RU2407028C2 - Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere - Google Patents
Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2407028C2 RU2407028C2 RU2009101597/28A RU2009101597A RU2407028C2 RU 2407028 C2 RU2407028 C2 RU 2407028C2 RU 2009101597/28 A RU2009101597/28 A RU 2009101597/28A RU 2009101597 A RU2009101597 A RU 2009101597A RU 2407028 C2 RU2407028 C2 RU 2407028C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- array
- background
- elements
- rows
- columns
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к методам обработки оптического изображения, полученного оптико-электронной системой (ОЭС) пеленгации точечных тепловых объектов (теплопеленгаторами), работающей на атмосферном фоне в инфракрасном диапазоне волн. Рассматриваемые теплопеленгаторы имеют оптическую систему с широким полем зрения, коротким фокусным расстоянием и матричным приемником инфракрасного излучения. Их относят к обзорным ОЭС. Угловой размер наблюдаемого точечного объекта в них меньше или равен элементарному угловому полю матричных инфракрасных (ИК) приемников [1, с.58].The invention relates to methods for processing an optical image obtained by an optoelectronic system (OES) for locating point thermal objects (heat direction finders) operating on an atmospheric background in the infrared wavelength range. The considered heat direction finders have an optical system with a wide field of view, a short focal length and a matrix receiver of infrared radiation. They are attributed to the survey ECO. The angular size of the observed point object in them is less than or equal to the elementary angular field of the matrix infrared (IR) receivers [1, p. 58].
Для таких теплопеленгаторов известен способ обнаружения точечных тепловых объектов [2, с.64], основанный на применении порога при разделении отметок от теплового объекта и фона с учетом среднего значения излучения фона. Под точечным объектом (целью) понимается малоразмерный тепловой объект, изображение которого умещается в элементарном поле зрения (пиксель изображения) пеленгатора или одновременно попадает в несколько соседних вертикальных или горизонтальных пикселей.A method for detecting point thermal objects [2, p. 64], based on the use of a threshold when separating marks from a thermal object and background taking into account the average value of background radiation, is known for such heat finders. A point object (target) is understood to mean a small-sized thermal object, the image of which fits in the elementary field of view (image pixel) of the direction finder or at the same time falls into several adjacent vertical or horizontal pixels.
Согласно способу [2] оптическую систему теплопеленгатора направляют и затем фиксируют в сегменте небесной полусферы поиска, равном угловому размеру поля зрения оптической системы теплопеленгатора, в котором предполагают нахождение теплового объекта. Фокусируют фоноцелевое изображение на чувствительных площадках матричного многоэлементного приемника излучения 1 (фиг.1) и, используя строчную схему считывания, снимают электрический сигнал, пропорциональный двумерному распределению энергетической яркости излучения фона и теплового объекта. Амплитуды сигнала преобразуют в цифровой код при помощи аналогово-цифрового преобразователя 2 (фиг.1). Цифровой код запоминают в оперативном запоминающем устройстве видеопроцессора в виде двумерного массива UN,M=||un,m||, где N - число строк, а М - число столбцов массива соответственно, так что элемент этого массива un,m содержит информацию о напряжении, пропорциональном яркости излучения фона, снятого с ячейки многоэлементного приемника в n-й строке на m-м шаге.According to the method [2], the optical system of the direction finder is guided and then fixed in the segment of the celestial hemisphere of the search, equal to the angular size of the field of view of the optical system of the direction finder, in which it is assumed to be a thermal object. The phono-target image is focused on the sensitive areas of the matrix multi-element radiation detector 1 (Fig. 1) and, using the horizontal reading scheme, an electrical signal is proportional to the two-dimensional distribution of the energy brightness of the background radiation and the thermal object. The amplitudes of the signal are converted into a digital code using an analog-to-digital Converter 2 (figure 1). The digital code is stored in the operational memory of the video processor in the form of a two-dimensional array U N, M = || u n, m ||, where N is the number of rows and M is the number of columns of the array, respectively, so the element of this array u n, m contains information on the voltage proportional to the brightness of the background radiation taken from the cell of the multi-element receiver in the nth line at the mth step.
Далее элементы массива UN,M преобразуют в видеосигналы, и на экране монитора видеоприемного устройства формируют фоноцелевое изображение в виде яркостных отметок, номера столбцов и строк которых соответствуют номерам столбцов и строк массива UN,M.Next, the elements of the array U N, M are converted into video signals, and on the monitor screen of the video receiver, a phono-target image is formed in the form of brightness marks, the column and row numbers of which correspond to the column and row numbers of the array U N, M.
Для обнаружения теплового объекта используют пороговый алгоритм. Выбор порога производят с учетом того, что яркости излучения «холодного» атмосферного фона и теплового объекта отличаются по величине. Порог срабатывания зрительно выбирают по среднему уровню яркости фонового шума. Те области изображения, где яркость пикселя выше установленного порога, считают тепловым объектом (целью), остальные - фоном. При этом предполагают, что двумерное поле яркости случайного фона имеет нормальный закон распределения [2, с.65].To detect a thermal object, a threshold algorithm is used. The threshold is selected taking into account the fact that the brightness of the radiation of the “cold” atmospheric background and the thermal object differ in magnitude. The response threshold is visually selected according to the average brightness level of the background noise. Those areas of the image where the pixel brightness is higher than the set threshold are considered a thermal object (target), and the rest are considered a background. It is assumed that the two-dimensional brightness field of a random background has a normal distribution law [2, p. 65].
К недостаткам способа следует отнести необходимость получения заблаговременной информации о статистических характеристиках фона для выбора порога обнаружения. Такой подход практически нереализуем [2, с.65]. Это связано с тем, что радиус корреляции атмосферных фонов составляет в среднем 50 с [3, с.135]. Это означает, что время жизни фона с определенными статистическими характеристиками ограничено. Поэтому необходимо с определенной периодичностью изменять порог автоматического принятия решения для поддержания заданной вероятности обнаружения. Кроме того, известно, что закон распределения большей части атмосферных фонов является бимодальным, т.е. отличным от нормального [3, с.141]. Поэтому при использовании автоматического обнаружения с учетом среднего уровня фона повышается вероятность принятия ошибочных решений.The disadvantages of the method include the need to obtain advance information about the statistical characteristics of the background to select a detection threshold. This approach is practically unrealizable [2, p.65]. This is due to the fact that the correlation radius of atmospheric backgrounds averages 50 s [3, p.135]. This means that the lifetime of a background with certain statistical characteristics is limited. Therefore, it is necessary to change the threshold for automatic decision making with a certain frequency to maintain a given probability of detection. In addition, it is known that the distribution law of most atmospheric backgrounds is bimodal, i.e. different from normal [3, p.141]. Therefore, when using automatic detection, taking into account the average level of the background, the probability of making erroneous decisions increases.
Задачей изобретения является разработка более совершенного амплитудного способа обнаружения тепловых объектов, автоматически и адаптивно учитывающего отличия уровней энергетической яркости и пространственных (угловых) размеров излучения малоразмерного теплового объекта и холодного протяженного атмосферного фона.The objective of the invention is to develop a more advanced amplitude method for detecting thermal objects, automatically and adaptively taking into account the differences in energy brightness levels and spatial (angular) sizes of radiation of a small-sized thermal object and a cold extended atmospheric background.
Для решения задачи изобретения предлагается использовать способ черезпериодной компенсации фона. Для реализации такой компенсации предлагается создавать массив черезпериодной компенсации (МЧПК), величины элементов которого рассчитываются по формуле wn,m=un,m×(-1)(n+m), где un,m элементы массива изображения UN,M, который обязательно должен иметь четное количество N строк и четное число М столбцов. При попадании в угловое поле зрения прибора протяженной помехи в любой момент времени число облученных элементов по строкам и столбцам МЧПК Wn,m, дающих сигнал положительной полярности, будет примерно равно числу элементов, дающих сигнал отрицательной полярности. При сложении амплитуд разнополярных сигналов, снятых по строкам или столбцам МЧПК, будет происходить их взаимосокращение, и величина среднего арифметического по строкам или столбцам, содержащим сигналы от атмосферного фона, будет близка к нулю. При усреднении разнополярных значений элементарных сигналов по строке или столбцу МЧПК, содержащей амплитуду сигнала от теплового объекта, взаимной компенсации происходить не будет, т.к. яркости излучения «холодного» атмосферного фона и теплового объекта всегда отличаются по амплитуде [1, с.20]. Вследствие этого величина среднего арифметического в таких строках и столбцах будет отлична от нуля.To solve the problem of the invention, it is proposed to use a method through periodic compensation of the background. To implement such compensation, it is proposed to create an array through periodical compensation (IPPC), the values of the elements of which are calculated by the formula w n, m = u n, m × (-1) (n + m) , where u n, m are the elements of the image array U N, M , which must have an even number of N rows and an even number of M columns. If extended interference enters the angular field of view of the device at any moment of time, the number of irradiated elements along the rows and columns of the MCF W n, m giving a signal of positive polarity will be approximately equal to the number of elements giving a signal of negative polarity. When summing the amplitudes of the bipolar signals recorded along the rows or columns of the MPCH, their mutual reduction will occur, and the arithmetic average of the rows or columns containing signals from the atmospheric background will be close to zero. When averaging bipolar values of elementary signals over the row or column of the MCF containing the amplitude of the signal from a thermal object, mutual compensation will not occur, because the radiation brightness of a “cold” atmospheric background and a thermal object always differ in amplitude [1, p.20]. As a result, the arithmetic mean value in such rows and columns will be nonzero.
Таким образом, существует возможность, установив порог принятия решения для среднего арифметического, рассчитанного по строкам и столбцам МЧПК, определять номер строки и столбца, в которых записана амплитуда сигнала от объекта. Предлагаемый способ включает простые математические операции и может быть реализован в реальном масштабе времени в типовом видеопроцессоре [1, с.225].Thus, it is possible, by setting the decision threshold for the arithmetic average calculated from the rows and columns of the MPCH, to determine the number of the row and column in which the amplitude of the signal from the object is recorded. The proposed method includes simple mathematical operations and can be implemented in real time in a typical video processor [1, p.225].
Структурная схема теплопеленгатора, реализующая предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Предлагаемый способ обнаружения тепловых объектов за счет черезпериодной компенсации фона включает следующие операции.The structural diagram of the heat finder that implements the proposed method is presented in figure 1. The proposed method for detecting thermal objects due to periodic compensation of the background includes the following operations.
1. Получение массива изображения UN,M из аналогово-цифрового преобразователя видеопроцессора 2 (фиг.1) размером N×M, где N - четное число строк, а М - четное число столбцов массива.1. Obtaining an image array U N, M from an analog-to-digital converter of video processor 2 (Fig. 1) of size N × M, where N is an even number of rows and M is an even number of columns of an array.
2. Расчет среднего значения яркости фонового шума массива изображения UN,M 3 (фиг.1) по формуле2. The calculation of the average brightness of the background noise of the image array U N, M 3 (figure 1) according to the formula
где un,m - элемент массива UN,M, содержащий информацию о сигнале, пропорциональном яркости излучения фона, снятого с ячейки многоэлементного приемника в n-й строке на m-м шаге.where u n, m is an element of the array U N, M containing information about the signal proportional to the brightness of the background radiation taken from the cell of the multi-element receiver in the nth line at the mth step.
3. Определение модуля порогового значения р для интервала принятия решения 4 (фиг.1) по формуле3. The determination of the module of the threshold value p for the decision interval 4 (figure 1) by the formula
где k - весовой коэффициент, позволяющий адаптировать порог принятия решения.where k is the weight coefficient that allows you to adapt the decision threshold.
4. Формирование МЧПК 5 (фиг.1) WN,M=||un,m||, в каждый элемент, имеющий индексы n и m, которого записывают результат умножения в соответствии с формулой4. The formation of IPPC 5 (Fig. 1) W N, M = || u n, m ||, in each element having indices n and m, which is recorded the result of multiplication in accordance with the formula
где un,m элементы массива изображения UN,M, который обязательно должен иметь четное количество N строк и четное число М столбцов.where u n, m elements of the image array U N, M , which must necessarily have an even number of N rows and an even number of M columns.
5. Расчет средних значений величин элементов массива WN, M в каждой его строке 6 (фиг.1) по формуле5. The calculation of the average values of the elements of the array W N, M in each of its row 6 (figure 1) by the formula
6. Формирование вектора , где элементы вектора являются средними значениями, рассчитанными для соответствующих строк МЧПК 7 (фиг.1).6. Vector formation where the elements of the vector are the average values calculated for the corresponding lines of the IPPC 7 (figure 1).
7. Расчет средних значений величин элементов массива WN,M в каждом его столбце 8 (фиг.1), по формуле7. The calculation of the average values of the elements of the array W N, M in each of its column 8 (figure 1), according to the formula
8. Формирование вектора , где элементы вектора являются средними значениями, рассчитанными для соответствующих столбцов 9 (фиг.1).8. Vector formation where the elements of the vector are the average values calculated for the corresponding columns 9 (figure 1).
9. Формирование двумерного массива EN,M 10 (фиг.1), в каждый элемент с индексами n и m которого записывают результат умножения в соответствии с формулой en,m=µ1n·µ2m, где µ1n и µ2m - величины n-го и m-го элементов векторов M1 и М2 соответственно.9. The formation of a two-dimensional array E N, M 10 (Fig. 1), in each element with indices n and m which record the multiplication result in accordance with the formula e n, m = µ1 n · µ2 m , where µ1 n and µ2 m are the values of the nth and mth elements of the vectors M1 and M2, respectively.
10. Пороговая обработка 11 (фиг.1), в процессе которой для всех элементов массива EN,M проверяют выполнение двойного неравенства -р≤en,m≤р. Если величина элемента en,m массива EN,M выходит за пределы интервала [-р, р], то ему присваивают единичное значение: =1, а если значение величины элемента en,m массива EN,M находится в пределах интервала [-p, p], то величину элемента обнуляют: =0.10. Threshold processing 11 (Fig. 1), during which for all elements of the array E N, M check the fulfillment of the double inequality -p≤e n, m ≤p. If the value of the element e n, m of the array E N, M goes beyond the interval [-p, p], then a unit value is assigned to it: = 1, and if the value of the element value e n, m of the array E N, M is within the interval [-p, p], then the element value is reset to zero: = 0.
11. Формирование фоноцелевого изображения на мониторе видеоприемного устройства 12 (фиг.1) с использованием величин элементов массива , для чего прямоугольный экран монитора 13 (фиг.1) видеоконтрольного устройства делят на прямоугольные ячейки по числу строк и столбцов массива , ячейки , содержащие единичные значения, выделяют цветом, имеющим наибольшую контрастность по отношению к фону экрана монитора. Принимают решение, что в элементах массива со значениями =1 находятся отметки от точечных тепловых объектов. По номерам строк и столбцов элементов, отличающихся по цвету от фона экрана монитора, определяют пространственное положение тепловых объектов в сегменте полусферы поиска. При отсутствии элементов c единичными значениями принимают решение об отсутствии тепловых объектов в анализируемом сегменте небесной полусферы поиска.11. The formation of the phono-target image on the monitor of the video receiving device 12 (figure 1) using the values of the elements of the array why the rectangular screen of the monitor 13 (figure 1) of the video monitoring device is divided into rectangular cells by the number of rows and columns of the array cells containing unit values are highlighted with the color that has the highest contrast with respect to the background of the monitor screen. Make a decision that in array elements with values = 1 are marks from point thermal objects. By the numbers of rows and columns of elements that differ in color from the background of the monitor screen, the spatial position of thermal objects in the segment of the search hemisphere is determined. In the absence of elements with single values decide on the absence of thermal objects in the analyzed segment of the celestial hemisphere of the search.
Блок-схема алгоритма способа череспериодной компенсации фона представлена на фиг.2.The flowchart of the method of inter-period background compensation is presented in figure 2.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что излучения точечного теплового объекта и атмосферного фона отличаются не только уровнем, но и угловыми размерами. Радиус корреляции облачного неба обычно не превышает в угловой мере 1-3° [3, с.129]. Это свидетельствует о том, что неоднородности протяженного холодного атмосферного фона (1-3°) имеют большие размеры по сравнению с малыми размерами излучающего точечного теплового объекта. Элементарное поле зрения, соответствующее одному пикселю (при размере матрицы 256×256) составляет 3,5 угловые секунды, т.е. изображение цели в несколько сотен раз меньше изображений неоднородностей атмосферного фона.The essence of the proposed method lies in the fact that the radiation of a point thermal object and atmospheric background differ not only in level, but also in angular dimensions. The correlation radius of the cloudy sky usually does not exceed an angle of 1-3 ° [3, p.129]. This indicates that the inhomogeneities of the extended cold atmospheric background (1-3 °) are large in comparison with the small size of the radiating point thermal object. The elementary field of view corresponding to one pixel (with a matrix size of 256 × 256) is 3.5 arc seconds, i.e. the image of the target is several hundred times smaller than the images of inhomogeneities of the atmospheric background.
Для компенсации мешающих отражений предлагается использовать свойство излучения атмосферного фона, который имеет примерно одинаковый уровень флуктуации яркости в пределах сегмента полусферы с угловыми размерами 1-3° [3, с.129]. Размер поля зрения теплопеленгатора составляет 18° по углу места и 18° по азимуту. Размер МЧПК составляет 256×256 элементов, т.е. при переводе его в визуальное изображение оно будет содержать 256×256=65536 пикселей. Это позволяет выделить 42 сегмента углового поля зрения прибора размером 2°15'×2°15', что соответствует делению МЧПК на фрагменты размером 32×32 элемента. Таким образом, МЧПК может быть разделен на 42 или менее фрагментов, в пределах которых существует одинаковое число облученных элементов положительной и отрицательной полярности. Хаотическое размещение в сегменте обнаружения областей с различной интенсивностью излучения фона, а также их различная пространственная протяженность не оказывает существенного влияния на результат усреднения излучения в том или ином столбце (строке). Неполная компенсация излучения фона может быть обусловлена нечетным числом элементов, принадлежащих частной области излучения фона, отличающейся по уровню излучения от других частных областей. Тем не менее, при попадании в сегмент углового поля зрения теплопеленгатора протяженной помехи в любой момент времени число облученных элементов по строкам и столбцам МЧПК Wn,m, дающих сигнал положительной полярности, будет примерно равно числу элементов, дающих сигнал отрицательной полярности. При сложении амплитуд разнополярных сигналов, снятых по строкам или столбцам матрицы МЧПК, будет происходить их взаимосокращение, и величина среднего арифметического по строкам или столбцам, содержащим сигналы от атмосферного фона, будет близка к нулю. При усреднении разнополярных значений элементарных сигналов по строке (столбцу) МЧПК, содержащей амплитуду сигнала от теплового объекта, взаимной компенсации происходить не будет, т.е. среднее арифметическое будет значительно отличаться от нуля.To compensate for interfering reflections, it is proposed to use the property of atmospheric background radiation, which has approximately the same level of brightness fluctuations within a hemisphere segment with angular sizes of 1-3 ° [3, p. 129]. The size of the field of view of the heat finder is 18 ° in elevation and 18 ° in azimuth. The size of the MPC is 256 × 256 elements, i.e. when translating it into a visual image, it will contain 256 × 256 = 65536 pixels. This makes it possible to distinguish 42 segments of the angular field of view of a device measuring 2 ° 15 '× 2 ° 15', which corresponds to the division of the MPD into fragments of 32 × 32 elements. Thus, the MBMS can be divided into 42 or less fragments, within which there is an equal number of irradiated elements of positive and negative polarity. The random placement in the detection segment of regions with different background radiation intensities, as well as their different spatial extent, does not significantly affect the result of averaging radiation in a particular column (row). Incomplete compensation of the background radiation may be due to an odd number of elements belonging to the private background radiation region, which differs in level of radiation from other private regions. Nevertheless, if an extended interference gets into the segment of the angular field of view at any moment of time, the number of irradiated elements along the rows and columns of the MBPC W n, m giving a signal of positive polarity will be approximately equal to the number of elements giving a signal of negative polarity. When summing the amplitudes of the bipolar signals recorded over the rows or columns of the IPPC matrix, they will cancel each other, and the arithmetic mean value over the rows or columns containing signals from the atmospheric background will be close to zero. When averaging bipolar values of elementary signals over the row (column) of the MCF containing the amplitude of the signal from a thermal object, mutual compensation will not occur, i.e. arithmetic mean will be significantly different from zero.
Таким образом, существует возможность, установив порог принятия решения, близким к среднему арифметическому, рассчитанному по строкам и столбцам МЧПК, различать строки и столбцы, в которых находится изображение фона, от строк и столбцов, в которых записана амплитуда сигнала от объекта, а также определять их номера.Thus, it is possible, by setting the decision threshold close to the arithmetic average calculated by the lines and columns of the MPC, to distinguish between the rows and columns in which the background image is located, from the rows and columns in which the amplitude of the signal from the object is recorded, and also determine their numbers.
Порог устанавливается каждый раз перед началом обработки массива изображения по формуле (2), используя расчет среднего арифметического по всему массиву изображения по формуле (1). Таким образом, меняющийся порог на каждом этапе обработки для каждого массива, адаптивно учитывает средний уровень энергетической яркости холодного протяженного атмосферного фона, поскольку элементов с отражениями фона на несколько порядков больше элементов с отражением от теплового объекта. При равномерном фоне в сегменте обнаружения порог по модулю уменьшается. При наличии участков с разной яркостью уровень порога р растет. То есть величина порога адаптивно реагирует на условия обнаружения тепловых объектов. Большое число строк и столбцов МЧПК и малое число неоднородных областей фона (более темных и менее темных) приводит к тому, что при усреднении по числу элементов МЧПК величина порога р изменяется несущественно, однако адаптивно реагирует на наличие неоднородностей в анализируемом сегменте небесной полусферы. Чтобы величина порога р была менее чувствительна к наличию неоднородных (разнояркостных) областей, существующих в пределах сегмента обнаружения, необходимо увеличивать число элементов МЧПК за счет применения более чувствительных приемников с большей дискретностью опроса.The threshold is set each time before starting processing the image array according to the formula (2), using the calculation of the arithmetic mean over the entire image array according to the formula (1). Thus, the changing threshold at each stage of processing for each array adaptively takes into account the average level of energy brightness of a cold extended atmospheric background, since there are several orders of magnitude more elements with background reflections than elements with reflection from a thermal object. With a uniform background in the detection segment, the threshold modulo decreases. In the presence of sections with different brightness, the threshold level p increases. That is, the threshold value adaptively responds to the conditions for detecting thermal objects. A large number of rows and columns of MPCS and a small number of inhomogeneous background regions (darker and less dark) lead to the fact that when averaging over the number of MPCS elements, the threshold p changes insignificantly, however, it responds adaptively to the presence of inhomogeneities in the analyzed segment of the celestial hemisphere. In order for the threshold value p to be less sensitive to the presence of inhomogeneous (different brightness) areas that exist within the detection segment, it is necessary to increase the number of MPCS elements due to the use of more sensitive receivers with more discrete polling.
Для проверки работоспособности предложенного способа череспериодной компенсации фона было проведено математическое моделирование. Примерный вид изображения, получаемый на мониторе видеоприемного устройства теплопеленгатора при наличии теплового объекта, по которому предлагается проводить зрительное обнаружение тепловых объектов, представлен на фиг.3. Изображение получено по данным массива UN,M, каждый элемент un,m которого содержит информацию об количестве уровней яркости (оттенке серого), пропорциональном яркости излучения фона и цели, снятого с ячейки многоэлементного приемника в n-й строке на m-м шаге. Сигнал в каждой ячейке un,m массива изображения UN,M в данном случае квантован на 2n уровней, где n=24. Допустимо использование другого числа уровней квантования, т.е. способ работоспособен при n≥8. Массив UN,M, содержащий сигнал от точечного теплового объекта, и массив без сигнала от объекта, использованные при проведении математического моделирования, представлены на фиг.4, 5 соответственно.To test the operability of the proposed method for interperiodic background compensation, mathematical modeling was performed. An exemplary view of the image obtained on the monitor of the video receiving device of the heat finder in the presence of a thermal object, according to which it is proposed to conduct visual detection of thermal objects, is presented in Fig. 3. The image was obtained from the array U N, M , each element u n, m of which contains information about the number of brightness levels (shade of gray) proportional to the brightness of the background and target radiation taken from the cell of the multi-element receiver in the nth line at the mth step . The signal in each cell u n, m of the image array U N, M in this case is quantized into 2 n levels, where n = 24. It is permissible to use a different number of quantization levels, i.e. the method is operational with n≥8. An array U N, M containing a signal from a point thermal object and an array without a signal from an object used in mathematical modeling are presented in Figs. 4, 5, respectively.
Математическое моделирование включало предварительные вычисления по расчету среднего значения µ яркости фонового шума массива изображения UN,M по формуле (1) и модуля порогового значения, рассчитываемого по формуле (2).Mathematical modeling included preliminary calculations to calculate the average value μ of the brightness of the background noise of the image array U N, M according to formula (1) and the threshold module calculated by formula (2).
Основная часть моделирования включала формирование МЧПК WN,M, в каждый элемент, имеющий индексы n и m, которого записывали результат умножения в соответствии с формулой (3). Варианты массивов WN,M, полученных для случаев наличия и отсутствия теплового объекта, представлены на фиг.7, 6 соответственно.The main part of the simulation included the formation of the MBPC W N, M , in each element with indices n and m, which was recorded the result of multiplication in accordance with formula (3). Variants of arrays W N, M obtained for cases of presence and absence of a thermal object are presented in Figs. 7, 6, respectively.
Для массивов WN,M были рассчитаны средние значения µ1n по столбцам по формуле (4). Затем значения µ1n заносились в соответствующие элементы вектора M1. Варианты векторов Ml, полученных для случаев наличия и отсутствия теплового объекта, представлены на фиг.8, 9.For arrays W N, M , the average values of μ1 n were calculated for the columns according to formula (4). Then, μ1 n values were entered into the corresponding elements of the vector M1. Variants of the Ml vectors obtained for the cases of presence and absence of a thermal object are presented in Figs. 8, 9.
Далее для массивов WN,M были рассчитаны средние значения µ2m по столбцам по формуле (5). Затем значения µ2m заносились в соответствующие элементы вектора М2. Варианты векторов М2, полученные для случаев наличия и отсутствия теплового объекта, представлены на фиг.10, 11. Полученные вектора M1, М2 были использованы для получения массивов EN,M, в каждый элемент, имеющий индексы n и m, которого записывался результат умножения в соответствии с формулой en,m=µ1n-µ2m, где µ1n и µ2m - величины n-го и m-го элементов векторов М 1 и М2 после пороговой обработки соответственно. Варианты массивов EN,M, полученных для случаев наличия и отсутствия теплового объекта, представлены на фиг.13 и 12 соответственно.Further, for the arrays W N, M , the average values of μ2 m were calculated for the columns according to formula (5). Then, the values of μ2 m were entered into the corresponding elements of the vector M2. Variants of the vectors M2 obtained for the cases of the presence and absence of a thermal object are presented in Figs. 10, 11. The obtained vectors M1, M2 were used to obtain arrays E N, M , in each element having indices n and m, of which the result of multiplication was recorded. in accordance with the formula e n, m = µ1 n -µ2 m , where µ1 n and µ2 m are the values of the nth and mth elements of the
В результате пороговой обработки, при которой сравнивались величины элементов en,m массива EN,M с порогом принятия решения -р≤en,m≤р, был получен выходной массив в соответствии с правилом:As a result of threshold processing, in which the values of the elements e n, m of the array E N, M were compared with the decision threshold −p ≤ e n, m ≤ p, an output array was obtained in accordance with the rule:
при попадании величины элемента en,m массива EN,M в интервал принятия решения [-р, р], величину элемента обнуляют =0;when the value of the element e n, m of the array E N, M falls into the decision interval [-p, p], the value of the element is reset = 0;
если значение элемента en,m массива не попало в интервал принятия решения - р≤en,m≤р, ему присваивают единичное значение =1.if the value of the element is e n, m array didn’t fall into the decision interval - p≤e n, m ≤р, it is assigned a single value = 1.
Варианты выходных массивов , полученных для случаев наличия и отсутствия теплового объекта, представлены на фиг.15 и 14 соответственно.Output Array Options obtained for cases of presence and absence of a thermal object are presented in Figs. 15 and 14, respectively.
Массив был использован для создания фоноцелевого изображения на мониторе видеоприемного устройства. Для этого прямоугольный экран монитора видеоконтрольного устройства делили на прямоугольные ячейки по числу строк и столбцов массива EN,M. Ячейки , содержащие единичные значения, выделяли цветом, имеющим наибольшую контрастность по отношению к фону экрана монитора. Считали, что в элементах массива со значениями =1 находились отметки от точечных тепловых объектов (целей). По номерам строк и столбцов элементов, отличающихся по цвету от фона экрана монитора, определяли пространственное положение цели в сегменте полусферы поиска. Изображение на мониторе с обнаруженной точечной тепловой целью представлено на фиг.16.Array was used to create a phono-target image on the monitor of a video receiving device. For this, the rectangular screen of the monitor of the video monitoring device was divided into rectangular cells by the number of rows and columns of the array E N, M. Cells containing single values were highlighted with the color having the highest contrast with respect to the background of the monitor screen. It was believed that in the elements of an array with values = 1 were marks from point thermal objects (targets). By the numbers of rows and columns of elements that differ in color from the background of the monitor screen, the spatial position of the target in the segment of the search hemisphere was determined. The image on the monitor with the detected thermal target is shown in Fig.16.
Способ ориентирован на обнаружение тепловых объектов на больших дальностях, при которых отметка от воздушной цели будет занимать один пиксель. При попадании четного количества точечных отметок от нескольких тепловых объектов в одну строку или столбец возможен пропуск цели. Однако после завершения первого этапа обнаружения процесс селекции цели на фоне неба не прекращается, а повторяется многократно. Неизменное положение теплового объекта, в роли которого выступает воздушная цель, в одном и том же пикселе изображения является маловероятным событием. Поэтому пропуск цели на одном из этапов за счет случайного попадания отметок от тепловых объектов в одну строку или столбец не приводит к полной потере цели.The method is focused on the detection of thermal objects at long ranges, at which the mark from the air target will occupy one pixel. If you get an even number of point marks from several thermal objects in one row or column, you can skip the target. However, after the completion of the first stage of detection, the target selection process against the sky does not stop, but is repeated many times. The invariable position of a thermal object, in the role of which an aerial target acts, in the same image pixel is an unlikely event. Therefore, skipping a target at one of the stages due to the accidental hit of marks from thermal objects in one row or column does not lead to a complete loss of the target.
Таким образом, предложенный амплитудный способ обнаружения тепловых объектов позволяет автоматически без участия оператора получать на экране монитора контрастные изображения тепловых объектов, позволяющие определять их угловые координаты, количественный состав групповой цели и другие характеристики воздушных целей без предварительной подготовки человека-оператора, что приводит к расширению информационной способности теплопеленгатора. Кроме этого, способ позволяет адаптивно учитывать отличия уровней энергетической яркости и пространственных (угловых) размеров излучения малоразмерного теплового объекта и холодного протяженного атмосферного фона при любых метеоситуациях.Thus, the proposed amplitude method for detecting thermal objects makes it possible to automatically obtain contrast images of thermal objects on the monitor screen without operator intervention, allowing them to determine their angular coordinates, the quantitative composition of the group target, and other characteristics of air targets without first preparing the human operator, which leads to an expansion of the information abilities of a heat finder. In addition, the method allows you to adaptively take into account the differences in energy brightness levels and spatial (angular) sizes of radiation of a small-sized thermal object and a cold extended atmospheric background in any weather situation.
Источники информацииInformation sources
1. Якушенков Ю.Г., Тарасов В.В. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: «Логос», 2004, 430 с.1. Yakushenkov Yu.G., Tarasov VV "Looking" type infrared systems. M .: “Logos”, 2004, 430 p.
2. Приходько В.Н., Хисамов Р.Ш. Обнаружение «точечных» объектов теплопеленгатором на основе матричного фотоприемного устройства // Оборонная техника, 2007. №1-2. С.64-66 (прототип).2. Prikhodko V.N., Khisamov R.Sh. Detection of "point" objects by a direction finder based on a matrix photodetector // Defense Technology, 2007. No. 1-2. S.64-66 (prototype).
3. Алленов А.М., Алленов М.И., Соловьев В.А. Иванов В.Н. Стохастическая структура излучения облачности. С-Пб.: Гидрометеоиздат, 2000, 175 с.3. Allenov A.M., Allenov M.I., Soloviev V.A. Ivanov V.N. Stochastic structure of cloud radiation. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2000, 175 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009101597/28A RU2407028C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009101597/28A RU2407028C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2009101597A RU2009101597A (en) | 2010-07-27 |
RU2407028C2 true RU2407028C2 (en) | 2010-12-20 |
Family
ID=42697739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009101597/28A RU2407028C2 (en) | 2009-01-19 | 2009-01-19 | Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2407028C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480780C1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации" Министерства обороны Российской Федерации | Method of detecting point thermal objects on masking atmospheric background |
-
2009
- 2009-01-19 RU RU2009101597/28A patent/RU2407028C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
C1. * |
Оборонная техника. Вып.1-2, 2007, с.64-66. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2480780C1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации" Министерства обороны Российской Федерации | Method of detecting point thermal objects on masking atmospheric background |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2009101597A (en) | 2010-07-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11778289B2 (en) | Multi-camera imaging systems | |
CA2729712C (en) | Method of searching for a thermal target | |
EP2445192B1 (en) | Scene based non-uniformity correction for infrared detector arrays | |
KR20130027356A (en) | Method for calculating amount of cloud from whole sky image and apparatus thereof | |
JP2017526126A (en) | Outlier removal method for electron microscope camera images | |
RU2401445C2 (en) | Method of selecting thermal objects | |
Graber et al. | Land-based infrared imagery for marine mammal detection | |
RU2461017C1 (en) | Method of detecting point thermal objects on complex atmospheric background | |
US20150185079A1 (en) | Hyper-Spectral and Hyper-Spatial Search, Track and Recognition Sensor | |
RU2407028C2 (en) | Device for detecting thermal objects on background of celestial hemisphere | |
CN107316318A (en) | Aerial target automatic testing method based on multiple subarea domain Background fitting | |
EP3043549B1 (en) | Methods and systems for flash detection | |
CN113253240B (en) | Space target identification method based on photon detection, storage medium and system | |
RU2480780C1 (en) | Method of detecting point thermal objects on masking atmospheric background | |
JP5302511B2 (en) | Two-wavelength infrared image processing device | |
RU2634374C2 (en) | Method of optical detecting low-contrast dynamic objects on complex atmospheric background | |
Goldman et al. | Binarity at the L/T brown dwarf transition-Adaptive optics search for companions | |
RU2408898C1 (en) | Method of searching for and identifying point targets using optoelectronic devices | |
CN112083511B (en) | Method and device for determining geometric resolution of detection load | |
Adel et al. | ’Development of a New High Dynamic Range Technique for Solar Flux Analysis Using Double-CCD Optical Camera | |
CN114283170B (en) | Light spot extraction method | |
Yakimenko et al. | A method of overlapping periodic compensation of atmospheric background radiation | |
Yakimenko | A method of compensating atmospheric background radiation | |
Yakimenko et al. | The detection of thermal objects on a masking atmospheric background | |
Jenkins et al. | Filling the Gaps: The TESS Mission Commences its First Extended Mission and Offers New Data Products |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120120 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20140627 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160120 |