RU2731880C1 - Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов - Google Patents

Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов Download PDF

Info

Publication number
RU2731880C1
RU2731880C1 RU2020102199A RU2020102199A RU2731880C1 RU 2731880 C1 RU2731880 C1 RU 2731880C1 RU 2020102199 A RU2020102199 A RU 2020102199A RU 2020102199 A RU2020102199 A RU 2020102199A RU 2731880 C1 RU2731880 C1 RU 2731880C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
max
digital
multispectral
codes
television signals
Prior art date
Application number
RU2020102199A
Other languages
English (en)
Inventor
Данила Ильич Борисов
Николай Аркадьевич Ерганжиев
Михаил Андреевич Калитов
Николай Петрович Корнышев
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого"
Priority to RU2020102199A priority Critical patent/RU2731880C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2731880C1 publication Critical patent/RU2731880C1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N7/00—Television systems
    • H04N7/18—Closed-circuit television [CCTV] systems, i.e. systems in which the video signal is not broadcast

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области спектрозонального телевидения, использующего регистрацию отраженного или излученного потока в нескольких зонах области оптического спектра. Технический результат заключается в повышении контрастности цифровых спектрозональных телевизионных сигналов. Результат достигается тем, что выделяют оптическим путем из светового потока в общем λ1÷λмакс. спектральном интервале n спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс, …, λn÷λмакс, где λ1<λ2 … <λn<λмакс., формируют электрические сигналы, пропорциональные яркости света в элементах спектрозональных изображений, преобразуют их в соответствующие цифровые коды U1, U2 …Un и вычисляют цифровые коды Uвых 1=f(U1;U2;Uмакс.), Uвых 2=f(U2;U3;Uмакс), …, Uвых n-1=f(Un-1;Un;Uмакс), где Uмакс - максимально возможное значение цифровых кодов U1, U2 … Un. Коды цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λз, … λn-1÷λn, вычисляют по формулам
Figure 00000060
Figure 00000061
Figure 00000062
или по формулам
Figure 00000063
Figure 00000064
Figure 00000065
, определяют максимальные значения
Figure 00000066
Figure 00000067
…
Figure 00000068
соответствующих вычисленных цифровых кодов
Figure 00000069
Figure 00000070
…
Figure 00000071
а выходные значения кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λз, … λn-1÷λn, формируют в соответствии с выражениями
Figure 00000072
Figure 00000073
таким образом, повышение контрастности цифровых спектрозональных телевизионных сигналов достигается за счет перемножения цифровых кодов и их последующей нормировки. 5 ил.

Description

Изобретение относится к области спектрозонального телевидения, использующего регистрацию отраженного или излученного потока з нескольких зонах оптического спектра.
Известен способ формирования спектрозональных телевизионных сигналов, описанный в статье Ю.Б. Зубарева, Ю.С. Сагдуллаева, Т.Ю. Сагдуллаева «Спектрозональные методы и системы в космическом телевидении», журнал «Вопросы радиоэлектроники», серия «Техника телевидения», вып. 1, 2009 г., с. 47-64, заключающийся в получении электрических сигналов U1, U2 … Un для соответствующих элементов спектрозональных изображений, пропорциональных яркости света в каждом из n световых потоков, выделяемых оптическим путем в соответствующих узких зонах регистрации Δλ1, Δλ2, … Δλn.
Недостатком данного способа является сложность в реализации из-за необходимости применения дорогостоящих узкополосных интерференционных фильтров.
Известен способ формирования спектрозональных видеосигналов. Данный способ включает в себя регистрацию отраженного или излученного потока в нескольких зонах оптического спектра. При этом после расщепления входного лучистого потока на два идентичных потока, каждый из них пропускают через широкополосные оптические фильтры ОФ1 и ОФ2. Причем спектральная характеристика первого ОФ1 охватывает широкий спектральный участок от λ1 до λi, а спектральная характеристика второго ОФ2 охватывает широкий спектральный участок от λ1 до λi+1, которые удовлетворяют условию по ширине зоны регистрации в виде (λi+1-λ1)>(λi-λ1). Затем преобразуют лучистые потоки и осуществляют формирование двух спектрозональных видеосигналов U1(λ) и U2(λ). Выполняют операцию вычитания первого зонального сигнала из второго и формируют амплитудные значения третьего зонального сигнала U3(λ), которые соответствуют более узкой зоне регистрации (λi+1-λi). После чего обрабатывают полученные спектрозональные видеосигналы и анализируют их (пат. RU №2604898, от 26.06.2015).
Недостатком рассмотренного способа является необходимость расщепления входного лучистого потока на два идентичных потока, что приводит к уменьшению светового потока в спектрозональных каналах и, как следствие к уменьшению чувствительности системы.
Известен способ формирования спектрозональных телевизионных сигналов, описанный в работе Ю.С. Сагдуллаева и Т.Ю. Сагдуллаева «К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении». // Вопросы радиоэлектроники, серия Техника телевидения, вып. 2, 2011 г., 20 с.
Данный способ позволяет использовать недорогие стандартные цветные оптические светофильтры, имеющие расширенные зоны регистрации при спектральных характеристиках, достаточно близких к прямоугольным. К таким стандартным оптическим светофильтрам относятся, например, цветные стекла типа ЖС, ОС, КС, имеющие крутой перепад спектральной характеристики, соответственно, в желтой, оранжевой и красной областях спектра.
По данному способу формирование спектрозональных телевизионных сигналов по известному способу сводится к следующему. Из светового потока в общем спектральном интервале λ1÷λмакс оптическим путем выделяют n спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс., где λ1<λ2 … <λn<λмакс., затем формируют электрические сигналы, пропорциональные яркости света в элементах спектрозональных изображений, и получают соответствующие цифровые коды U1, U2 … Un, из которых формируют разностные выходные цифровые коды Uвых1=U1-U2, Uвых2=U2-U3, …, Uвых n=Un-1-Un, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn.
Недостатком данного способа является низкая точность, поскольку при взаимном вычитании цифровых кодов форма выходного сигнала искажается. В случае, если вычитаемое больше уменьшаемого, то получаемая отрицательная разность для отсчета яркости не имеет физического смысла. В этом случае в качестве результата берется либо модуль яркости, либо результирующему (выходному) отсчету яркости присваивается нулевое значение. Сохранение формы выходного сигнала, в данном случае, должно проявляться в изменении его полярности, что отсутствует при реализации данного способа.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению, является принятый за прототип способ, описанный в патенте №2679921 RU, МПК H04N 7/18. Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов / Калитов М.А., Корнышев Н.П. /Заявл. 28.04.2018; опубл. 14.02.2019. - 2019. - Бюл. 5.
По данному способу формирование цифровых спектрозональных телевизионных сигналов осуществляется выделением оптическим путем из светового потока в общем λ1÷λмакс. спектральном интервале (n-1) спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс., где λ1<λ2 … <λn<λмакс., формированием электрических сигналов, пропорциональных яркости света в элементах спектрозональных изображений, преобразованием их в соответствующие цифровые коды U1, U2 … Un, вычислением разности цифровых кодов Uвых1=U1-U2, Uвых2=U2-U3, …, Uвых n-1=Un-1-Un и формированием выходных кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующих узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, в соответствии с выражениями
Figure 00000001
Figure 00000002
…,
Figure 00000003
где Uмакс. максимально возможное значение цифрового кода.
Недостатком данного способа является низкая контрастность получаемого изображения, а, следовательно, и низкая точность, поскольку разности цифровых кодов Uвых1=U1-U2, Uвых2=U2-U3, …, Uвых n-1=Un-1-Un имеют весьма малый размах по сравнению с динамическим диапазоном возможного изменения сигнала.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение контрастности изображения, получаемого при формировании цифровых спектрозональных телевизионных сигналов.
Технический результат заявляемого технического решения выражен в повышении контрастности изображения, получаемого при формировании цифровых спектрозональных телевизионных сигналов за счет существенного увеличения размаха выходного сигнала.
Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, включающего выделение оптическим путем из светового потока в общем λ1÷λмакс. спектральном интервале n спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., … λn÷λмакс., где λ1<λ2 … <λn<λмакс., формировании электрических сигналов, пропорциональных яркости света в элементах спектрозональных изображений, преобразовании их в соответствующие цифровые коды U1, U2 … Un и вычислении выходных цифровых кодов Uвых1=ƒ(U1;U2;Uмакс.), Uвых2=ƒ(U2;U3;Uмакс.), …, Uвых n-1=ƒ(Un-1;Un;Uмакс.), где Uмакс. максимально возможное значение цифровых кодов U1, U2 … Un, согласно изобретению первоначально коды цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, вычисляют по формулам
Figure 00000004
или по формулам
Figure 00000005
Figure 00000006
…
Figure 00000007
затем определяют максимальные значения
Figure 00000008
Figure 00000009
соответствующих вычисленных цифровых кодов
Figure 00000010
Figure 00000011
а выходные значения кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, формируют в соответствии с выражениями
Figure 00000012
Figure 00000013
…
Figure 00000014
Для достижения указанного выше технического результата предложен способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, включающий выделение оптическим путем из светового потока в общем λ1÷λмакс. спектральном интервале n спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс., где λ1<λ2 … λn<λмакс., формирование электрических сигналов, пропорциональных яркости света в элементах спектрозональных изображений, преобразование их в соответствующие цифровые коды U1, U2 … Un и вычисление цифровых кодов Uвых1=ƒ(U1;U2;Uмакс.), Uвых2=ƒ(U2;U3;Uмакс.), … Uвых n-1=ƒ(Un-1;Un;Uмакс.), где Uмакс. максимально возможное значение цифровых кодов U1, U2 … Un, коды цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, вычисляют по формулам
Figure 00000015
Figure 00000016
…
Figure 00000017
или по формулам
Figure 00000018
Figure 00000019
…
Figure 00000020
, определяют максимальные значения
Figure 00000021
Figure 00000022
…
Figure 00000023
соответствующих вычисленных цифровых кодов
Figure 00000024
Figure 00000025
…
Figure 00000026
а выходные значения кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, формируют в соответствии с выражениями
Figure 00000027
Figure 00000028
…
Figure 00000029
В качестве примера на фиг. 1 показана спектрозональная телевизионная система, реализующая предлагаемый способ, где:
1 - объектив;
2 - линейка светофильтров;
3 - телевизионная камера;
4 - устройство видеозаписи;
5 - компьютер.
Объектив 1 и линейка 2 светофильтров, оптически связаны с телевизионной камерой 3, последовательно подключенной к устройству видеозаписи 4 и компьютеру 5.
Способ осуществляется следующим образом. Световой поток в общем спектральном интервале λ1÷λмакс. проходит через объектив 1, в заднем рабочем отрезке которого размещается линейка 2 стандартных светофильтров типа ЖС, ОС, КС. В простейшем случае линейку 2 светофильтров в заднем рабочем отрезке объектива перемещают вручную, последовательно устанавливая перед фотоприемником телевизионной камеры 3 светофильтры, выделяющие спектрозональные световые потоки в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс., где λ1<λ2 … <λn<λмакс.
Каждое получаемое спектрозональное оптическое изображение последовательно преобразуется телевизионной камерой 3 в электрический сигнал, который в свою очередь преобразуется в цифровую форму стандартным устройством 4 видеозаписи и последовательно вводится в компьютер 5. Введенные в компьютер исходные цифровые коды элементов спектрозональных изображений цифровые коды U1, U2 … Un обрабатываются программным путем с целью получения произведений цифровых кодов
Figure 00000030
Figure 00000031
…
Figure 00000032
или
Figure 00000033
Figure 00000034
…
Figure 00000035
где Uмакс. максимально возможное значение цифровых кодов U1, U2 … Un. Затем определяют максимальные значения
Figure 00000036
Figure 00000037
…,
Figure 00000038
соответствующих вычисленных цифровых кодов
Figure 00000039
Figure 00000040
…,
Figure 00000041
и, формируют выходные значения кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, в соответствии с выражениями
Figure 00000042
Figure 00000043
…
Figure 00000044
. Выходные коды цифровых спектрозональных телевизионных сигналов используют для их отображения на экране дисплея компьютера.
В качестве примера на фиг. 2 показаны спектральные характеристики стандартных светофильтров ЖС4, ЖС18, КС11 и КС19 для расширенных спектральных интервалов λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс. в общем диапазоне длин волн λ1÷λмакс., при помощи которых формируются исходные световые потоки, преобразуемые цифровые коды U1, U2, U3, U4 пропорциональные яркости для соответствующих элементов исходных спектрозональных телевизионных изображений представленных на фиг. 3 (а, б, в, г).
На фиг. 4 показаны примеры результирующих изображений, получаемые по способу-прототипу (фиг. 4а) и по заявляемому способу (фиг. 4б). Изображение, полученное по способу-прототипу (фиг. 4а) имеет низкую контрастность. Контрастность изображения, полученного по заявляемому способу (фиг. 4б), визуально существенно выше. Количественное сравнение разностей максимальных и минимальных значений цифровых кодов, полученных по способу-прототипу и по заявляемому способу при обработке изображений, приведенных на фиг. 3а, 3б, 3в и 3г, показано на фиг. 5. Как видно из приведенных на фиг. 5 сравнительных диаграмм, заявляемый способ обеспечивает повышение контрастности изображений не менее чем в 1,5 раза.
Спектрозональные изображения для исследуемого объекта могут быть получены путем последовательной съемки стандартной телевизионной камерой через стандартные светофильтры типа ЖС, ОС или КС с фиксацией в компьютере через стандартное устройство видеозаписи типа AverEZCapture фирмы AverMedia, подключаемое PCI- шине компьютера. Результирующее изображение может быть получено путем программирования в среде стандартного пакета MATLAB или путем создания специализированной программы в среде С++.

Claims (1)

  1. Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, включающий выделение оптическим путем из светового потока в общем λ1÷λмакс. спектральном интервале n спектрозональных световых потоков в интервалах длин волн λ1÷λмакс., λ2÷λмакс., …, λn÷λмакс., где λ1<λ2 … <λn<λмакс., формирование электрических сигналов, пропорциональных яркости света в элементах спектрозональных изображений, преобразование их в соответствующие цифровые коды U1, U2 … Un и вычисление цифровых кодов Uвых1=ƒ(U1;U2;Uмакс.), Uвых2=ƒ(U2;U3;Uмакс.), … Uвых n-1=ƒ(Un-1;Un;Uмакс.), где Uмакс. - максимально возможное значение цифровых кодов U1, U2 … Un, отличающийся тем, что коды цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, вычисляют по формулам
    Figure 00000045
    Figure 00000046
    …
    Figure 00000047
    ] или по формулам
    Figure 00000048
    Figure 00000049
    …
    Figure 00000050
    ], определяют максимальные значения
    Figure 00000051
    Figure 00000052
    ,
    Figure 00000053
    соответствующих вычисленных цифровых кодов
    Figure 00000054
    Figure 00000055
    …
    Figure 00000056
    , а выходные значения кодов цифровых спектрозональных телевизионных сигналов, соответствующие узким зонам регистрации λ1÷λ2, λ2÷λ3, …, λn-1÷λn, формируют в соответствии с выражениями
    Figure 00000057
    Figure 00000058
    …
    Figure 00000059
RU2020102199A 2020-01-20 2020-01-20 Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов RU2731880C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020102199A RU2731880C1 (ru) 2020-01-20 2020-01-20 Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020102199A RU2731880C1 (ru) 2020-01-20 2020-01-20 Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2731880C1 true RU2731880C1 (ru) 2020-09-08

Family

ID=72421945

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020102199A RU2731880C1 (ru) 2020-01-20 2020-01-20 Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2731880C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756578C1 (ru) * 2020-11-24 2021-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6509728B1 (en) * 1998-05-28 2003-01-21 Anritsu Corporation Spectrum analyzer having function of displaying amplitude probability distribution effectively
US6690817B1 (en) * 1993-08-18 2004-02-10 Applied Spectral Imaging Ltd. Spectral bio-imaging data for cell classification using internal reference
US20040057630A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Thomas Schuhrke Image processing method for automated contrast modification of digital image data
RU2546982C2 (ru) * 2013-05-28 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений
RU2604898C1 (ru) * 2015-06-26 2016-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ формирования спектрозональных видеосигналов
RU2679921C1 (ru) * 2018-04-28 2019-02-14 Закрытое акционерное общество "ЭЛСИ" Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6690817B1 (en) * 1993-08-18 2004-02-10 Applied Spectral Imaging Ltd. Spectral bio-imaging data for cell classification using internal reference
US6509728B1 (en) * 1998-05-28 2003-01-21 Anritsu Corporation Spectrum analyzer having function of displaying amplitude probability distribution effectively
US20040057630A1 (en) * 2002-09-24 2004-03-25 Thomas Schuhrke Image processing method for automated contrast modification of digital image data
RU2546982C2 (ru) * 2013-05-28 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений
RU2604898C1 (ru) * 2015-06-26 2016-12-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ формирования спектрозональных видеосигналов
RU2679921C1 (ru) * 2018-04-28 2019-02-14 Закрытое акционерное общество "ЭЛСИ" Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2756578C1 (ru) * 2020-11-24 2021-10-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого» Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5882455B2 (ja) 高解像度マルチスペクトル画像キャプチャ
US20150278996A1 (en) Image processing apparatus, method, and medium for generating color image data
JPH0214748B2 (ru)
RU2679921C1 (ru) Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов
RU2604898C1 (ru) Способ формирования спектрозональных видеосигналов
RU2731880C1 (ru) Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов
US5485209A (en) Pupil divisional type focusing position detection apparatus for electronic cameras
RU2543985C1 (ru) Способ формирования сигналов телевизионных изображений различных участков спектра
RU2374783C1 (ru) Способ формирования и отображения спектрозональных телевизионных сигналов
JP5108013B2 (ja) カラー撮像素子及びこれを用いた撮像装置及びフィルタ
RU2756578C1 (ru) Способ формирования цифровых спектрозональных телевизионных сигналов
RU2674411C1 (ru) Способ регистрации и формирования сигналов разноспектральных изображений
KR102350164B1 (ko) 멀티스펙트럴 이미징 변환 방법
JP2015201848A (ja) 表示生成方法及び波形モニタ
US9906705B2 (en) Image pickup apparatus
KR102195072B1 (ko) 열화상 카메라 시스템 및 그 구동 방법
US8866972B1 (en) Method for transmitting spectrum information
JP2001272278A (ja) 撮像システム及びそれを用いた温度計測方法
RU2754966C1 (ru) Способ телевизионной спектральной селекции изображений объектов
RU2713716C1 (ru) Способ формирования сигналов разноспектральных телевизионных изображений
JP2001157214A (ja) 撮像システム
RU2767606C1 (ru) Способ обработки и отображения сигналов разноспектральных изображений
KR20200141808A (ko) 데드픽셀 검출 방법 및 장치
RU2767607C1 (ru) Способ формирования сигналов разноспектральных изображений
KR101242929B1 (ko) 다파장 구별 촬영 장치