RU2612323C1 - Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе - Google Patents
Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612323C1 RU2612323C1 RU2016111611A RU2016111611A RU2612323C1 RU 2612323 C1 RU2612323 C1 RU 2612323C1 RU 2016111611 A RU2016111611 A RU 2016111611A RU 2016111611 A RU2016111611 A RU 2016111611A RU 2612323 C1 RU2612323 C1 RU 2612323C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- matrix
- columns
- rows
- image
- missing
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
- G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
- G01V8/02—Prospecting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Изобретение относится к пассивным двухканальным сканирующим системам наблюдения с двумя приемниками, работающими в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн. Технический результат направлен на восстановление пропущенных строк и столбцов искомой матрицы изображения с целью восстановления изображения в целом. Способ восстановления изображений заключается в применении оператора восстановления одномерного изображения к массиву данных отдельных строк и столбцов двух матриц наблюдения с последующей интерполяцией и объединением двух изображений в одно восстановленное изображение без пропусков строк и столбцов. 1 табл.
Description
Изобретение относится к пассивным [1, 2] двухканальным сканирующим системам наблюдения, работающим в оптическом, инфракрасном или миллиметровом диапазонах длин волн.
Система наблюдения состоит из двух измерительных каналов. Каждый канал содержит приемное устройство - приемник, регистрирующий излучаемое объектами поле в ограниченном объеме пространства в соответствии со своей диаграммой направленности (ДН), а также тракт первичной обработки принимаемых сигналов. Приемники одновременно сканируют зону обзора размером M×N элементов дискретизации по азимуту и углу места. Первый приемник движется непрерывно вдоль строки (по азимуту) со съемом данных с малым шагом дискретизации h и осуществляет переход к другой строке с увеличенным шагом k1⋅h, k1>1, где (k1-1) - число пропущенных подряд строк. Второй приемник, наоборот, движется непрерывно вдоль столбца (по углу места) со съемом данных с малым шагом дискретизации h и осуществляет переход к другому столбцу с увеличенным шагом k2⋅h, k2>1, где (k2-1) - число пропущенных подряд столбцов.
По результатам первичной обработки формируются две матрицы наблюдений: Y1={y1(i,j)}, , и Y2={y2(i,j)}, , . Пропущенные при сканировании строки и столбцы в матрицах Y1 и Y2 присутствуют, но не рассматриваются.
Модель наблюдений имеет следующий вид:
где α(i,j) - весовая функция с областью определения , , представляющая нормированную ДН приемника; X={x(i,j)} - матрица искомого изображения с элементами x(i,j), подлежащими восстановлению на множестве элементов дискретизации , ; P1(i,j) и p2(i,j) - шумы аппаратуры в приемных каналах в виде белого шума.
Задача заключается в восстановлении изображения X={x(i,j)} на множестве элементов дискретизации , путем обработки полученных наблюдений Y1={y1(i,j)} и Y2={y2(i,j)}.
Такая задача относится к классу некорректных обратных задач и решается как в пространственной, так и частотной области [3] с применением методов регуляризации, повышающих устойчивость решения.
Оптимальное решение задачи восстановления изображения X с позиции известных критериев [4] для двумерной модели измерений (1) в пространственной области требует больших предварительных вычислительных затрат и памяти при обращении матриц, что снижает устойчивость решения. При больших значениях М и N реализовать матричные методы не удается.
Оптимальное решение в частотной области [5] требует обработки всех строк и столбцов на множестве , , что достигается интерполяцией пропущенных строк и столбцов матриц Y1 и Y2. Несмотря на удобство реализации частотных методов, ошибки интерполяции наблюдений существенно снижают точность восстановления изображений.
На практике целесообразно перейти от (1) к упрощенной модели наблюдений, не учитывающей пропуски строк и столбцов:
где α1(j) и α2{i) - соответственно центральное горизонтальное и вертикальное сечения ДН, причем α1(0)=α2(0); - случайные аддитивные составляющие, порожденные шумами аппаратуры и ошибками аппроксимации при переходе от (1) к (2).
Число оцениваемых параметров в (2) значительно меньше, чем в (1).
В рамках модели (2) ставится одномерная задача независимого восстановления изображений в i-x строках Х1(i) и j-x столбцах Х2(j) матрицы X путем обработки i-х строк Y1(i), матрицы Y1 и j-x столбцов Y2(j), матрицы Y2. Задача решается известными способами.
В качестве прототипа может быть рассмотрен любой способ восстановления одномерного изображения: матричный способ [4] или способ фильтра Винера [5], действие которых применительно к поставленной задаче сводится к следующему:
1. На вход подается i-я строка Y1(i) первой матрицы наблюдений Y1 или j-й столбец Y2(j) второй матрицы наблюдений Y2 - одномерный массив числовых данных объема М или N.
2. К массиву данных применяется оператор восстановления, основанный на пространственной или частотной обработке.
3. В результате действия оператора восстановления на выходе получается i-я строка Х1(i) или j-й столбец Х2(j) восстановленного изображения в виде нового массива данных объема М или N.
Совокупность восстановленных строк X1(i), и столбцов X2(j), N дает матрицу Xp решетчатой структуры восстановленного изображения, в которой пропущенные строки и столбцы присутствуют, но не рассматриваются.
Такой способ формирования изображений обладает следующим недостатком: решетчатая структура матрицы Xp, полученная при шаге сканирования большем, чем шаг дискретизации (k>1), дает прореженное по строкам и столбцам изображение, что затрудняет или делает невозможным распознавание изображений объектов наблюдения.
Технический результат направлен на устранение указанного недостатка, а именно на восстановление пропущенных строк и столбцов искомой матрицы изображения с целью восстановления изображения в целом.
Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе заключается в том, что при наблюдении зоны обзора с помощью двух приемников, первый из которых дает матрицу наблюдений Y1 с пропусками строк, а второй - матрицу наблюдений Y2 с пропусками столбцов, обрабатывают наблюдаемые i-е строки Y1(i) матрицы Y1 и наблюдаемые j-е столбцы Y2(j) матрицы Y2 оператором восстановления одномерных массивов и в результате этой обработки получают в той же нумерации i-е строки Х1(i) матрицы Х1 восстановленного изображения по строкам и j-е столбцы Х2(j) матрицы Х2 восстановленного изображения по столбцам, отличающийся тем, что пропущенные строки матрицы Х1 восстанавливают путем линейной интерполяции соседних не пропущенных строк и получают матрицу , а пропущенные столбцы матрицы Х2 восстанавливают путем линейной интерполяции соседних не пропущенных столбцов и получают матрицу , затем все соответствующие пары элементов матриц и сравнивают к заданным уровнем γ и выбирают из каждой пары один элемент, наиболее близкий в этому уровню, после чего выбранные элементы помещают в матрицу X, которая представляет восстановленное изображение без пропусков строк и столбцов.
Способ осуществляют следующим образом:
1. Два приемника одновременно сканируют зону обзора размером M×N элементов дискретизации по азимуту (по j) и углу места (по i).
2. По результатам первичной обработки формируются две матрицы наблюдений: Y1={y1(i,j)}, , и Y2={y2(i,j)}, , , где k1, k2>1. Первый приемник дает матрицу наблюдений Y1 с пропусками строк, а второй - матрицу наблюдений Y2 с пропусками столбцов. Пропущенные при сканировании строки или столбцы присутствуют в матрицах Y1 и Y2, но не рассматриваются.
3. Наблюдаемые i-e строки Y1(i) матрицы Y1 и наблюдаемые j-е столбцы Y2(j) матрицы Y2 обрабатывают оператором восстановления одномерных массивов и в результате этой обработки получают в той же нумерации i-e строки X1(i), матрицы Х1 восстановленного изображения по строкам и j-е столбцы Х2(j), матрицы Х2 восстановленного изображения по столбцам.
4. Пропущенные строки матрицы Х1 заполняются методом линейной интерполяции: между соседними наблюдаемыми строками матрицы Х1 помещаются k1-1 строк по числу k1-1 недостающих элементов дискретизации угла места, а элементы этих строк находятся линейной интерполяцией соответствующих элементов i-й и (i+1)-й строк матрицы Х1 по формуле:
Δх1=(х1(i+k1,j)-х1(i,j))/k1,
Подобным образом заполняются пропущенные столбцы матрицы Х2:
Δх2=(х2(i+k2,j)-х2(i,j))/k2,
5. После интерполяции получается матрица с повышенным разрешением по азимуту и матрица с повышенным разрешением по углу места.
6. Все пары , соответствующих элементов матриц и , сравниваются с заданным уровнем γ. Из двух элементов и выбирается один элемент, наиболее близкий к этому уровню. Он запоминается как i-й, j-й элемент x(i,j) матрицы X, представляющей восстановленное изображение без пропусков строк и столбцов.
7. Уровень γ назначается человеком-оператором из физических соображений. Уровень может меняться в процессе наблюдения с целью повышения четкости отдельных деталей изображения.
Результаты моделирования. Способ реализовывался с применением операторов восстановления одномерных изображений в пространственной области (матричный метод) и частотной области (метод фильтра Винера). Методы показали близкую точность восстановления изображения вдоль строк и столбцов. Дополнительно небольшим порогом снимались шумовые эффекты на восстановленном изображении. При моделировании ширина ДН составляла (2m+1)×(2n+1)=7×7, отношение сигнал-шум (С-Ш) 30 и 50 при максимальной амплитуде 5, шаг по строкам и столбцам к=1, 2, 3, 4, размер объекта наблюдения L×L=5×5. ДН задавалась экспоненциальной функцией с квадратичным показателем степени. Уровень γ задавался числом 5.
В таблице представлены оценки среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки восстановления изображения, полученные сравнением моделируемого и восстановленного изображений на множестве реализаций эксперимента, в зависимости от величины шага k по строкам и столбцам при разном отношении сигнал-шум.
В первой строке значений СКО даны результаты, полученные предлагаемым способом. Вторая строка значений СКО соответствует прототипу, когда пропущенные строки и столбцы предварительно обнулялись, и восстановленное изображение представляло собой решетчатую матрицу. В третьей строке значений СКО представлены результаты, полученные оптимальным матричным способом восстановления, принимаемым за эталон, при совместной обработке двух матриц наблюдения Y1 и Y2, подобно предложенному способу, но на основе двумерной модели измерений (1).
Оценка разрешающей способности изображений осуществлялась нахождением минимального расстояния dmin, измеряемого в количестве строк между двумя объектами, при котором они четко различались на восстановленном изображении. Разрешение dmin=2, соответствующее 1/2 ширины ДН, достигалось: для предложенного способа при шаге k=2, для прототипа - при шаге k=1, для эталона - при шаге k=3.
Предложенный способ отличается значительной простотой реализации и не имеет ограничений на размеры матрицы изображения. Он уступает в точности восстановления оптимальному способу, который, однако, можно реализовать только для небольших матриц изображения. Результаты моделирования показали приемлемое качество восстановленного изображения.
Способ может найти применение в существующих сканирующих системах наблюдения микроволнового диапазона [2], а также в системах оптического и инфракрасного диапазонов, предназначенных для обнаружения и распознавания объектов по их восстановленному изображению.
Литература
1. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т./ Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.
2. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника. 2008. 320 с.
3. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986. 304 с.
4. Патент RU 2 368 917 С1. Способ формирования изображений в многоканальных РТЛС и РЛС / В.К. Клочко. МПК: G01S 13/89. Приоритет 21.12.2007. Опубл.: 27.09.2009. Бюл. №27.
5. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006. 616 с.
Claims (1)
- Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе, заключающийся в том, что при наблюдении зоны обзора с помощью двух приемников, первый из которых дает матрицу наблюдений Y1 с пропусками строк, а второй - матрицу наблюдений Y2 с пропусками столбцов, обрабатывают наблюдаемые i-е строки Y1 (i) матрицы Y1 и наблюдаемые j-е столбцы Y2 (j) матрицы Y2 оператором восстановления одномерных массивов и в результате этой обработки получают в той же нумерации i-е строки Х1 (i) матрицы Х1 восстановленного изображения по строкам и j-е столбцы Х2 (j) матрицы Х2 восстановленного изображения по столбцам, отличающийся тем, что пропущенные строки матрицы Х1 восстанавливают путем линейной интерполяции соседних не пропущенных строк и получают матрицу , а пропущенные столбцы матрицы Х2 восстанавливают путем линейной интерполяции соседних не пропущенных столбцов и получают матрицу , затем все соответствующие пары элементов матриц и сравнивают к заданным уровнем γ и выбирают из каждой пары один элемент, наиболее близкий в этому уровню, после чего выбранные элементы помещают в матрицу X, которая представляет восстановленное изображение без пропусков строк и столбцов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111611A RU2612323C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016111611A RU2612323C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612323C1 true RU2612323C1 (ru) | 2017-03-07 |
Family
ID=58459368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016111611A RU2612323C1 (ru) | 2016-03-28 | 2016-03-28 | Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612323C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656355C1 (ru) * | 2017-03-29 | 2018-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ повышения разрешающей способности изображений в многоканальных ртлс |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5557283A (en) * | 1991-08-30 | 1996-09-17 | Sheen; David M. | Real-time wideband holographic surveillance system |
RU2287169C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2006-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") | Способ радиоконтроля |
RU2304289C1 (ru) * | 2006-04-20 | 2007-08-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Способ восстановления радиолокационных изображений объектов со стационарным центром вращения |
JP2008215935A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ画像処理装置 |
RU2368917C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-09-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс |
WO2011001141A1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | Radar system |
EP2385391A2 (en) * | 2010-05-04 | 2011-11-09 | Sony Corporation | Active imaging device and method for speckle noise reduction |
-
2016
- 2016-03-28 RU RU2016111611A patent/RU2612323C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5557283A (en) * | 1991-08-30 | 1996-09-17 | Sheen; David M. | Real-time wideband holographic surveillance system |
RU2287169C2 (ru) * | 2004-06-15 | 2006-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственное конструкторское бюро аппаратно-программных систем "Связь" (ФГУП "ГКБ "Связь") | Способ радиоконтроля |
RU2304289C1 (ru) * | 2006-04-20 | 2007-08-10 | Федеральное государственное учреждение "Федеральный государственный научно-исследовательский испытательный центр радиоэлектронной борьбы и оценки эффективности снижения заметности" Министерства обороны Российской Федерации | Способ восстановления радиолокационных изображений объектов со стационарным центром вращения |
JP2008215935A (ja) * | 2007-03-01 | 2008-09-18 | Mitsubishi Electric Corp | レーダ画像処理装置 |
RU2368917C1 (ru) * | 2007-12-21 | 2009-09-27 | Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Рязанский государственный радиотехнический университет | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс |
WO2011001141A1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-06 | Mitsubishi Electric R&D Centre Europe B.V. | Radar system |
EP2385391A2 (en) * | 2010-05-04 | 2011-11-09 | Sony Corporation | Active imaging device and method for speckle noise reduction |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2656355C1 (ru) * | 2017-03-29 | 2018-06-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Способ повышения разрешающей способности изображений в многоканальных ртлс |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2017198162A1 (zh) | 基于合成孔径雷达成像的三维图像重建方法及装置 | |
JP6660857B2 (ja) | レーダーシステムを用いて関心領域の画像を生成する方法 | |
Park et al. | High angular resolution RFI localization in synthetic aperture interferometric radiometers using direction-of-arrival estimation | |
US11520035B2 (en) | Coherence change detection techniques | |
JP2019527835A5 (ru) | ||
CN103399315B (zh) | 实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法 | |
CN108627835B (zh) | 全极化差分sar层析的目标重构方法 | |
CN111126318A (zh) | 一种信号失配下的参数可调双子空间信号检测方法 | |
RU2368917C1 (ru) | Способ формирования изображений в многоканальных ртлс и рлс | |
CN111103583B (zh) | 一种具有实时校准的三维射频成像系统和方法 | |
EP2860549A1 (en) | Method and device for direction of arrival (DOA) detection of SAR signals | |
RU2612323C1 (ru) | Способ восстановления изображений в двухканальной сканирующей системе | |
CN108008378B (zh) | 一种sar虚假目标能量比值确定方法及装置 | |
RU2379706C2 (ru) | Способ повышения разрешающей способности радиотепловых изображений | |
AU2020279716B2 (en) | Multi-timescale doppler processing and associated systems and methods | |
WO2016005738A1 (en) | Method and system for surveillance using synthetic aperture radar images | |
CN117237430A (zh) | 一种高精度多时序水深反演方法、计算设备及存储介质 | |
RU2612193C1 (ru) | Способ формирования изображений объектов в двухканальной радиометрической системе | |
RU2379705C2 (ru) | Способ двухэтапного восстановления изображений в многоканальных радиолокационных и радиотеплолокационных станциях | |
CN113608192B (zh) | 一种探地雷达远场定位方法、装置及计算机可读存储介质 | |
Isaev et al. | Analysis of Radar Frame Quality Indicators Properties | |
RU2292060C1 (ru) | Способ наблюдения за воздушными объектами и поверхностью на базе бортовой рлс | |
Zhang et al. | Imaging processor for multi-receiver SAS in the presence of partially failed receivers | |
RU2661903C1 (ru) | Способ повышения разрешающей способности радиометрических изображений | |
RU2681519C1 (ru) | Способ определения траекторий движения объектов в радиометрической системе видения |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180329 |