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
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2.
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 объек-

Общей чертой изложенных алгоритмов является хорошее подавление импульсных шумов (при сохранении РИУ) и эффективная фильтрация низкоамплитудных шумов. Это позволяет рекомендовать рассматриваемые фильтры для обработки тепловизионных изображений путем замены в (2.11)
<р,,1 =рЛх1>У{)-
Приведем рекомендации для выбора параметров фильтров-участников КФ2 применительно к обработке тепловизионных данных. Выбор «пороговой» величины F в описанных фильтрах играет определяющую роль в сохранении резких изменений уровня (РИУ) сигнала.
Если в обрабатываемом сигнале необходимо отфильтровать квазибелый шум с дисперсией а] то Р = Зст,; если необходимо сохранить РИУ с амплитудой Н и более, то
F = H+3<т„. (2.16)
Если дисперсия шума а2 в точке j не известна, то в качестве оценки можно взять величину /56
a] =med(щ ~?>"|/0,67745)2. (2.17)
Выбор параметров К и L зависит непосредственно от структуры обрабатываемого сигнала. Частота появления импульсов шума определяет параметр L соотношением:
2L+l>Nu, (2.18)
где Nu — число импульсов, попадающих с достаточно большой вероятностью в апертуру медианного фильтра. Выбор этой величины должен быть произведен в зависимости от конкретного кадра, либо по накопленной статистике изображений.
Как известно, усредняющий фильтр с размером окна пхп элементов подавляет шум с дисперсией и нулевым средним до значения дисперсии а2ш/п2, (2.19)