Сверхразрешение в системах пассивного радиовидения

• Автор: Тимановский, Алексей Леонидович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 108 с. : ил.

Оглавление
Введение

1 Получение изображения в одноканальных системах пассивного радиовидения

1.1 Физические принципы формирования изображения в системах пассивного радиовидения

1.2 Описание и примеры сканирующих систем

1.3 Пример системы пассивного радиовидения.

1.4 Компенсация динамических искажений.

1.4.1 Описание метода

1.4.2 Дисперсия сигнала после компенсации динамических искажений

1.5 Преобразование статистических характеристик сигнала в системе пассивного радиовидения

2 Алгоритмы сверхразрешения для одноканальных систем

2.1 Введение.
2.2 Постановка задачи
2.3 Классификация алгоритмов сверхразрешения.
2.3.1 Линейные алгоритмы.
2.3.2 Метод наискорейшего спуска.
2.3.3 Нелинейные методы
2.4 Предлагаемый алгоритм сверхразрешения .
2.4.1 Регулирование скорости сходимости.
2.4.2 Корректное вычисление сверток.
2.4.3 Субпикселинг
2.5 Количественная мера качества восстановления
2.6 Анализ характеристик алгоритмов сверхразрешения
2.6.1 Сверхразрешение тестовых изображений
2.6.2 Расширение пространственного спектра при сверхразрешении .
2.7 Результаты обработки экспериментальных данных
2.8 Предел сверхразрешения
2.8.1 Шенноновский предел.
2.8.2 Предел для параметрических методов
2.8.3 Экспериментальное сверхразрешение точечных источников .
2.9 Быстродействие алгоритмов
2. Выводы.
3 Вэйвлетшумоподавление при сверхразрешении
3.1 Вэйвлет преобразование.
3.2 Вэйвлет регуляризация
3.3 Определение порога.
3.4 Эксперименты
3.5 Заключение.
4 Влияние боковых лепестков аппаратной функции на сверхразрешение
4.1 Влияние уровня боковых лепестков на качество восстановления радиоизображений
4.2 Влияние неизвестного искажения аппаратной функции на
качество восстановления
4.3 Заключение
5 Получение изображения в многоканальных системах радиовидения
5.1 Принцип формирования изображения
5.2 Обобщение алгоритмов сверхразрешения для многоканальных систем.
5.3 Случай различного уровня шума в каналах установки
5.4 Оптимизация процедур сканирования с учетом последующего сверхразрешения
5.5 Заключение
Заключение
Литература


Одновременно с развитием полупроводниковых технологий становится технически возможным построить низкошумящие неохлаждаемые усилители миллиметрового диапазона длин волн на базе полевых транзисторов с высокой подвижностью (НЕМТ) [1), что делает радиовидение более доступным. Основные области применения систем радиовидения — это те, где уже традиционно применяются инфракрасные (ИК) методы. Принцип работы систем пассивного радиовидения основан на фиксации контраста теплового (собственного или отраженного) радиоизлучения объектов, который возникает из-за различных коэффициентов поглощения и отражения материалов и разных физических температур наблюдаемых объектов. Преимуществом радиовидения над ИК системами является всепогодность, т. Так дождь или туман ведут лишь к небольшой потере контраста изображения в системах радиовидения и являются серьезной проблемой для И К приборов. Среди практических областей применения радиовидения можно выделить следующие [1, 2, 3, 4]: обеспечение авиационной безопасности[5, б, 7], навигация в условиях ограниченной видимости, экологический мониторинг (например спутниковая система предупреждения о лесных пожарах) (8, 9], вулканология [, И), выявление скрытого под одеждой оружия в публичных местах [, , ,], медицина [, ], астрономия [, ], пассивная локация произвольных объектов [] и тому подобные. Примеры применения систем радиовидения проиллюстрированы на рис. В то же время из-за гораздо большей рабочей длины волны системы пассивного радиовидения заметно проигрывают по разрешению оптическим системам ИК и видимого диапазона. В связи с этим выдачилось направление по разработке методов повышения разрешения путем математической обработки радиоизображений. Большинство инновационных работ по сверхразрешению было выполнено в контексте радиоастрономии, где имеется своя специфика, а признанного универсального алгоритма обработки для систем радиовидения не существует. Разработка такого метода способствует более широкому внедрению систем радиовидения. Вторым существенным недостатком пассивного радиовидения является его низкое быстродействие из-за необходимости накапливать сигнал в каждой точке измерений (обычно 0. Этот недостаток стараются преодолеть с помощью многоканальных систем, где за одно измерение можно получить сразу несколько пикселов изображения[,,]. Такие системы начали разрабатываться сравнительно недавно, и вопросы обработки и повышения разрешения в таких системах пока еще очень неразвиты. Рис. Применение систем радиовидения. Слева — детектирование скрытого оружия с помощью системы радиовидения, работающей на частоте ГГц. Справа — посадка вертолета в пустыне в условиях пылевой бури: верхнее изображение — оптическое, нижнее — в миллиметровом диапазоне. Рассмотрим текущий статус развития алгоритмов сверхразрешения в радиовидении []. Исторически ббльшая часть методов была разработана или берет свое начало в радиоастрономии [, , ], поскольку используемые приборы и технологии в данных областях практически одинаковы, а отличаются наблюдаемые объекты. Так, в двух независимых публикациях [, ] был впервые предложен алгоритм, который изначально разрабатывался с учетом неотрицательности значений радиояркостной температуры, он положил начало разработке подобных методов. Этот алгоритм был приспособлен для обработки сигналов с ПЗС матриц оптических телескопов и подразумевал пуассоновскую модель шума. Позднее в компьютерной томографии был разработан аналогичный алгоритм для случая гауссовского []. Подробное сравнение этих двух алгоритмов в одинаковых условиях показало [], что действительно, учет статистических характеристик шума очень сильно влияет на конечный результат сверхразрешения. Произведенное математическое сравнение указанных алгоритмов, приведенных к подобной форме, показало, что оба являются специальными случаями метода наискорейшего спуска с переменным шагом. Важный результат представлен в работе []; где показано, что нежелательные артефакты (’звон”) решения в основном обусловлены отличием применяемого обратного преобразования от истинного обратного оператора. Вопрос сверхразрешения в системах радиовидения был рассмотрен авторами следующих работ: [, , ].