Алгоритмы вейвлет-анализа и компенсации геометрических шумов сигналов тепловизионных систем с матричными фотоприемниками

• Автор: Баранцев, Александр Александрович
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 167 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.
Глава 1. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕТОДОВ, СПОСОБОВ И АЛГОРИТМОВ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ИСКАЖЕННЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ШУМОМ МНОГОЭЛЕМЕНТНЫХ ФОТОПРИЕМНИКА.

1.1. Общая характеристика проблемы

1.2. Методы и алгоритмы подавления геометрического шума

1.3. Математическая модель канала МФП.

1.4. Статистическая обработка тепловизионных изображений.

1.4.1. Краткая характеристика методов фильтрации

1.4.2. Текстурные признаки, коэффициенты вариации.

1.4.3. Алгоритмы пространственной обработки

1.4.4. Обоснование выбора вейвлетпреобразования.

1.4.5. Математические основы вейвлетпреобразования.

1.4.6. Выбор типа вейвлета базиса
1.4.7. Пороговая обработка вейвлеткоэффициентов.
1.4.8. Сравнительная характеристика методов и алгоритмов пространственной фильтрации.
1.5. Алгоритмы комплексирования мультиспектральных изображений.
1.6. Постановка задачи
Глава 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ВЕЙВЛЕТОБРАБОТКИ
ТЕПЛОВИЗИОННОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕКСТУРНОЗАВИСИМОГО АНАЛИЗА И ОТБОРА КОГЕРЕНТНЫХ СТРУКТУР
2.1. Текстурнозависимый аналзи и обработка выходного сигнала МФП после быстрого вейвлетпреобразования.
2.1.1. Разработка алгоритма текстурнозависимого
анализа сигналов МФП.
2.1.2 Поиск оценок вейвлеткоэффициентов при
неоднородной текстуре
2.1.3. Экспериментальные исследования.
2.2. Компенсация геометрического шума с использованием когерентных структур.
2.2.1. Когерентные структуры и геометрический
2.2.2. Результаты статистического моделирования
2.3. Комплексирование тепловизионнмх изображений разных участков ИКспектра с
остаточным геометрическим шумом
2.3.1. Комплексирование с отделением когерентных
структур
2.3.2. Алгоритм комплексирования
2.3.3. Результаты моделирования.
ВЫВОДЫ.
Глава 3. АЛГОРИТМЫ ВЕЙВЛЕТФИЛЬТРАЦИИ И
КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ВИДЕОПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ, УЧИТЫВАЮЩИХ 3 ДРЕЙФ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМЕТРИЧЕСКОГО ШУМА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТИ ВО ВРЕМЕНИ, НА ОСНОВЕ ПРОСТРАНСТВЕННООРИЕНТИРОВАННЫХ ДЕРЕВЬЕВ БЫСТРОГО ВЕЙВЛЕТ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ.
3.1. Вейвлетфильтрация тепловизионных видеопоследовательностей с дрейфом параметров геометрического шума чувствительности во времени на основе пространственноориентированных деревьев быстрого вейвлет
преобразования
3.1.1. Пространственноориентированные деревья ПОД
для БВП.
3.1.2 Оценка величины порога для обработки вейвлеткоэффициентов
3.1.3. Алгоритм компенсации ГШЧ на основе ПОД
3.1.4. Результаты моделирования.
3.2. Комплексирование тепловизионных видеопоследовательностей на основе логической
обработки вейвлеткоэффициентов ПОД БВП.
ВЫВОДЫ
Глава 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПОЛУЧЕННЫХ АЛГОРИТМОВ ВЕЙВЛЕТАНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ОСТАТОЧНЫМ ГЕОМЕТРИЧЕСКИМ ШУМОМ.
4.1. Характеристика аппаратнопрограммного
комплекса.
4.2. Техническая реализация устройства сопряжения на
плате цифрового вводавывода
4.3. Техническая реализация устройства сопряжения на
плате аналогоцифрового вводавывода
4.4. Алгоритмическое обеспечение АПК для калибровки
4.5. Программный комплекс обработки зашумленных изображений на основе вейвлетпреобразований НМРКОС
ВЫВОДЫ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В гибридных МФП фоточувствительные элементы и элементы обработки фотоэлектрических сигналов формируют в подложках разных типов, например, фоточувствительные элементы в подложке из антимонида индия, а элементы обработки фотоэлектрических сигналов в подложке другого типа, чаще всего в кремнии. В настоящее время усилия разработчиков гибридных и монолитных структур МФП сосредоточены не решении ряда физикотехнологических, конструктивных, схемно и системотехнических проблем, окончательное решение которых пока не найдено. Рассмотрим МФП, ориентированные на применение в тспловизионных системах. Структурная схема типовой тепловизионной системы представлена на рис. Рис. ФЧЭ например, с имитацией ВЗН. В таких системах изображение теплового поля подлежит обязательному восстановлению на экране видеоконтрольного устройства ВКУ оператора монитора. Дискретная структура МФП является источником искажений изображения, возникающих на экране ВКУ и маскирующих наблюдаемый объект. Они, действуя совместно с искажениями других элементов оптикоэлектронного тракта, затрудняют оператору решение главных задач обнаружение и распознавание объектов. Влияние шума пространственной дискретизации на изображении достаточно подробно рассмотрено в работе 6. Там, в частности, показано, что влияние шума пространственной дискретизации наиболее существенно при малом числе растровых элементов разложения изображения. Уже при его влиянием на вероятности правильного обнаружения и распознавания объектов можно пренебречь. Значительно более существенное влияние на качество изображений, получаемых с помощью МФП, оказывает геометрический шум, который может быть представлен как детерминированный процесс, не зависящий от времени. В связи с этим геометрический шум называют фиксированным ix i, . Впервые этот термин был введен в работе 7 и с тех пор широко используется в зарубежной литературе. Последний термин часто применяется при обработке сигналов линейчатых МФП, где влияние неоднородностей проявляется в виде полос на изображении. В работе полагается, что термин геометрический шум удачно подходит для матричных МФП. Неоднородность параметров ФЧЭ и элементов схем обработки вызывает неоднородность в фотоэлектрических сигналах, несмотря на одинаковое воздействие оптического излучения на фоточувствительные элементы. Па мониторе геометрический шум проявляется в виде псевдоизображения, маскирующего наблюдаемый объект. В зависимости от физического источника неоднородности выделяют геометрический шум дефектов, коммутации, темнового тока, чувствительности. На мониторе дефекты проявляются в виде темных или светлых точек со случайными пространственными координатами, которые для отдельного образца МФП могут быть заранее измерены и записаны в память. Физическим источником геометрического шума коммутации являются коммутационные помехи, проникающие через паразитные элементы от источников импульсного управляющего напряжения. Разброс параметров паразитных элементов и параметров управляющих импульсов приводит к неоднородности амплитуды и формы коммутационных помех. На мониторе они проявляются в виде хаотично расположенных мелькающих полос. Однако в последнее время быстродействие электронных ключей коммутаторов позволяет обеспечить считывание сигнала с ФЧЭ на стадии завершения переходного процесса коммутационной помехи отсечка во времени, поэтому эту проблему можно также условно считать решенной. Физическими источниками геометрических шумов темнового тока и чувствительности являются соответственно неоднородности темповых токов и чувствительности крутизны фотоэлектрического преобразования фотоприемников и коэффициентов передачи фотоэлектрических сигналов схем обработки. Зависимость эквивалентной шуму разности температур ТпС от величины геометрического шума приведена на рис. Как видно из графика, по оценкам зарубежных специалистов, для получения эквивалентной шуму разности температур в 0, К величина геометрического шума не должна превышать 0,5 в диапазоне мкм кривая 1 и 0,2 в диапазоне 8 мкм кривая 2. По оценкам отечественных специалистов среднеквадратическое отклонение чувствительности отдельных элементов матричного ФПУ от среднего значения их чувствительности для обнаружения перепадов температур в 0,2 К на фоне в 0 К не должно превышать 0, 9.