Адаптивный видеодатчик с пространственно-временной фильтрацией на базе КМОП приемника излучения с активными пикселями

• Автор: Яковлева, Вера Сергеевна
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 116 с. : ил.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ФИЛЬТРАЦИИ 10 ШУМОВ В ВИДЕОДАТЧИКАХ
1.1 Методы фильтрации шумов в видеодатчиках
1.1.1 Снижение уровня пространственных шумов
1Л.2 Снижение уровня временных шумов
1.2 Устройства фильтрации шумов в видеодатчиках
1.2.1 Снижение уровня внутренних шумов видеодатчика
1.2.2 Снижение уровня внешних шумов и фона в видеодатчиках
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АДАПТИВНОГО 33 ВИДЕОДАТЧИКА С ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ
2.1 Математическая модель ввода изображения
2.1.1 Математическая модель рабочей сцены
2.1.2 Математическая модель КМОП приемника излучения
2.1.3 Математическая модель аналого-цифрового преобразования
2.2 Математическая модель пространственно-временной фильтрации
изображения
2.2.1 Математическая модель формирования внутрипиксельных
коэффициентов усиления на основе метода калмановской фильтрации
2.2.2 Математическая модель формирования внутрипиксельных
коэффициентов усиления на основе метода алгоритмического
конструирования
2.2.3 Математическая модель компенсации размытости изображения
ГЛАВА 3. АНАЛИЗ СПОСОБОВ ОЦЕНКИ СНИЖЕНИЯ УРОВНЯ 69 ШУМА И СИНТЕЗ АДАПТИВНОГО ВИДЕОДАТЧИКА С ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ
3.1 Анализ способов оценки снижения уровня шума в видеодатчиках

3.2 Разработка методов снижения уровня пространственно
временных шумов в адаптивном видеодатчике
3.2.1 Метод и алгоритм пространственно-временной фильтрации с 72 адаптацией к внешней освещенности
3.2.2 Метод компенсации размытости изображения
3.3 Синтез адаптивного видеодатчика с пространственно-временной
фильтрацией
3.3.1 Устройство пространственно-временной фильтрации сигнала
3.3.2 Устройство компенсации размытости изображения
3.3.3 Адаптивный видеодатчик с аппаратной коррекцией
внутрипиксельных коэффициентов усиления КМОП приемника излучения
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ
АДАПТАТИВНОГО ВИДЕОДАТЧИКА С ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ФИЛЬТРАЦИЕЙ
4.1 Аппаратно-программный комплекс для испытаний адаптивного
видеодатчика
4.2 Методика проведения испытаний адаптивного видеодатчика
4.2.1 Нахождение отношения сигнал/шум видеодатчика
4.2.2 Определение субъективной оценки качества изображений,
формируемых видеодатчиком
4.3 Экспериментальное определение основных параметров
адаптивного видеодатчика
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Актуальность. В настоящее время видеодатчики применяются в различных отраслях науки, техники, и промышленности: в системах управления технологическими процессами, в биомедицинских системах, системах наблюдения, охраны и безопасности, бытовых видеокамерах, фотоаппаратах, мобильных телефонах и т.д.
Перспективным подходом к созданию видеодатчиков является их разработка на базе КМОП приемников излучения (ПИ). В таких видеодатчиках имеется возможность осуществления предварительной обработки визуальной информации в процессе ее восприятия за счет объединения в пределах одной микросхемы фотоприемника, устройств развертки, квантования и модулей, реализующих важнейшие процедуры обработки изображения, в частности, фильтрацию.
Основным недостатком видеодатчиков на базе КМОП ПИ является наличие шумов на получаемом изображении, что обусловливается как особенностями функционирования отдельных узлов прибора, так и внешними условиями (изменение освещенности, движение камеры или объектов рабочей сцены). Существующие алгоритмы фильтрации сигнала в видеодатчиках позволяют воздействовать только на определенный вид шума (пространственный или временной). В свою очередь в алгоритмы временной фильтрации часто необходимо встраивать процедуры компенсации размытости изображений движущихся объектов. Кроме того, априорная неопределенность условий функционирования вызывает необходимость адаптации видеодатчика к изменяющейся внешней освещенности. В то же время до сих пор не разработаны алгоритмы пространственно-временной фильтрации сигнала в видеодатчиках на базе КМОП ПИ, адаптивные к изменению внешней освещенности и движению объектов.
Создание адаптивного видеодатчика с пространственно-временной фильтрацией сигнала на основе метода алгоритмического конструирования позволяет производить автоматическую настройку параметров видеодатчика,

где Р(к-/к-)~ ковариационная матрица ошибки после фильтрации на
(к-1) шаге. Применительно к обозначениям, принятым выше,
Р(к/к) = Р(к).
Тогда уравнение (2.58) перепишется в следующем виде:
Р(к,к) = Р(к,к-)-КХтР(к,к-)-Р(к,к-)ХКг + +К[Х,Р(к,к-1)Х + с2]Кт.
Для нахождения вектора коэффициентов передачи фильтра Калмана К [к) необходимо выделить полный квадрат относительно него. Введем для этого вспомогательные матрицы в и И такие, что:
= К[5.8 |К К|.ЧК;)-[ЬК | К - КК;.
Положив в (2.61):
$8'' = ХгР(к/к-1)Х + а2, (2.62)
= Хт?(к/к-), (2.63)
получим
[КЗ - Н][К8 - И]г = К[Х7 Р(к/к - 1)Х + о2]Кг +
+КХР[к/к - Г) - Р7 (к/к - 1)ХК7 + ЯК7'.
Отметим некоторое свойство матрицы ковариации ошибки. Рассмотрим элементы матрицы ря{к/к) и р..(к/к).
Р:;(к!к)- Мк :(к )]. (2.65)
р^к/к) = М[£,1-(к)£/(к)]. (2.66)
Из (2.65) и (2.66) легко видеть, что
р,.(к/к) = рл(к/к). (2.67)
Следовательно
Р(к/к) = Рт(к/к). (2.68)
2 Т Г
(2.64)