RU2674411C1 - Method of registration and formation of signals of multi-spectral images - Google Patents
Method of registration and formation of signals of multi-spectral images Download PDFInfo
- Publication number
- RU2674411C1 RU2674411C1 RU2017143081A RU2017143081A RU2674411C1 RU 2674411 C1 RU2674411 C1 RU 2674411C1 RU 2017143081 A RU2017143081 A RU 2017143081A RU 2017143081 A RU2017143081 A RU 2017143081A RU 2674411 C1 RU2674411 C1 RU 2674411C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signals
- spectral
- radiant
- registration
- flux
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 77
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 59
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 claims description 14
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 5
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N5/00—Details of television systems
- H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J3/00—Spectrometry; Spectrophotometry; Monochromators; Measuring colours
- G01J3/46—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters
- G01J3/50—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors
- G01J3/51—Measurement of colour; Colour measuring devices, e.g. colorimeters using electric radiation detectors using colour filters
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Spectrometry And Color Measurement (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области спектрозонального телевидения, основанного на регистрации и преобразовании лучистого (светового) потока в нескольких зонах ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной областей спектра в сигналы разноспектральных изображений. Формируемые сигналы разноспектральных изображений могут быть использованы для решения задач обнаружения и селекции, измерения параметров или распознавания объектов и найти применения в системах визуального или автоматического анализа видеоинформации.The present invention relates to the field of spectrozonal television, based on the registration and conversion of radiant (light) flux in several zones of the ultraviolet, visible and infrared regions of the spectrum into signals of different spectral images. The generated signals of different spectral images can be used to solve problems of detection and selection, measurement of parameters or recognition of objects and find applications in systems of visual or automatic analysis of video information.
Спектральная селекция объектов базируется на возможности регистрации отраженного или излученного лучистого потока в нескольких спектральных зонах Δλi, которые выбираются внутри широкого спектрального участка от λ1 до λn. При этом, в зависимости от решаемой задачи, число зон регистрации может быть равным величине m=2,3,4, …, L.The spectral selection of objects is based on the possibility of recording the reflected or radiated radiant flux in several spectral zones Δλ i , which are selected within a wide spectral region from λ 1 to λ n . Moreover, depending on the problem being solved, the number of registration zones can be equal to m = 2,3,4, ..., L.
В наиболее полном виде выбор рабочих зон регистрации лучистого потока и общие вопросы теории спектрозональных систем были освящены в работах: Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Ташкент: Фан, 1987, 108 с. [1], Квиринг Г.Ю. Прикладное телевидение. / М.: МЭИС, 1989, 90 с. [2] и др.In the most complete form, the choice of working zones for recording radiant flux and general questions of the theory of spectrozonal systems were consecrated in the works: Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S. Spectral selection of optical images. Tashkent: Fan, 1987, 108 p. [1], Quiring G.Yu. Applied Television. / M .: MEIS, 1989, 90 p. [2] and others
Вопросы, связанные с дифференциальными методами регистрации лучистого потока нашли свое отражение в работах авторов: Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. - М.: Университетская книга; Логос, 2007. - 192 с. [3], Сагдуллаев В.Ю. Выбор зон регистрации лучистого потока в системах многоракурсного телевидения / Т-СОММ-Телекоммуникации и транспорт. - М., 2012 - №9. - С. 120-121 [4], Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2011, вып. 2, С. 3-25 [5] и др.Questions related to differential methods for detecting radiant flux are reflected in the works of the authors: Tarasov VV, Yakushenkov Yu.G. Dual and multi-band optoelectronic systems with matrix radiation detectors. - M .: University book; Logos, 2007 .-- 192 p. [3], Sagdullaev V.Yu. The choice of radiation registration zones in multi-angle television systems / T-SOMM-Telecommunications and transport. - M., 2012 - No. 9. - S. 120-121 [4], Sagdullaev T.Yu., Sagdullaev Yu.S. On the choice of registration zones in spectrozonal television. Questions of radio electronics, ser. Television Engineering, 2011, no. 2, S. 3-25 [5] and others.
Фактически перечисленные работы в целом затрагивают вопросы спектральной селекции объектов при дифференциальном методе регистрации лучистости, то есть в относительно «узких» спектральных зонах ультрафиолетовой (УФ), видимой (ВИ) и ближней инфракрасной (ИК) областей спектра, что требует обеспечения высокой чувствительности телевизионных (ТВ) датчиков (матричных фотоприемников) при низкой отражательной способности объектов.In fact, the aforementioned works on the whole touch upon the issues of spectral selection of objects using the differential method of detecting radiation, that is, in the relatively “narrow” spectral zones of the ultraviolet (UV), visible (VI) and near infrared (IR) regions of the spectrum, which requires high sensitivity of television ( TV) sensors (matrix photodetectors) with low reflectivity of objects.
Кроме вышесказанного следует отметить, что при использовании дифференциального метода регистрации лучистого (светового) потока возможна малая контрастность формируемых спектрозональных изображений. Она по своей природе может быть обусловлена различными причинами:In addition to the foregoing, it should be noted that when using the differential method of registering a radiant (light) flux, a low contrast of the formed spectrozonal images is possible. It by its nature can be due to various reasons:
- слабой отражательной способностью объекта и фона;- poor reflectivity of the object and background;
- близкими между собой спектральными характеристиками объекта и фона;- close spectral characteristics of the object and background;
- выбором не оптимальных спектральных участков (зон) регистрации лучистого потока для данного сочетания класса целевых наземных объектов и фона;- selection of non-optimal spectral sections (zones) of registration of the radiant flux for a given combination of the class of target ground objects and background;
- слабой освещенностью объекта и фона;- poor illumination of the object and background;
- плохой прозрачностью дистанционной среды;- poor transparency of the remote environment;
- неблагоприятными условиями наблюдения объектов и др.- unfavorable conditions for observing objects, etc.
Таким образом, в таких случаях использование в системах спектрозонального телевидения нескольких «узких» зонах регистрации лучистого (светового) потока внутри широкого спектрального участка с длинами волн от λ1 до λn, включающего УФ, ВИ или ИК области спектра, на основе дифференциального метода регистрации лучистого (светового) потока оказывается не эффективным.Thus, in such cases, the use of several "narrow" zones of registration of radiant (light) flux within a wide spectral region with wavelengths from λ 1 to λ n , including the UV, VI, or IR spectral region, in spectrozonal television systems, based on the differential registration method radiant (light) flux is not effective.
В последнее время известны работы, связанные с возможностью использования интегральных методов регистрации лучистого (светового) потока в различных спектральных участках оптического спектра. Среди них, например, Сагдуллаев Ю.С., Ковин С.Д., Сагдуллаев Т.Ю., Смирнов А.И. Информационно-измерительные системы телевидения М.: "Спутник+", 2013. - 199 с., [6]. По патенту РФ №2604898 на «Способ формирования спектрозональных видеосигналов» / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - приоритет 26.06.2015 г. Опубл. 20.12.2016 г. Бюл. №35 [7] рассматривается способ формирования спектрозональных видеосигналов с использованием переменной ширины зоны регистрации, где используется интегрально-дифференциальный метод регистрации лучистого (светового) потока. Данный способ обеспечивает достижение высокого значения отношения сигнал/шум путем регистрации входного лучистого потока в широких зонах спектрального участка с формированием дополнительных спектрозональных сигналов в узких зонах регистрации лучистого потока, путем обработки (вычитания) интегральных сигналов между собой.Recently, work has been known related to the possibility of using integrated methods for detecting radiant (light) flux in various spectral regions of the optical spectrum. Among them, for example, Sagdullaev Yu.S., Kovin S.D., Sagdullaev T.Yu., Smirnov A.I. Information-measuring systems of television M .: "Sputnik +", 2013. - 199 p., [6]. According to the patent of the Russian Federation No. 2604898 on “Method for the formation of spectrozonal video signals” / Kovin SD, Sagdullaev Yu.S. - Priority 06/26/2015. Publ. 12/20/2016, Bull. No. 35 [7], a method of forming spectrozonal video signals using a variable width of the registration zone, which uses the integral-differential method of recording the radiant (light) flux, is considered. This method ensures the achievement of a high signal-to-noise ratio by registering the input radiant flux in wide areas of the spectral region with the formation of additional spectrozonal signals in narrow zones of radiant flux recording, by processing (subtracting) the integral signals from each other.
В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов по патенту РФ на изобретение №2374783 «Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов» / Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. опубл. 27.11.2009 г. Бюл. 33 [8]. В этом патенте рассматривается способ формирования и отображения спектрозональных ТВ сигналов, который использует интегральный способ регистрации лучистого потока. По данному способу регистрация лучистого потока осуществляется в «широком» участке оптического спектра, по сравнению с дифференциальным методом регистрации, когда регистрация лучистого потока осуществляется в относительно «узких» зонах оптического спектра.As the closest analogue of the claimed invention, according to the totality of the signs and operations on the signals, a method for generating and displaying spectrozonal television signals according to the RF patent for invention No. 2374783 "A method for generating and displaying spectrozonal television signals" / Vilkova NN, Zubarev Yu.B. , Sagdullaev Yu.S. publ. November 27, 2009 Byul. 33 [8]. This patent describes a method for generating and displaying spectrozonal TV signals, which uses an integrated method for registering a radiant flux. According to this method, the registration of the radiant flux is carried out in a "wide" section of the optical spectrum, compared with the differential registration method, when the registration of the radiant flux is carried out in relatively "narrow" zones of the optical spectrum.
Формирование спектрозональных ТВ сигналов происходит по двухканальной оптической схеме, где процесс регистрации отраженного лучистого (светового) или излученного потока осуществляют внутри всего широкого спектрального участка с длиной волны от λ1 до λn, для чего, после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), его пропускают через широкополосные оптические фильтры (ОФ) ОФ1 и ОФ2, для первого ТВ датчика имеющего спектральную характеристику Ф1(λ), а для второго ТВ датчика - Ф2(λ), причем спектральные характеристики первого и второго оптического фильтра охватывают весь спектральный участок с длиной волны от λ1 до λn и удовлетворяют условию Ф1(λ)=1-Ф2(λ).The formation of spectrozonal TV signals occurs according to a two-channel optical scheme, where the registration process of the reflected radiant (light) or emitted stream is carried out within the entire wide spectral region with a wavelength of λ 1 to λ n , for which, after splitting the input radiant stream into two identical streams F (λ), it passes through a broadband optical filter (PF) RP 1 and RP 2, for the first TV encoder having a spectral characteristic F 1 (λ), and for the second TV transmitter - F 2 (λ), wherein the spectral characteristics ki of the first and second optical filter covering the entire spectral portion having wavelength of λ 1 to λ n and satisfy F 1 (λ) = 1-P 2 (λ).
Недостатком рассмотренного способа является тот факт, что нельзя осуществить одновременное формирование амплитудных значений спектрозональных видеосигналов для широких и узких зон регистрации лучистого потока в заданном спектральном участке от λ1 до λn, то есть совместить преимущества интегрального и дифференциального метода регистрации лучистого потока.The disadvantage of the considered method is the fact that it is impossible to simultaneously generate the amplitude values of the spectrozonal video signals for wide and narrow zones of registration of the radiant flux in a given spectral region from λ 1 to λ n , that is, to combine the advantages of the integral and differential method of recording the radiant flux.
Технический результат - обеспечение высокого отношения сигнал/шум путем регистрации входного лучистого потока в широком спектральном участке с формированием дополнительных спектрозональных сигналов в узких зонах регистрации лучистого потока для повышения достоверности селекции объектов контроля.EFFECT: ensuring a high signal-to-noise ratio by registering the input radiant flux in a wide spectral region with the formation of additional spectrozonal signals in narrow zones of registration of the radiant flux to increase the reliability of the selection of control objects.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа формирования и отображения спектрозональных ТВ сигналов, включающего регистрацию лучистого (светового) потока F(λ), внутри широкого спектрального интервала от λ1 до λn, его расщеплении на два идентичных потока F(λ) и их пропускании через два широкополосных оптических фильтра ОФ1 и ОФ2, спектральная характеристика которых, взаимно противоположна и удовлетворяет условию Ф1(λ)=1-Ф2(λ) в интервале длин волн от λ1 до λn, преобразовании лучистых (световых) потоков с использованием матричных фотоприемников и формировании двух спектрозональных видеосигналов U1(λ) и U2(λ), получение результирующего сигнала UR(λ) на основе выполнения операции деления спектрозональных видеосигналов между собой, для чего, после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), его пропускают через широкополосные оптические фильтры ОФ1 и ОФ2 спектральная характеристика первого ОФ τф1(λ) и второго ОФ τф2(λ) охватывает спектральный участок от λ1 до λn и удовлетворяет условиюThe technical result is achieved in that, in contrast to the known method for generating and displaying spectrozonal TV signals, including recording the radiant (light) flux F (λ), within a wide spectral range from λ 1 to λ n , splitting it into two identical fluxes F (λ ) and their transmission through two broadband optical filters OF 1 and OF 2 , the spectral characteristics of which are mutually opposite and satisfy the condition Ф 1 (λ) = 1-Ф 2 (λ) in the wavelength range from λ 1 to λ n , (light) flux zovaniem matrix of photodetectors and forming two multispectral video signals U 1 (λ) and U 2 (λ), receiving the resultant signal U R (λ) based on performing a division operation multispectral video signals among themselves, which, after splitting the input radiant flux into two identical flow F (λ), it is passed through wideband optical filters OF 1 and OF 2 the spectral characteristic of the first OF τ τ1 (λ) and the second OF τ τ2 (λ) covers the spectral region from λ 1 to λ n and satisfies the condition
затем осуществляют преобразование лучистых (световых) потоков и формирование двух интегральных сигналов Uc1(t) и Uс2(t) в спектральном участке от λ1 до λn, после чего используя эти сигналы, осуществляют нахождение значений сигналов для (λi-λ1) и (λn-λi) - зон регистрации лучистого (светового) потока в спектральном участке от λ1 до λn путем обработки сигналов на основе решения системы линейных уравнений с двумя неизвестнымиthen, radiant (light) fluxes are converted and two integrated signals U c1 (t) and U c2 (t) are generated in the spectral region from λ 1 to λ n , after which using these signals the signals are found for (λ i -λ 1 ) and (λ n -λ i ) - zones of registration of the radiant (light) flux in the spectral region from λ 1 to λ n by processing signals based on the solution of a system of linear equations with two unknowns
где для первого ОФ значения τф11(λ) и τф12(λ) принимаются равными единице, согласно (1), а для второго ОФ значения τф21(λ) составляют величину 1-ξ2(λ), а значения τф22(λ) принимаются равным единице, согласно (2), после чего определяют значение амплитуды сигнала изображения для первой зоны регистрации (λi-λ1) согласно выражениюwhere for the first RP the values of τ f11 (λ) and τ f12 (λ) are taken equal to unity, according to (1), and for the second OF, the values of τ f21 (λ) are 1-ξ 2 (λ), and the values of τ f22 ( λ) are taken equal to unity, according to (2), after which the value of the amplitude of the image signal for the first recording zone (λ i -λ 1 ) is determined according to the expression
а также определяют амплитуду сигнала изображения для второй зоны регистрации (λn-λi) согласно выражениюand also determine the amplitude of the image signal for the second recording zone (λ n -λ i ) according to the expression
где определитель системы линейных уравнений с двумя неизвестными вычисляют согласно выражениюwhere the determinant of a system of linear equations with two unknowns is calculated according to the expression
после чего обрабатывают полученные сигналы разноспектральных изображений, осуществляют их запоминание, затем подают их на входы цветного видеоконтрольного устройства для визуального анализа информации, а также осуществляют автоматическую селекцию заданных объектов на основе распределения амплитудных значений сигналов разноспектральных изображений в формируемых зонах регистрации лучистого потока.then they process the received signals of multispectral images, store them, then feed them to the inputs of a color video monitoring device for visual analysis of information, and also automatically select the set objects based on the distribution of the amplitude values of the signals of multispectral images in the generated areas of registration of the radiant flux.
Для достижения указанного результата предлагается Способ регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений, включающий регистрацию лучистого (светового) потока F(λ) в широком спектральном участке от λ1 до λn, его расщепление на два идентичных потока F(λ), пропускание их через два широкополосных оптических фильтра OФ1 и ОФ2 спектральная характеристика которых охватывает спектральный участок от λ1 до λn, преобразование лучистых потоков с использованием матричных фотоприемников с формированием двух интегральных сигналов изображений Uc1(t) и Uc2(t), в котором после расщепления входного лучистого потока на два одинаковых потока F(λ), его пропускают через широкополосные оптические фильтры ОФ1 и ОФ2 спектральная характеристика которых для первого ОФ τф1(λ) и второго ОФ τф2(λ) удовлетворяет условиюTo achieve this result, we propose a method for recording and generating signals of different spectral images, including the registration of the radiant (light) flux F (λ) in a wide spectral region from λ 1 to λ n , its splitting into two identical fluxes F (λ), passing them through two broadband optical filter oF 1 and RP 2 spectral characteristic which covers the spectral region from λ 1 to λ n, radiant flux transformation using matrix photodetectors to form two integral signal Images U c1 (t) and U c2 (t), wherein after splitting the input radiant flux into two identical flow F (λ), it passes through a broadband optical filters PF 1 and PF 2 spectral characteristic which for the first RP τ F1 (λ ) and the second OFF τ f2 (λ) satisfy the condition
затем осуществляют преобразование лучистых (световых) потоков и формирование двух интегральных сигналов изображений Uc1(t) и Uc2(t) в спектральном участке от λ1 до λn, после чего используя эти сигналы, осуществляют нахождение значений сигналов для (λi-λ1) и (λn-λi) - зоны регистрации лучистого потока в спектральном участке от λ1 до λn путем обработки сигналов на основе решения системы линейных уравнений с двумя неизвестнымиthen, radiant (light) fluxes are converted and two integrated image signals U c1 (t) and U c2 (t) are generated in the spectral region from λ 1 to λ n , after which using these signals the signal values are found for (λ i - λ 1 ) and (λ n −λ i ) are the registration zones of the radiant flux in the spectral region from λ 1 to λ n by processing signals based on the solution of a system of linear equations with two unknowns
где для первого ОФ значения τф11(λ) и τф12(λ) принимаются равными единице, согласно (1), а для второго ОФ значения τф21(λ) составляют величину 1-ξ2(λ), а значения τф22(λ) принимаются равным единице, согласно (2), после чего определяют значение амплитуды сигнала изображения для первой зоны регистрации (λi-λ1) согласно выражениюwhere for the first OF, the values of τf 11 (λ) and τ f12 (λ) are taken equal to unity, according to (1), and for the second OF, the values of τ f21 (λ) are 1-ξ 2 (λ), and the values of τ f22 ( λ) are taken equal to unity, according to (2), after which the value of the amplitude of the image signal for the first recording zone (λ i -λ 1 ) is determined according to the expression
а также определяют амплитуду сигнала изображения для второй зоны регистрации (λn-λi) согласно выражениюand also determine the amplitude of the image signal for the second recording zone (λ n -λ i ) according to the expression
где определитель системы линейных уравнений с двумя неизвестными вычисляют согласноwhere the determinant of a system of linear equations with two unknowns is calculated according to
после чего обрабатывают полученные сигналы разноспектральных изображений, осуществляют их запоминание, затем подают их на входы цветного видеоконтрольного устройства для визуального анализа информации, а также осуществляют автоматическую селекцию заданных объектов на основе распределения амплитудных значений сигналов разноспектральных изображений в формируемых зонах регистрации лучистого потока.then they process the received signals of multispectral images, store them, then feed them to the inputs of a color video monitoring device for visual analysis of information, and also automatically select the set objects based on the distribution of the amplitude values of the signals of multispectral images in the generated areas of registration of the radiant flux.
Пусть задан спектральный участок с длиной волны от λ1 до λn. Спектральная характеристика (СХ) матричного фотоприемника (МФП) нормирована в этом участке длин волн и удовлетворяет условиюLet a spectral region with a wavelength from λ 1 to λ n be given . The spectral characteristic (CX) of the matrix photodetector (MFP) is normalized in this region of wavelengths and satisfies the condition
где ξ(λ) - спектральный коэффициент, учитывающий форму спектральной характеристики МФП. При значениях ξ(λ)=0 в заданном спектральном участке (λn-λ1) выражение (7) отображает МФП с прямоугольной СХ.where ξ (λ) is the spectral coefficient taking into account the shape of the spectral characteristic of the MFP. For values of ξ (λ) = 0 in a given spectral region (λ n −λ 1 ), expression (7) represents an MFP with a rectangular CX.
В зависимости от необходимо числа формируемых спектрозональных видеосигналов в спектральном участке от λ1 до λn. ТВ камера может быть построена по двухканальной или многоканальной оптической схеме расщепления входного лучистого потока на несколько идентичных потоков.Depending on the required number of generated spectrozonal video signals in the spectral region from λ 1 to λ n . A TV camera can be built according to a two-channel or multi-channel optical scheme for splitting the input radiant flux into several identical streams.
В последнем случае спектральный участок (λn-λ1) разбивают на отдельные зоны регистрации Δλi где необходимо определять значения сигналов изображений, например, в следующем видеIn the latter case, the spectral section (λ n -λ 1 ) is divided into separate registration zones Δλ i where it is necessary to determine the values of the image signals, for example, in the following form
При осуществлении интегрального метода регистрации лучистого (светового) потока ключевым местом является выбор СХ ОФ. В принципе форма СХ ОФ может быть прямоугольной, треугольной или иметь любую форму. При этом необходимо выбрать средние значения коэффициентов ξ2(λ), ξ3(λ), …, ξm(λ), учитывающих форму СХ ОФ для выбираемых зон регистрации лучистого (светового) потока в «широких» спектральных участках УФ, ВИ и ИК областей спектра.In the implementation of the integral method of registration of the radiant (light) flux, the key point is the choice of SC OF. In principle, the shape of the CXF can be rectangular, triangular or have any shape. In this case, it is necessary to choose the average values of the coefficients ξ 2 (λ), ξ 3 (λ), ..., ξ m (λ), taking into account the shape of the CXF for the selected detection zones of the radiant (light) flux in the “wide” spectral regions of UV, VI, and IR spectral regions.
Задают требования к СХ 1,2,3, …, m-широкополосного ОФ в спектральном участке (λn-λ1)Set the requirements for the
В отличие от выражения (3) для нахождения значения сигнала в Δλi - зоне регистрации спектрального участка с длиной волны от λ1 до λn составим систему линейных уравнений с двумя неизвестными. При этом будем учитывать СХ 1,2,3, …, m-широкополосного ОФ в спектральном участке (λn-λ1) согласно выражению (9). СХ МФП удовлетворяет выражению (7).In contrast to expression (3), to find the signal value in Δλ i - the registration area of the spectral section with a wavelength from λ 1 to λ n, we compose a system of linear equations with two unknowns. In this case, we will take into account the CX of 1,2,3, ..., m-broadband OF in the spectral region (λ n -λ 1 ) according to expression (9). CX MFP satisfies expression (7).
Линейные уравнения будут иметь следующий вид:Linear equations will have the following form:
Определитель для i-системы линейных уравнений с двумя неизвестными находится согласно выражениюThe determinant for an i-system of linear equations with two unknowns is found according to the expression
Процедура вычисления значения сигналов в зонах регистрации лучистого (светового) потока (8) спектрального участка (λn-λ1) сводится к следующему:The procedure for calculating the value of the signals in the areas of registration of the radiant (light) flux (8) of the spectral section (λ n -λ 1 ) is as follows:
1. Решая систему линейных уравнений (10), определим значение амплитуды сигнала изображения для зоны регистрации (λ2-λ1)1. Solving the system of linear equations (10), we determine the value of the amplitude of the image signal for the registration area (λ 2 -λ 1 )
2. Решая систему линейных уравнений (11), определим значение амплитуды сигнала изображения для зоны регистрации (λ3-λ1)2. Solving the system of linear equations (11), we determine the value of the amplitude of the image signal for the registration area (λ 3 -λ 1 )
3. Решая систему линейных уравнений (12), определим значение амплитуды сигнала изображения для зоны регистрации (λ4-λ1)3. Solving the system of linear equations (12), we determine the value of the amplitude of the image signal for the registration area (λ 4 -λ 1 )
4. Решая каждую последующую i-систему линейных уравнений определим значение амплитуды сигнала изображения для зоны регистрации (λi-λ1)4. Solving each subsequent i-system of linear equations, we determine the value of the amplitude of the image signal for the registration area (λ i -λ 1 )
5. Решая систему линейных уравнений (13), определим значение амплитуды сигнала изображения для последней зоны регистрации (λn-λn-1)5. Solving the system of linear equations (13), we determine the value of the amplitude of the image signal for the last recording zone (λ n -λ n-1 )
Введем обозначения для i-зон регистрации лучистого (светового) потока в спектральном участке (λn-λ1) в видеWe introduce the notation for the i-zones of registration of the radiant (light) flux in the spectral region (λ n -λ 1 ) in the form
Тогда амплитудные значения сигналов разноспектральных изображений для i-зоны регистрации лучистого (светового) потока Δλ1, Δλ2, …, Δλm можно определить, используя операцию вычитания сигналовThen the amplitude values of the signals of different spectral images for the i-zone of registration of the radiant (light) flux Δλ 1 , Δλ 2 , ..., Δλ m can be determined using the operation of subtracting signals
Число операций, необходимых для нахождения значений сигналов разноспектральных изображений для m-зон регистрации лучистого (светового) потока при данном методе гораздо ниже по сравнению с использованием известных методов вычисления неизвестных. Нахождение сигналов при числе решении линейных уравнений с 20 неизвестными по теореме Крамера необходимо приблизительно 1021 умножений и делений. При решении системы линейных уравнений с использованием метода исключения, число операций также велико. Для нахождения 20 неизвестных необходимо 3270 арифметических и логических операций.The number of operations required to find the values of signals of different spectral images for the m-zones of registration of the radiant (light) flux with this method is much lower compared to using known unknown calculation methods. Finding signals when solving linear equations with 20 unknowns by Cramer's theorem requires approximately 10 21 multiplications and divisions. When solving a system of linear equations using the exclusion method, the number of operations is also large. To find 20 unknowns, 3270 arithmetic and logical operations are needed.
Спектрозональная ТВ система, реализующая предлагаемый способ регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений, представлена на фиг. 1.A spectral TV system that implements the proposed method for recording and generating signals of different spectral images is shown in FIG. one.
Позиции:Positions:
1 - объектив;1 - lens;
2 - устройство расщепления лучистого (светового) потока на два идентичных потока;2 - a device for splitting a radiant (light) stream into two identical streams;
3 - оптические фильтры (далее ОФ);3 - optical filters (hereinafter referred to as OF);
4 - блок управления оптическими фильтрами;4 - control unit for optical filters;
5 - преобразователи «лучистый (световой) поток-сигнал» (ТВ датчики);5 - converters "radiant (light) stream-signal" (TV sensors);
6 - синхрогенератор;6 - a sync generator;
7 - усилители-формирователи;7 - amplifiers-shapers;
8 - блок формирования новых сигналов разноспектральных изображений;8 - block generating new signals of different spectral images;
9 - блок памяти и обработки сигналов;9 - a block of memory and signal processing;
10 - коммутатор и инвентор сигналов;10 - switch and signal inventor;
11 - цветное видеоконтрольное устройство;11 - color video monitoring device;
12 - блок управления;12 - control unit;
13 - блок автоматической селекции заданных объектов.13 - block automatic selection of specified objects.
Синхрогенератор 6 вырабатывает необходимые строчные и кадровые импульсы, которые используются для развертки (считывания) изображения в ТВ датчиках 51 и 52, для формирования на выходе усилителей - формирователей 71 и 72 интегральных сигналов Uc1(t) и Uc2(t). Указанные импульсы с синхрогенератора поступают также на ходы блоков 8, 11. В качестве ТВ датчиков 51 и 52 могут быть использованы любые преобразователи «лучистый (световой) поток-сигнал» в виде известных передающих трубок (типа видикон), ПЗС матриц, КМОП фотоприемников или других преобразователей лучистого (светового) потока в электрический сигнал изображения.The
ОФ 31 и 32 для первого и второго канала формирования интегральных сигналов Uc1(t) и Uс2(t) имеют ширину зоны регистрации и форму спектральных характеристик, как показано для примера на фиг. 2. Поскольку общее число ОФ, удовлетворяющих данному условию, может быть разным, выбираются отдельные группы ОФ. Для этого с помощью блока управления ОФ 4 изменяются спектральные характеристики ОФ 31 и 32 в зависимости от принятого принципа (механическим - за счет замены самих ОФ с другими спектральными характеристиками или электронным путем). Надо отметить, что спектральные характеристики ОФ могут иметь форму, отличную от прямоугольной.OF 3 1 and 3 2 for the first and second channel for generating integrated signals U c1 (t) and U c2 (t) have the width of the recording zone and the shape of the spectral characteristics, as shown by way of example in FIG. 2. Since the total number of PFs satisfying this condition may be different, separate groups of PFs are selected. To do this, using the
В спектрозональной ТВ системе, показанной на фиг. 1, используется двухканальная оптическая схема. Здесь общий входной лучистый поток F(λ) расщепляется на два идентичных потока, каждый из которых проходит через свой оптический фильтр, имеющий спектральную характеристику для выполнения условия (1).In the spectrozonal TV system shown in FIG. 1, a two-channel optical circuit is used. Here, the total input radiant flux F (λ) is split into two identical fluxes, each of which passes through its own optical filter having a spectral characteristic to fulfill condition (1).
Пройдя первый и второй ОФ, образованные лучистые потоки F1(λ) и F2(λ) проецируется на светочувствительную поверхность первого и второго ТВ датчика 51 и 52. После преобразования лучистых потоков с выхода ТВ датчиков каждый сформированный интегральный сигнал изображения поступает на свой вход усилителя - формирователя 71 и 72, где происходят операции усиления, раздельной обработки интегральных сигналов изображений и их смешивания со строчными и кадровыми импульсами.After passing the first and second OF, the formed radiant fluxes F 1 (λ) and F 2 (λ) are projected onto the photosensitive surface of the first and second TV sensors 5 1 and 5 2 . After the conversion of the radiant fluxes from the output of the TV sensors, each generated integrated image signal is fed to its input of the amplifier - shaper 7 1 and 7 2 , where the operations of amplification, separate processing of the integrated image signals and their mixing with horizontal and frame pulses take place.
С выхода блока 71 и 72 сигналы поступают на блок обработки и формирования сигналов разноспектральных изображений 8, с выхода которого они поступают на входы блока памяти и обработки сигналов 9. Далее сформированные сигналы с выходов блока 9, через коммутатор и инвертор полярности сигналов 10 поступают на входы RGB цветного видеоконтрольного устройства (ВКУ) 11. Кроме того сформированные сигналы с выходов блока 9 поступают на входы блока 13 для автоматической селекции объектов по амплитудному распределению сигналов в сформированных зонах регистрации лучистого потока. С блока управления 12 поступают управляющие сигналы на блок 4 для смены ОФ, на блоки 9 и 10 для управления обработкой и коммутацией сигналов на входы ВКУ 11.From the output of block 7 1 and 7 2, the signals are sent to the block for processing and generating signals of
На фиг. 2, для примера, показаны один из вариантов СХ широкополосных ОФ, с коэффициентами прозрачности τфi(λ) в которых значения коэффициентов ξ2(λ)=ξ3(λ)=…=ξm(λ), при этом 0<ξi(λ)<1.In FIG. 2, for example, one of the variants of the SC of broadband OFs is shown, with transparency coefficients τ φi (λ) in which the values of the coefficients ξ 2 (λ) = ξ 3 (λ) = ... = ξ m (λ), with 0 <ξ i (λ) <1.
При использовании двухканальной оптической схемы расщепления входного лучистого потока и интегральном методе регистрации лучистого (светового) потока могут быть две основные ситуации (табл. 4) с использованием ОФ1 и ОФi, которые имеют определенные СХ.When using a dual-channel optical splitting circuit input radiant flux and integral method of registration radiant flux may be two basic situations (light) (tab. 4) using the PF 1 and PF i, which have certain CX.
Так, например, в одном случае СХ первого OФ1 и второго ОФ2 может быть постоянной, во втором случае СХ второго ОФi может последовательно меняться (механическим или электронным путем).For example, in one case CX OF first 1 and second 2 RP may be constant, in the second case a second SH RP i may sequentially change (mechanical or electronic means).
Примем, для примера, что СХ дистанционной среды, объектива и МФП в заданном интервале длин волн равномерны в спектральном интервале длин волн от λ1 до λn и условно равны единице. Тогда значение коэффициентов τф11, τф12 и τф21, τф22 будет определяться ходом спектральных характеристик ОФ1 и ОФi (табл. 4, ситуация 1 и 2).Let us take, for example, that the CX of the remote medium, lens, and MFP in a given wavelength range are uniform in the spectral wavelength range from λ 1 to λ n and are arbitrarily equal to unity. Then the value of the coefficients τ f11 , τ f12 and τ f21 , τ f22 will be determined by the course of the spectral characteristics of OF 1 and OF i (Table 4,
При использовании многоканальной схемы входного звена системы спектрозонального телевидения может быть сформированы большое число сигналов изображений. Общее число спектрозональных сигналов, которые можно получить при интегральном методе регистрации лучистого (светового) показано в табл. 5. Оно включает число основных сигналов разноспектральных изображений для зон регистрации Δλ1=(λ2-λ1), Δλ2=(λ3-λ2), Δλ4=(λ5-λ4), …, Δλm, получаемых за счет решения системы линейных уравнений с двумя неизвестными и определяется выражениями (15-19) и (21).When using a multi-channel input circuit of a spectrozonal television system, a large number of image signals can be generated. The total number of spectrozonal signals that can be obtained with the integrated radiant (light) registration method is shown in Table. 5. It includes the number of main signals of different spectral images for the registration zones Δλ 1 = (λ 2 -λ 1 ), Δλ 2 = (λ 3 -λ 2 ), Δλ 4 = (λ 5 -λ 4 ), ..., Δλ m , obtained by solving a system of linear equations with two unknowns and is determined by expressions (15-19) and (21).
Кроме этого можно получить дополнительные сигналы спектрозональных (разноспектральных) изображений, например, путем суммирования сигналов отдельных зон регистрации внутри спектрального участка (Δλn-λ1), например, для зон регистрации Δλ1+Δλ3, Δλ1+Δλ5, Δλ2+Δλ4, …, Δλm, Δλ1+Δλ4+Δλm т.д.In addition, it is possible to obtain additional signals of spectrozonal (multi-spectral) images, for example, by summing the signals of individual recording zones within the spectral region (Δλ n -λ 1 ), for example, for recording zones Δλ 1 + Δλ 3 , Δλ 1 + Δλ 5 , Δλ 2 + Δλ 4 , ..., Δλ m , Δλ 1 + Δλ 4 + Δλ m etc.
Общее число сигналов спектрозональных изображений будет представлять собой сигналы отдельных зон регистрации Δλ1, Δλ2, Δλ3, …, Δλm и их возможные комбинации (число комбинаций зависит от числа исходных интегральных сигналов). Общее число составит величину, согласно выражениюThe total number of signals of spectrozonal images will be the signals of the individual registration zones Δλ 1 , Δλ 2 , Δλ 3 , ..., Δλ m and their possible combinations (the number of combinations depends on the number of initial integral signals). The total number will be a value according to the expression
где m-число исходных интегральных сигналов.where m is the number of source integral signals.
Рассмотрим пример, когда число интегральных сигналов равно m=3 Число основных сигналов разноспектральных изображений равно трем и будет для зон регистрации Δλ1, Δλ2, Δλ3. Число дополнительных сигналов разноспектральных изображений равно четырем и будет для зон регистрации Δλ1+Δλ2, Δλ2+Δλ3, Δλ1+Δλ3, Δλ1+Δλ2+Δλ3.Consider an example where the number of integrated signals is m = 3. The number of main signals of different spectral images is three and will be Δλ 1 , Δλ 2 , Δλ 3 for registration zones. The number of additional signals of different spectral images is four and will be for the recording zones Δλ 1 + Δλ 2 , Δλ 2 + Δλ 3 , Δλ 1 + Δλ 3 , Δλ 1 + Δλ 2 + Δλ 3 .
ИсточникиSources
1. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений. Ташкент: Фан, 1987, 108 с.1. Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S. Spectral selection of optical images. Tashkent: Fan, 1987, 108 p.
2. Квиринг Г.Ю. Прикладное телевидение. / М.: МЭИС, 1989, 90 с.2. Quiring G.Yu. Applied Television. / M .: MEIS, 1989, 90 p.
3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Двух- и многодиапазонные оптико-электронные системы с матричными приемниками излучения. - М.: Университетская книга; Логос, 2007. - 192 с.3. Tarasov VV, Yakushenkov Yu.G. Dual and multi-band optoelectronic systems with matrix radiation detectors. - M .: University book; Logos, 2007 .-- 192 p.
4. Сагдуллаев В.Ю. Выбор зон регистрации лучистого потока в системах многоракурсного телевидения / Т-СОММ-Телекоммуникации и транспорт. - М., 2012-№9. - С. 120-121.4. Sagdullaev V.Yu. The choice of radiation registration zones in multi-angle television systems / T-SOMM-Telecommunications and transport. - M., 2012-No. 9. - S. 120-121.
5. Сагдуллаев Т.Ю., Сагдуллаев Ю.С. К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении. Вопросы радиоэлектроники, сер. Техника телевидения, 2011, вып. 2, С. 3-25.5. Sagdullaev T.Yu., Sagdullaev Yu.S. On the choice of registration zones in spectrozonal television. Questions of radio electronics, ser. Television Engineering, 2011, no. 2, S. 3-25.
6. Сагдуллаев Ю.С, Ковин С.Д., Сагдуллаев Т.Ю., Смирнов А.И. Информационно-измерительные системы телевидения М.: "Спутник+", 2013. - 199 с.6. Sagdullaev Yu.S., Kovin S.D., Sagdullaev T.Yu., Smirnov A.I. Information-measuring systems of television M .: "Sputnik +", 2013. - 199 p.
7. Патент РФ №2604898. Способ формирования спектрозональных видеосигналов / Ковин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. - приоритет 26.06.2015 г. Опубл. 20.12.2016 г. Бюл.№35.7. RF patent No. 2604898. The method of forming spectrozonal video signals / Kovin S.D., Sagdullaev Yu.S. - Priority 06/26/2015. Publ. December 20, 2016 Bull.№35.
8. Патент РФ на изобретение №2374783 «Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов» / Вилкова Н.Н., Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. опубл. 27.11.2009 г. Бюл. 33.8. RF patent for the invention No. 2374783 "Method for the formation and display of spectrozonal television signals" / Vilkova NN, Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S. publ. November 27, 2009 Byul. 33.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143081A RU2674411C1 (en) | 2017-12-08 | 2017-12-08 | Method of registration and formation of signals of multi-spectral images |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143081A RU2674411C1 (en) | 2017-12-08 | 2017-12-08 | Method of registration and formation of signals of multi-spectral images |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2674411C1 true RU2674411C1 (en) | 2018-12-07 |
Family
ID=64603866
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143081A RU2674411C1 (en) | 2017-12-08 | 2017-12-08 | Method of registration and formation of signals of multi-spectral images |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2674411C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716454C1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-03-11 | Анастасия Валентиновна Гурылева | Hyperspectrometer with higher spectral resolution |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6892084B2 (en) * | 2000-04-17 | 2005-05-10 | Becton Dickinson And Company | Method for analyzing substance mixtures |
RU2374783C1 (en) * | 2008-05-04 | 2009-11-27 | Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" | Method for generation and display of multispectral television signals |
US20160065915A1 (en) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | Arete Associates | Coded spectral imager |
RU2604898C1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of generating of multispectral video signals |
-
2017
- 2017-12-08 RU RU2017143081A patent/RU2674411C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6892084B2 (en) * | 2000-04-17 | 2005-05-10 | Becton Dickinson And Company | Method for analyzing substance mixtures |
RU2374783C1 (en) * | 2008-05-04 | 2009-11-27 | Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" | Method for generation and display of multispectral television signals |
US20160065915A1 (en) * | 2014-08-27 | 2016-03-03 | Arete Associates | Coded spectral imager |
RU2604898C1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Method of generating of multispectral video signals |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716454C1 (en) * | 2019-04-08 | 2020-03-11 | Анастасия Валентиновна Гурылева | Hyperspectrometer with higher spectral resolution |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101824290B1 (en) | High resolution multispectral image capture | |
CN101943604B (en) | Temperature-measurement imaging system and measuring method thereof | |
RU2604898C1 (en) | Method of generating of multispectral video signals | |
RU2546982C2 (en) | Method of generating and displaying colour, spectrozonal and thermal image signals | |
US11635328B2 (en) | Combined multi-spectral and polarization sensor | |
US9998636B2 (en) | Method to remove the spectral components of illumination and background from multi-spectral and hyper-spectral images | |
EP3999822A1 (en) | Spectrometer device | |
RU2679921C1 (en) | Method of forming digital spectrozonal television signals | |
US11609338B2 (en) | Method and device for detecting incident laser radiation on a spacecraft | |
RU2674411C1 (en) | Method of registration and formation of signals of multi-spectral images | |
US20190294024A1 (en) | Methods and apparatus for acousto-optic non-uniformity correction and counter-countermeasure mechanisms | |
CN112105898B (en) | Spectroscopic measurement device and spectroscopic measurement method | |
RU2543985C1 (en) | Method of generating television image signals of different spectral regions | |
RU2374783C1 (en) | Method for generation and display of multispectral television signals | |
Kim et al. | Aperture-encoded snapshot hyperspectral imaging with a lensless camera | |
US20150271406A1 (en) | System for capturing scene and nir relighting effects in movie postproduction transmission | |
RU2731880C1 (en) | Method of generating digital multispectral television signals | |
RU2713716C1 (en) | Method of generating signals of different-spectral television images | |
CN116670705A (en) | Image processing device, image processing method, and image processing program | |
RU2697062C1 (en) | Method of objects observation | |
CN113418613A (en) | High-temperature transient measurement system and method based on multispectral colorimetry | |
US4600830A (en) | Focus detecting device | |
RU2808963C1 (en) | Three-spectrum video surveillance system | |
RU2820168C1 (en) | Four-spectrum video surveillance system | |
RU2754966C1 (en) | Method for television spectral selection of images of objects |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201209 |