Методы формирования и сжатия сложных видеооткликов в многоспектральных оптических сканерах

• Автор: Фролов, Александр Георгиевич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 136 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Работа посвящена новому растровому методу повышения чувствительности (яркостной или температурной разрешающей способности) оптических сканеров с построчным сканированием, отличающийся от известных использованием «длинных» одноэлементных фото детекторов, вытянутых вдоль строки в В раз по сравнению' с их поперечным размером, В » 1. Этот метод можно интерпретировать и как новый путь компенсации геометрических пространственных искажений изображений за счет увеличенных размеров фотодетекторов, но не за счет дифракционных искажений в оптической системе сканера. Он предназначен, в частности, для повышения качества радиометрических изображений, формируемых в аэрокосмических системах дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ).
В основу положен новый способ когерентного сжатия сложного видеоотклика некогерентной оптико-электронной системы сканера, сформированного одним из известных методов модуляции оптических пространственных частот. Представлены новые алгоритмы существенного снижения или, теоретически, полного подавления боковых лепестков автокорреляционной или взаимокорреляционной функции сжатого видеоотклика. Получены новые алгоритмы для расчета амплитудных характеристик нелинейных видеоусилителей, которые следует устанавливать перед аналогово-цифровыми преобразователями при цифровой обработке изображений с целью минимизации влияния шумов электронного квантования, а также классических и фотонных шумов оптических сигналов. Теоретические выводы подкреплены результатами натурного и виртуального моделирования.
Ключевые слова: сложный сигнал, импульсный видеоотклик,
когерентное кодирование и обработка, «длинные» одноэлементные фотодетекторы, яркостная и температурная разрешающая способности, сканеры, радиометры, аэрокосмическое зондирование Земли.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Глава 1 Анализ состояния проблемы повышения яркостного (температурного) разрешения авиакосмических систем ДЗЗ
1.1 Взаимозависимость параметров аэрокосмических систем ДЗЗ
I ’ ' *
1.2 Общемировые тенденции развития космического сегмента систем
ДЗЗ и видовой разведки
1.3 Общемировые тенденции развития систем авиаразведки
1.4 Анализ методов улучшения яркостного (температурного) разрешения аэрокосмических изображений
1.5 Анализ тенденций развития фотоприемной аппаратуры для аэрокосмических систем ДЗЗ
1.5.1 Выбор параметров объективов для оптических сканеров с одноэлементными или мозаичными фотодетекторами
1.5.2 Мировые тенденции развития фотодетекторов
1.5.3 Проблемы фотодетектирования в перспективных отечественных оптических сканерах
1.6 Тенденции развития оптических модуляторов для систем обработки изобраэ/сений
1.7 Методы повышения энергетического потенциала РЛС посредством сжатия радиосигналов с большой базой
1.7.1 Особенности сжатия сложных радиосигналов в моноимпулъсном режиме приема
1.7.2 Подавление боковых лепестков функции взаимной корреляции по
Н.И, Амиантову
1.7.3 Многофазное кодирование. Дополнительные последовательности М.Д.И. Голея
1.8 Перспективы создания прозрачных пленок с показателем преломле-

ния ниже 1,1
1.9 Нелинейные преобразования амплитудных шкал в задачах стабилизации параметров шумов
1.10 Принципы построения российских оптических сканеров
Выводы к главе
Глава 2 Новые методы повышения чувствительности оптических сканеров
2.1 Статистическая интерпретация яркостей пикселов контраста изобраэюения
2.2 Теоретическое обоснование новых методов повышения яркостного (температурного) разрешения путем сжатия импульсного отклика ОЭС
2.3 Метод расчета шумовых характеристик дисперсионных
фильтров
2.4 Нелинейная коррекция амплитудной шкалы при цифровой
тематической обработке изображений
Глава 3 Техническая реализация новых методов повышения
яркостного разрешения оптических сканеров
3.1 Оптические (растровые) методы формирования импульсного видеоотклика ОЭС
3.2 Метод программируемого подавления боковых лепестков сжатого видеоотклика ОЭС
3.3 Реализация режима временной задержки и накопления на матричном фотоприемном устройстве с использованием
коммутируемых накапливающих конденсаторов
Глава 4 Экспериментальные исследования метода улучшения
яркостного разрешения оптических сканеров
4.1 Виртуальное моделирование сжатия импульсного видеоотклика
ОЭС на базе «длинного» фотодетектора
4.2 Аппаратное моделирование ОЭС на базе «длинного»

На рис. 1.17 изображен график ВКФ А21 последовательности Баркера с базой В = 5, сжатой с помощью фильтра Амиантова с импульсным откликом Н21:
Н2, = {0,664; -0,473; -0,852; 2,239; -2,470; -0,373; 6,067; -10,448;
6,472; 10,448; 6,067; 0,373; -2,47; -2,239; -0,852; 0,473; 0,664}, (1.10)
А2і = {0,664; 0,291; -0,561; 0,35; -0, 045; -0,125; 0,133; 0,045; -0,006;
0,031; 39,439; -0,031; -0,006; 0,045; 0,133; 0,125; -0,046; -0,350;
-0,561;-0,291; 0,664}. (1.11)
Для ВКФ А2і контраст самого большого бокового лепестка равен 2^ = 1,68%.
Нарис. 1.18 ирис. 1.19 представлены две ВКФ длиной N =33 и N = 39 кода Баркера с базой В = 13, сформированных по Амиантову. Контрасты боковых лепестков у этих ВКФ равны соответственно Дзз = 4,38 % и Zз9 = 3,85 %.
На рис. 1.20 изображена ВКФ длиной N — 45 кода Баркера с базой В = 13, имеющая уровень боковых лепестков не более Z/^ъ = 1,93 %. Для формирования этой ВКФ И.Н. Амиантовым был предложен фильтр с импульсной характеристикой НЦ5:
Н45 = {0,234; -0,404; 0,419; -0,167; 0,127; -0,404; 0,312; -0,159; 0,497; 0,087; -2,177; 2,95; 2,219; -2,937; 2,226; 2,842; -3,511; -2,842; 2,226; 2,937; ,219; -2,95; -2,177; -0,087; 0,497; 0,159; 0,312; 0,404; 0,127; 0,167; 0,419; 0,404; 0,234}.
(1.12)
В соответствии с законом Фехнера-Вебера, с точки зрения эффективности подавления боковых лепестков ВКФ совершенных когерентных слов, метод их сжатия, предложенный Амиантовым, представляет интерес для решения основной проблемы данной диссертации.