ES2259132T3 - Procedimiento y dispositivo de extraccion de la firma espectral de un objetivo puntual. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo de extraccion de la firma espectral de un objetivo puntual.Info
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Abstract
Procedimiento de extracción de firma espectral de un objetivo puntual (22) que aparece como una mancha de radiometría distinta de la del fondo en, por lo menos, una imagen (14), formada por una matriz de píxeles, de una escena (20) obtenida en una banda espectral única, que incluye las siguientes etapas: - detectar y extraer de la imagen (14) una vista en miniatura que contiene el objetivo; - localizar el centro de la mancha correspondiente al objetivo detectado en la vista en miniatura; - determinar una base sensiblemente ortogonal (U) o (V) de vectores del ámbito espacial de la vista en miniatura, a partir de una base de descomposición espectral y de una función instrumental de ensanche de punto (PSF) ajustada en posición en el centro localizado de la mancha; y - expresar la vista en miniatura en dicha base sensiblemente ortogonal y deducir de la misma una estimación de los órdenes sucesivos de un vector de estado (Im) de la firma correspondiente a una descomposición del espectro del objetivo en dicha base de descomposición espectral.
Description
Procedimiento y dispositivo de extracción de la
firma espectral de un objetivo puntual.
La presente invención se refiere a la extracción
de firma espectral de un objetivo puntual que aparece como una
mancha con una radiometría distinta de la del fondo en, por lo
menos, una imagen de una escena suministrada por un sensor en una
banda espectral generalmente única. Se calificará de "puntual"
un objetivo que aparezca en la imagen suministrada por un detector
matricial de instrumento de observación como una mancha cuya energía
radiométrica esté concentrada en su mayor parte en una superficie
equivalente a la de un píxel y se extienda en algunos píxeles
adyacentes, debido a la difracción del instrumento.
La invención tiene una aplicación especialmente
importante en la extracción, o la restitución, de la firma de un
objetivo puntual fijo o móvil en una imagen en una o, con mayor
frecuencia, dos dimensiones suministrada por un sensor monobanda
situado a bordo de un avión o un satélite. La firma espectral de un
objetivo puede estar representada por un vector de estado y, según
el caso, se intentará obtener el orden cero del vector de estado,
es decir la radiometría media del objetivo, el orden 1, es decir la
morfología del espectro del objetivo, que puede estar representada
por una pendiente, incluso órdenes superiores.
La extracción de firma y su caracterización
presentan numerosas aplicaciones. Puede estar combinada con un
intento de localización del objetivo, efectuada en una imagen única,
y/o con una restitución de trayectoria a partir de imágenes
múltiples sucesivas suministradas por un mismo sensor.
Se conocen ya diversos procedimientos de
extracción de firma de un objetivo puntual fijo o móvil a partir de
una o varias imágenes suministradas por un sensor
aerotransportado.
Especialmente, se conoce un procedimiento que
exige disponer de una imagen en dos bandas espectrales distintas.
Es posible entonces deducir la firma del objetivo mediante cálculos,
por ejemplo mediante cálculo de una relación de radiometría en las
dos bandas. Este procedimiento puede aplicarse empleando como
sensor, un conjunto de dos instrumentos monobanda, que trabajen en
bandas espectrales distintas. Pero el empleo simultáneo de ambos
instrumentos impone condiciones difícilmente realizables en un avión
o un satélite. Ambos instrumentos deben estar alineados. Los
instrumentos y su electrónica de detección deben ser objeto de un
calibrado diferencial.
Una segunda solución consiste en utilizar un
instrumento que asegure la observación en dos bandas, pero dicho
instrumento es complejo y costoso.
Otro procedimiento ya empleado utiliza la
correlación entre vistas en miniatura para buscar el máximo de la
función de intercorrelación. Se puede obtener así la relación de
ensanche del punto representativo del objetivo o PSF (según la
formulación anglosajona Point Spread Function) en función de la
longitud de onda. Para conseguir este resultado, es necesario
realizar primero una discretización en longitud de onda \lambda
para obtener las vistas en miniatura sucesivas. Este procedimiento,
cuyas prestaciones son mayores cuando más fina es la
discretización, conduce a constituir bases de vistas en miniatura de
volumen muy importante. Exige cálculos largos y poco compatibles
con un funcionamiento en tiempo real. Además, la evaluación de la
pertinencia de los órdenes restituidos del vector de estado sólo se
obtiene al término de los cálculos. No es posible limitar a priori
el número de órdenes del vector de estado que se desea
restituir.
La presente invención pretende proporcionar un
procedimiento que responda mejor que los conocidos anteriormente a
las exigencias de la práctica, especialmente permitiendo la
extracción de firma en tiempo real con una aproximación directa
inmediata y simultánea de los distintos órdenes, todo ello en una
imagen suministrada por un sensor monobanda cuya realización
técnica es sencilla.
Con este objetivo, la invención propone
especialmente un procedimiento de extracción de firma espectral,
como se indica en la reivindicación 1. En las reivindicaciones 2 a
9 se indican modos de ejecución preferidos.
En el caso frecuente en que la imagen es
suministrada por un sensor montado en un portador móvil (como un
avión o un satélite), el sensor de formación de la imagen estará
generalmente asociado a medios externos que suministran información
de datación, posición y comportamiento del sensor con relación a la
escena, especialmente con objeto de permitir ajustar imágenes
sucesivas unas con relación a otras.
Se puede indicar, a título de ejemplo de
aplicación de la invención, la extracción de una firma de objetivo
en una imagen o imágenes sucesivas suministradas por un sensor
infrarrojo monobanda, que trabaje en una banda de transparencia
atmosférica, por ejemplo entre 3 y 5 \mum o entre 8 y 12 \mum.
Sin embargo, la invención también es aplicable a otras bandas
espectrales.
La invención puede emplearse asimismo para
extraer la firma de un objetivo partiendo de imágenes suministradas
por un sensor multibanda, aunque su interés sea entonces menor.
Dicho procedimiento permite especialmente,
gracias a la ortogonalidad de la base utilizada, desacoplar los
órdenes sucesivos del vector de estado unos con relación a otros. Se
obtiene así de forma directa inmediata y simultánea una
aproximación de los órdenes sucesivos de la descomposición del
espectro. Se pueden eventualmente restituir de forma precisa todos
estos órdenes de descomposición, aplicando el acoplamiento entre la
posición del objetivo y su radiometría.
En un modo particular de realización, el
procedimiento de la invención permite restituir asimismo la posición
de un objetivo puntual a partir de una imagen y, por lo tanto, de
una observación, única, empleando una estimación del centro de la
mancha formada por el objetivo en la imagen, con una precisión
inferior al tamaño de un píxel. Los órdenes sucesivos del vector de
estado pueden entonces estimarse directa y simultáneamente. En
muchos casos, bastará con buscar órdenes bajos, por ejemplo 0 y
1.
En caso de disponer de varias imágenes
sucesivas, es decir observaciones múltiples, el procedimiento
permite además reconstituir la trayectoria del objetivo
puntual.
La base de funciones que sirva para la
descomposición espectral de la radiometría del objetivo puede ser de
diversa naturaleza. Puede estar constituida por funciones
ortogonales, tales como funciones trigonométricas, especialmente
senos, o del tipo dicotómico. Esta base también puede estar formada
por ciertas funciones no ortogonales.
El procedimiento de la invención presenta
asimismo una gran flexibilidad de adaptación en distintos casos
particulares. En caso de buscar una aproximación directa, simultánea
y rápida, en tiempo real, bastará una resolución directa por
aproximación. En caso de buscar una restitución con una precisión
elevada de los distintos órdenes sucesivos de la descomposición del
espectro, se empleará un proceso de resolución iterativa del
problema inverso que se definirá más adelante, esto en algunas
iteraciones que tengan en cuenta el acoplamiento entre la posición
y la radiometría del objetivo. Dicha inversión puede efectuarse
mediante un método clásico de los menores cuadrados o un método de
convergencia con limitaciones evolucionada, por ejemplo del tipo
gradientes reducidos generalizados o Powell.
Por otra parte, es posible realizar un análisis
multimodelo, es decir utilizando varias familias distintas de
funciones de la base de descomposición del espectro.
La invención propone asimismo, como se define en
la reivindicación 10, permitiendo un dispositivo aplicar el
procedimiento definido anteriormente. Este dispositivo incluirá
generalmente, además de un sensor que permita obtener imágenes en
forma de una matriz en dos dimensiones de píxeles codificados de
forma digital, unos medios de cálculo programados de manera a
aplicar las etapas definidas anteriormente, asociados a una memoria
que almacene las bases de funciones requeridas para la
descomposición.
El documento
US-A-4 516 220 divulga un
procedimiento de determinación de impulsos de vídeo a partir de
firmas espectrales.
Las características anteriores, así como otras,
aparecerán mejor mediante la lectura de la siguiente descripción de
modos particulares de realización, proporcionados a título de
ejemplos no limitativos. La descripción se refiere a los dibujos
que la acompañan, en los cuales:
- la figura 1 es un sinóptico
simplificado de un modo de empleo del procedimiento;
- la figura 2 ilustra las funciones
empleadas para la extracción de firma y eventualmente de posición o
trayectoria;
- la figura 3 es un diagrama que
muestra un modo de descomposición espectral que emplea una base de
función dicotómica;
- la figura 4 es un esquema detallado
que muestra la secuencia de las operaciones de extracción con mayor
detalle que la figura 2.
Un dispositivo de aplicación de la invención
puede tener la constitución de principio mostrada en la figura 1.
Se describirán sucesivamente sus distintos elementos.
El dispositivo 10 incluye un sensor constituido
por un instrumento optrónico 11 con una óptica 12 y un detector de
formación de una imagen 14 de tipo matricial, asociado a un
amplificador 16 y un convertidor analógico-digital
18. El detector suministrará en general directamente una imagen en
dos dimensiones. Sin embargo, se puede utilizar un detector en una
única dimensión cuando el dispositivo se monta en un portador que
hace desfilar la escena observada (modo denominado de barrido o
push-broom). El detector suministra, durante su
empleo, imágenes sucesivas.
El sensor puede tener una banda única ancha o
estrecha, continua o fragmentada. La resolución del sensor estará
prácticamente siempre próxima al límite de difracción.
Cuando el procedimiento se emplea únicamente
para efectuar una extracción de firma y eventualmente una
localización de objetivo, cada secuencia de operaciones puede
efectuarse sólo en una única imagen de una escena 20 suministrada
por el sensor y que incluye el objetivo 22. Por el contrario, una
identificación de trayectoria requiere efectuar cálculos en varias
imágenes sucesivas de la misma escena que contiene el objetivo
22.
El detector suministra, por lo tanto, a la
salida 24, imágenes sucesivas que son utilizadas por una cadena de
tratamientos destinados a:
- -
- observar el objetivo,
- -
- limitar la búsqueda a una vista en miniatura (o vistas en miniatura) de superficie más reducida que la de las imágenes,
- -
- eventualmente, efectuar una supresión de fondo,
- -
- detectar el objetivo y caracterizar su firma.
Esta cadena de tratamientos podrá llevarse a
cabo programando un procesador de tratamiento de señal, de manera a
ejecutar los cálculos indicados más adelante.
Los datos brutos que aparecen en la salida 24
incluyen, salvo cuando no se pretende localizar el objetivo en una
marca absoluta, además de la radiometría de cada píxel codificado en
N bits, información de contexto que permite datar cada imagen e
indicar la posición del portador y su comportamiento en el caso de
un sensor montado en dicho portador móvil. Esta última información
puede ser explícita o implícita. En este último caso, la
consideración de la posición y el comportamiento del portador,
suministrados, por ejemplo, por un sistema SCAO del portador,
intervienen en una etapa posterior.
En el modo de realización mostrado en la figura
1, se tratan las imágenes brutas mediante una cadena imagen de
supresión de fondo 26 que puede también efectuar una corrección
radiométrica. Esta cadena imagen podrá omitirse cuando exista poco
o nada de fondo estructurado, es decir en un contexto favorable para
la observación. Se preverá cuando exista un fondo estructurado.
La cadena imagen 26 que permite suprimir el
fondo puede ser del tipo clásico y, especialmente, meramente
espacial, temporal o espaciotemporal. Sin embargo, se utilizará
ventajosamente uno de los procedimientos descritos en
FR-A-2 832 527, al que se podrá
acudir.
La parte de corrección radiométrica de las
imágenes brutas permite reducir las no uniformidades diferenciales
de respuesta de los detectores. Las leyes de corrección empleadas
son clásicas del tipo linear, polinómico o logarítmico. Pueden
implantarse en calculadores especializados o de uso general, o
corresponder a una tabla de corrección aplicable a cada píxel.
A la salida de dicha corrección, se codifican
los píxeles de la imagen en N_{b} bits.
La corrección puede estar seguida por un
filtrado para extraer información útil de la imagen. Este filtrado
puede ser del tipo temporal, espacial o espaciotemporal, como se ha
indicado anteriormente.
Finalmente, unos tratamientos ligados a los
problemas de repliegue y estabilización de la mira, pueden ser los
descritos en FR-A-2 832 527.
Esta cadena efectúa dos operaciones. Tras la
supresión de los fondos, el procedimiento efectúa una detección de
los "bornes" que contienen el objetivo, mediante técnicas
clásicas de tipo umbral, fijo o evolutivo. El tamaño de los bornes
depende básicamente del ensanche debido a la difracción, cuando se
utiliza un instrumento que sólo está limitado por la difracción. A
menudo, el tamaño elegido será el de un cuadrado de 3 a 7 píxeles
de lado. Corresponde a longitudes de onda y un diámetro pupilar que
se suele utilizar para observaciones desde el espacio.
Es necesario reducir el tamaño de la imagen de
origen con el fin de aplicar los tratamientos de extracción de
firma únicamente en una parte útil de la imagen, alrededor del
objetivo.
El tamaño de la vista en miniatura será de un
número L = M_{I} x N_{C} de píxeles (M_{I} líneas x N_{C}
columnas) elegido para contener todos los píxeles afectados por el
objetivo, es decir los bornes detectados. Esta función se realiza
de forma digital con la ayuda de calculadores especializados o un
calculador general. Para tener en cuenta que un objetivo puede no
estar centrado en un píxel, puede existir la obligación de ir hasta
M_{I} = N_{C} = 7.
Cuando se desea realizar posteriormente una
trayectografía (caso de la extracción 30 mostrada en la figura 2),
la cadena debe suministrar una secuencia de vistas en miniatura, y
es necesario disponer de información de datación y comportamiento
del portador, para ajustar las imágenes sucesivas unas con relación
a otras.
La búsqueda de baricentro 32 (o
"centroiding") aplicada a la vista en miniatura o a la
secuencia de vistas en miniatura es necesaria previamente al inicio
del reconocimiento.
En efecto, la introducción de las coordenadas
del centro de la mancha en la resolución del problema es necesaria
para la extracción de la firma.
Si sólo se dispone de una vista en miniatura,
sólo se obtendrá la restitución de la posición del objetivo, con
una precisión de cálculo limitada por sesgos y ruidos.
Si se dispone de una secuencia de vistas en
miniatura, se podrá obtener una restitución de la trayectoria del
objetivo, asociada a un balance de error.
La descomposición 34 de la imagen del objetivo
se efectúa mediante proyección en una base de funciones U
determinada mediante transformación de una base u =
(\overline{u}_{0}(\lambda),\overline{u}_{1}(\lambda),...\overline{u}_{K}(\lambda))
de descomposición del espectro con la ayuda de la PSF instrumental.
Dicha PSF se determina por ejemplo por anticipado mediante
contraste.
Esta base de descomposición del espectro u =
(\overline{u}_{0}(\lambda),\overline{u}_{1}(\lambda),...\overline{u}_{K}(\lambda))
puede realizarse:
- -
- mediante funciones ortogonales \overline{u}_{p}(\lambda) (0 \leq p \leq K), tales como funciones del tipo seno o del tipo dicotómico,
- -
- mediante funciones no ortogonales \overline{u}_{p}(\lambda), tales como funciones polinómicas, por ejemplo.
La descomposición espectral permite expresar el
espectro del objetivo \varepsilon(\lambda) en forma de
una suma de funciones expresadas en la base de descomposición:
(1)\varepsilon
(\lambda) = \varepsilon _{0}\overline{u} _{0}(\lambda) + \varepsilon
_{1}\overline{u} _{1}(\lambda) + ... + \varepsilon_{K}\overline{u}
_{K}(\lambda)
Los coeficientes \varepsilon_{0},
\varepsilon_{1}, ... \varepsilon_{K} de esta descomposición
son los órdenes sucesivos del vector de estado, que se intenta
estimar según la imagen observada para caracterizar su firma
espectral. El número K + 1 de funciones de base consideradas se
elige según el orden máximo buscado.
La descomposición para funciones polinómicas y
dicotómicas se obtiene respectivamente por medio de las ecuaciones
(2) y (3) siguientes, únicamente a título de ilustración:
(2)\varepsilon(\lambda) =
\varepsilon _{0} + \varepsilon _{1}\lambda + \varepsilon _{2}\lambda
^{2} + \varepsilon _{K} \lambda
^{K}
(3)\varepsilon
(\lambda) = \varepsilon _{0} \overline{D} _{0} (\lambda) +
\varepsilon _{1} \overline{D} _{1} (\lambda) + \varepsilon _{10}
\overline{D} _{10} (\lambda) + \varepsilon _{11} \overline{D}
_{11} (\lambda) + \varepsilon _{000} \overline{D} _{000}(\lambda) +
\varepsilon _{001} \overline{D} _{001}(\lambda) +
....
donde las funciones
D_{0}(\lambda) a D_{3}(\lambda) pueden tener
la representación gráfica que se muestra en la figura
3.
La ecuación (4) siguiente explicita la relación
entre la vista en miniatura Im(q), definida en una marca
píxel (i,j) con 1 \leq i \leq M_{I}, 1 \leq j \leq
N_{C} y q = (i-1)xN_{C} +j \leq L, la
función de ensanche de punto o PSF instrumental y el espectro del
objetivo \varepsilon(\lambda). La PSF es función de la
posición del píxel línea y columna (i,j) y de la longitud de onda
\lambda. En la relación (2), interviene con un desfase espacial
correspondiente a la posición sub-pixélica (x_{0},
y_{0}) del centro de la
mancha.
mancha.
(4)Im((i-1) x
N_{c} + j) = \int\limits_{x,y,\lambda} PSF \{[(x - x_{0}) - i][(y -
y_{0}) - j]\lambda
\}.\varepsilon(\lambda).dx.dy.d\lambda
Se puede entonces expresar la vista en miniatura
en el espacio imagen en la forma indicada mediante la ecuación (5).
Existe separación de las nociones de espectro y de PSF. La relación
(5) permite poner en evidencia la necesidad de la característica
PSF del instrumento en función de la longitud de onda.
(5)Im((i-1) x
N_{c} + j) = \sum\limits_{p}\varepsilon_{p}
\int\limits_{x.y.\lambda} \overline{u}_{p}(\lambda).PSF \{[(x -
x_{0}) - i] [(y - y_{0}) - i
]\lambda\}.dx.dy.d\lambda
\newpage
La base u =
(\overline{u}_{0}(\lambda),\overline{u}_{1}(\lambda),...\overline{u}_{K}(\lambda)),
expresada en función de la longitud de onda \lambda, puede
transponerse entonces en el espacio imagen:
(6)U_{p}((i-1) x
N_{c} + j) = \int\limits_{x,y,\lambda} \overline{u}_{p}(\lambda).PSF
\{[(x - x_{0}) - i][(y - y_{0}) - j]
\lambda\}.dx.dy.d\lambda
para 1 \leq i \leq M_{I} y 1
\leq j \leq
N_{C}.
Esto permite calcular la matriz U =
(\overline{U}_{0}, \overline{U}_{1},...,
\overline{U}_{K}) en el espacio imagen, de tamaño L x (K+1),
cuyas columnas están constituidas por los vectores de base
\overline{U}_{p} =
(U_{p}(1),U_{p}(2),...,U_{p}(L))^{T},
siempre que se conozca la PSF, que se haya definido la base u y que
se haya estimado la posición (x_{0}, y_{0}) del baricentro.
En esta base, la vista en miniatura expresada en
forma de un vector, es decir Im = [Im(1), Im(2), ...,
Im(L)]^{T}, se descompone de la siguiente manera:
(7)Im =
\sum\limits_{p}
\varepsilon_{p}.\overline{U}_{p}
o bien, en anotación
matricial:
(8)Im =
U.\overline{\varepsilon}
designando \overline{\varepsilon}
= (\varepsilon_{0}.\varepsilon_{1}, ...,
\varepsilon_{k})^{T} el vector de
estado.
La proyección ortogonal 36 de la base U es un
proceso que permite generar una base ortonormada
v=(\overline{v}_{0}, \overline{v}_{1}, ...,
\overline{v}_{K}), formada por vectores
\overline{v}_{p}(0 \leq p \leq K) de dimensión L.
Esta proyección en otra base V será útil cuando
la base U no sea ortogonal. En la práctica, la referencia a una
base espectral u = (\overline{u}_{0}(\lambda),
\overline{u}_{1}(\lambda),...,
\overline{u}_{K}(\lambda)) ortogonal (por ejemplo
funciones dicotómicas o sinusoidales) asegura por lo menos
aproximadamente una ortogonalidad de la base U a los órdenes más
pequeños. Si este número de órdenes es suficiente para la aplicación
realizada de las firmas espectrales extraídas, se puede omitir la
etapa de proyección ortogonal. En los demás casos, se ejecuta dicha
etapa de la manera descrita a continuación.
La generación de la base ortogonal V a partir de
la base U reposa por ejemplo en el método de
Gramm-Schmidt:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
que se expresa de la siguiente manera en
rotación matricial:
(10)Im =
V.\overline{\varepsilon}'
con \overline{\varepsilon} ' =
p^{-1}\overline{\varepsilon},
o:
(11)Im' =
(V^{T}.V).\overline{\varepsilon} \
'
El sistema (11), donde Im' = V^{T}.Im
representa la vista en miniatura expresada en la base ortogonal V y
la matriz cuadrada V^{T}.V de tamaño (K+1) x (K+1) es simétrica,
es fácil de resolver.
El hecho de trabajar con una base ortogonal V
(cuando U es ya casi ortogonal, se puede tomar V = U, es decir que
P es la matriz identidad de rango K+1) proporciona las siguientes
ventajas.
- 1)
- Se desacoplan los órdenes del vector de estado, es decir que se convierte a los componentes de los órdenes independientes unos con relación a otros. De este modo, se hace desaparecer cualquier contaminación de un orden sobre sus vecinos.
- 2)
- Se obtiene una aproximación inmediata, mediante resolución directa, de todos los órdenes del espectro simultáneamente, si se supone que no se pone en tela de juicio la posición del objetivo proporcionada por el baricentrado efectuado sobre la vista en miniatura. En efecto, basta con invertir la matriz de los vectores de la base V para obtener inmediatamente una aproximación de todos los órdenes del espectro que se desea elegir (vector de estado). Esta inversión de V se efectúa de manera directa en el caso más frecuente, donde el número de píxeles de la imagen en miniatura es superior a K (las matrices U y V tienen más columnas que líneas):
(12)\overline{\varepsilon} \ ' =
(V^{T}.V)^{-1}.Im' =
(V^{T}.V)^{-1}.V^{T}.Im
- lo que da acceso a una estimación del vector \overline{\varepsilon} mediante multiplicación del resultado por la matriz triangular P:
(13)\overline{\varepsilon} =
P.\overline{\varepsilon} \ ' = P.
(V^{T}.V)^{-1}.V^{T}.Im
- Dado que la base V es ortogonal, es fácil calcular la inversa de la matriz simétrica definida positiva V^{T}.V, mediante un método algebraico clásico.
- Si L < K+1, la matriz VT.V ya no es invertible, y el método de inversión directa se sustituye por un método de optimización conocido en sí, por ejemplo, el método de los menores cuadrados, un método iterativo, etc.,
- para estimar \overline{\varepsilon}, tras lo cual se toma \overline{\varepsilon} = P.\overline{\varepsilon} '.
- 3)
- Se comprueba que no nos enfrentamos a uno de los problemas de las soluciones anteriormente conocidas, es decir que se debe conocer un orden posterior para comprobar que un orden dado es correcto. En efecto, se generan simultáneamente todos los órdenes de los que se desea disponer y, mediante análisis de las covariancias, como se indica a continuación, se determina inmediatamente en qué orden conviene detenerse cuando la covariancia sobrepasa un umbral. En la práctica, no se sobrepasa generalmente el orden 4.
- 4)
- Se calculan de forma precisa, en algunas iteraciones multieje (con la covariancia asociada a cada uno de los órdenes del vector de estado), todos los elementos pertinentes del vector de estado.
La pertinencia de los órdenes puede verse:
- -
- bien a través de la restitución de todos los órdenes del vector de estado anteriormente explicitado;
- -
- bien a través de un análisis de covariancia efectuado sobre la matriz de la base V.
Se puede elegir entre los métodos iterativos de
resolución del problema inverso disponibles. Se puede emplear el
método de los menores cuadrados clásico en el caso de un modelo sin
error. Se puede emplear un método de convergencia más evolucionado
(Powell, Gradiente Reducido Generalizado) en el caso en que el
modelo no es perfectamente conocido.
La figura 4 muestra una representación
simplificada de las etapas anteriores. Tras la extracción de vista
en miniatura (o una secuencia, si se desea efectuar una
identificación de trayectoria), la posición x_{0}, y_{0} del
baricentro del objetivo se estima con una definición
sub-píxel, lo que permite calcular los vectores de
base \overline{U}_{p} según (7) a partir del modelo de
descomposición elegido para el espectro
\varepsilon(\lambda) (base u por ejemplo según (2) o
(3)). Se efectúa entonces una descomposición de la imagen Im en la
base U = (\overline{U}_{0}.\overline{U}_{1},....,
\overline{U}_{k} según (7). Las operaciones posteriores
corresponden a las ecuaciones (9) y (12) anteriores. La operación
puede detenerse en la aproximación inmediata del conjunto de
órdenes elegidos. Puede continuarse hasta la obtención de la firma
y, eventualmente, de la posición o la trayectoria, efectuando un
cálculo completo de los órdenes elegidos (generalmente por lo menos
0 y 1) mediante inversión de matriz e iteraciones detenidas por
medio de un test sobre un criterio de fin de evolución.
Claims (10)
1. Procedimiento de extracción de firma
espectral de un objetivo puntual (22) que aparece como una mancha
de radiometría distinta de la del fondo en, por lo menos, una imagen
(14), formada por una matriz de píxeles, de una escena (20)
obtenida en una banda espectral única, que incluye las siguientes
etapas:
- -
- detectar y extraer de la imagen (14) una vista en miniatura que contiene el objetivo;
- -
- localizar el centro de la mancha correspondiente al objetivo detectado en la vista en miniatura;
- -
- determinar una base sensiblemente ortogonal (U) o (V) de vectores del ámbito espacial de la vista en miniatura, a partir de una base de descomposición espectral y de una función instrumental de ensanche de punto (PSF) ajustada en posición en el centro localizado de la mancha; y
- -
- expresar la vista en miniatura en dicha base sensiblemente ortogonal y deducir de la misma una estimación de los órdenes sucesivos de un vector de estado (Im) de la firma correspondiente a una descomposición del espectro del objetivo en dicha base de descomposición espectral.
2. Procedimiento, según la reivindicación
1, en el que la detección de la vista en miniatura se opera
mediante umbral radiométrico.
3. Procedimiento, según la reivindicación 1
o 2, que incluye una etapa previa de supresión de fondo en la
imagen.
4. Procedimiento, según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de determinación
de la base sensiblemente ortogonal de vectores del ámbito espacial
de la vista en miniatura incluye:
- -
- el cálculo de una primera base de vectores según la base de descomposición espectral y la función de ensanche de punto ajustada en posición en el centro localizado de la mancha; y
- -
- si dicha primera base no es sensiblemente ortogonal, la determinación de una segunda base ortogonal mediante proyección ortogonal de la primera base en el ámbito espacial.
5. Procedimiento, según la reivindicación
4, en el que el cálculo de un vector \overline{U}_{p} de rango
p \geq 0 de la primera base de vectores se opera según:
U_{p}((i-1) x
N_{c} + j) = \int\limits_{x,y,\lambda} \overline{u}_{p}(\lambda).PSF
\{[(x - x_{0}) - i][(y - y_{0}) - j]
\lambda\}.dx.dy.d\lambda
donde U_{p} ((i – 1) x N_{C} +
j) designa la coordenada del vector de base \overline{U}_{p}
asociada a un píxel (i,j) de la vista en miniatura,
\overline{u}_{p}(\lambda) designa el vector de rango p
de la base de descomposición espectral, (x_{0}, y_{0}) designa
la posición estimada del centro de la mancha en la vista en
miniatura, PSF{[(x-x_{0})-i]
[(y-y_{0}-j]\lambda}
designa la función de ensanche de punto ajustada en posición en el
centro de la mancha en función de la posición (x, y) en la vista en
miniatura y de la longitud de onda
\lambda.
6. Procedimiento, según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que se restituye la posición
del objetivo a partir de una imagen única, aplicando una estimación
del centro de la mancha formada por el objetivo en la imagen, con
una precisión inferior al tamaño de un píxel.
7. Procedimiento, según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que habiéndose suministrado
la imagen mediante un sensor montado en un portador móvil, se
proporciona al sensor de formación de la imagen información de
datación, posición y comportamiento del portador.
8. Procedimiento, según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, en el que para obtener una
restitución con una precisión elevada de los distintos órdenes
sucesivos de la descomposición del espectro, se emplea un proceso
de resolución iterativa de problema inverso mediante iteraciones que
tienen en cuenta el acoplamiento entre la posición y la radiometría
del objetivo.
9. Procedimiento, según la reivindicación
8, en el que se efectúa la inversión mediante el método de los
menores cuadrados o mediante un método de convergencia bajo
limitaciones evolucionado, por ejemplo del tipo gradientes
reducidos generalizados o Powell.
10. Dispositivo de extracción de firma espectral
de un objetivo puntual (22), que incluye unos medios de obtención
(11), (12), (16) y (18) de una imagen (14) que incluye un objetivo
puntual (22) y unos medios de tratamiento (26) y (30) de dicha
imagen, configurados para extraer la firma espectral del objetivo,
de conformidad con un procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| FR0207235 | 2002-06-12 | ||
| FR0207235A FR2840996B1 (fr) | 2002-06-12 | 2002-06-12 | Procede et dispositif d'extraction de signature spectrale d'une cible ponctuelle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2259132T3 true ES2259132T3 (es) | 2006-09-16 |
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Family Applications (1)
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