SU1000974A1 - Устройство дл дистанционного обнаружени аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к технической физике и может быть йспользова- но , например, в комплексах дистанционного поиска аномалий морской по рхности (нефт ных загр знений,-;. скоплений планктона и т.д.), вызывающих изменение пространственной структуры волнени .

Известна система дл  обнаружени  изменений пространственной структуры подстилающей поверхности, котора  содержит расположенные на одной оп-тической оси лазер с коллиматором, кювету с фотопленкой, объектив и устройство регистрации. Кадры фотопленки последовательно ввод тс  в кювету и освещаютс  коллимированным лазерным лучом. В задней фокальной плоскости объектива формируютс  спектры Винера, которые фиксируютс  регистрирующим устройством. Недостатком системы  вл етс  низка  СКОРОСТЬ обработки и

невозможность работы в реальном маек штабе времени 111 .

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому  вл етс  система дл  дистанционного обнаружени  аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности, котора  содержит последовательно соединенные датчик изображений, формирователь пространственных спектров, блок счи10 тывани , вычислительный блок и дисплей, а также блок пам ти эталонных спектров, соединенный с вычислительным блоком.

Система работает следующим обрааом, 15 Входное изображение фиксируетс  датчиком изображений и поступает б форми- рователь спектров, сформированные в оптической-системе спектры Винера фиксируютс  блоком считывани  и регист ° рации и поступают в вычислительный блок. В вычислительном блоке производитс  сравнение анализируемого пространственного спектра с различными эталонными спектрами, поступающими из блока пам ти, и принимаетс  решен о классификации анализируемых спектров . Результатыотображаютс  на дисплее 2 , Недостатком этой системы  вл етс  низка  надежность обнаружени  аномалий при измен ющихс  услови х наблюдени . Например, спектр изображени  морской поверхности {как фонового так и аномального) измен етс  при из менении характера освещенности, состо ни  поверхности мор , силы и наг правлени  ветра и т.д. В области сол нечного блика двумерный спектр изображени  более выт нут по сравнению с спектром изображени  вне блика и его максимальна  ось ориентируетс  по направлению на Солнце. Цель изобретени  - повышение надежности обнаружени  аномалий при из мен юа1ихс  услови х наблюдени . Поставленна  цель достигаетс  тем что 8 устройство дл  дистанционного обнаружени  аномалий пространственно структуры подстилающей поверхности, содержащее последовательно соединенные датчик изображений, формировател пространственных спектров, блок считывани , вычислительный блок и дисплей , введены измеритель освещеннос тей, оперативна  пам ть освещемностей , блок сравнени , блок адресации и оперативна  пам ть спектров, причем аход измерител  освещенностей соединен с выходом датчика изображений , вход блока оперативной пам ти освещенностей соединен с выходом измерител  освещенностей, входы.блока сравнени  соединены с выходами оперативной пам ти освещенностей и измерител  освещенностей, а выход блока сравнени  соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с оперативной пам тью спектров , вход оперативной пам ти спектро соединен с блоком считывани , а выход - с вычислительным блоком. На чертеже приведена схема системы дл  дистанционного обнаружени  изменений пространственной структуры подстилающей поверхности. Система дл  дистанционного обнару жени  аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности содержит последовательно соединенные датчик 1 изображений, состо щий из проекционного объектива и оптически управл емого транспаранта, формирователь 2 пространственных спектров, выполненный в виде оптической схемы, блок 3 считывани , выполненный в виде телекамеры, вычислительный блок , выполненный в виде Мини-ЭВМ, дисплей 5, измеритель 6 освещенностей на базе фотоприемника, оперативную пам ть 7 освещенностей, выполненную на приборах с зар довой св зью ПЗС , блок 8 сравнени , выполненный в виде схемы вычитани , блок адресации 9, оперативную пам ть 10 спектров, выполненную в виде запоминающей электроннолучевой трубки. Вход измерител  6 освещенностей соединен с выходом датчика изображений , вход оперативной пам ти освещемностей соединен с выходом измерител  освещенностей, входы блока сравнени  соединены с выходами измерител  освещенностей и оперативной пам ти освещенностей, а выход блока сравнени  соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с оперативной пам тью спектров. Вход оперативной пам ти 10 спектров соединен- с выходом блока считывани , а выход с входом вычислительного блока. Система работает следующим образом . Изображени  подстилающей поверхности регистрируютс  датчиком 1 изображений и поступают в формирователь 2 спектров. Сформированные пространственные спектры изображений регистрируютс  блоком 3 считывани , а затем поступают в вычислительный блок Ц и блок 10 оперативной пам ти спектров. Одновременно измерителем .6 освещенностей регистрируютс  освещенности подстилающей поверхности в плоскости изображений. Кажда  зафиксированна  величина освещенности сравниваетс  в блоке 8 сравнени  с опорными значени ми, хран щимис  в блоке 7 оперативной пам ти освещенностей . В этом блоке в режиме накоп лени  фоновой выборки значени  освещенностей , отличающиес  друг от друга на величину, большую порогового уровн . На начальном этапе работы системы в качестве опорного беретс  первое зарегистрированное знамение освещенности . Если разность между текущей величиной освещенности и величиной одной из опорных освещенностей меньше порогового уровн , то прежнее опорнов значение освещенности замен етс  в блоке 7 оперативной пам ти освещенностей текущим значением. Если эта разность больше порогового уровн  то текуща  величина освещенности запоминаетс  в блоке оперативной пам ти освещенностей. В режиме накоплени  фоновой выборки в блоке 10 оперативной пам т и спектров с помощью блока 9 адресации запоминаютс  опорные пространственные спектры изображений, соответствующие опорным значени м освещенностей. Таким образом, в блоке 10 оперативной пам ти спектров хран тс  пространственные спектры изображений подстилающей поверхности при различных освещенност х, соответствующих конкретной метеорологической обстановке. При изменении метеоусловий в блоке 7 оперативной пам тиосвещенностей запоминаютс  дополнительные опорные знз чени  освещенностей, а в блоке оперативной пам ти спектров запоминаютс  соответствующие или опорные пространственные спектры, т.е. система адаптируетс  и к конкретным услови м.

В режиме обнаружени  аномалий в вычислительном блоке А происходит сравнение текущего спектра-с одним из опорных, хран щихс  в оперативной пам ти 10 спектров. Выбор опорного спектра осуществл етс  путем вычис ени  разности текущей освещенности с величинами освещенностей,хран щихс  в оперативной пам ти освещенности 7 и выбора с помощью блока 9 адресации спектра, зафиксированного при освещенности минимально отличающейс  от текущей. Этот спектр выбираетс  в качестве опорного при анализе текущего спектра. Сравнение спектров может производитьс , например, путем вычисг лени  разности их информативных признаков,

При возникновении на поверхности мор  аномалий, вызванных, например, нефт ными п тнами, измен ютс  спектры изображений соответствующих участков морской поверхности,

Если различие между информативными признаками текущего и опорного спектров изображений, вз тых при одинаковой освещенности больше порогового уровн , то изображение, соответствующее текущему спектру, классифицируетс  как аномальное. Результат обнаружени  отображаетс  на дисплее

5. В противном случае изображение классифицируетс  как фоновое.

Таким образом, использование предлагаемого изобретени  позвол ет производить обнаружение аномалии пространственной структуры подстилающей поверхности при измен ющихс  услови х наблюдени  и повысит надежность обнаружени .

Изменение характера освещенности приводит к заметным изменени м пространственных спектров изображений подстилающей поверхности. Например, переход из зоны солнечного блика в область характеризуетс  наличием теней от облаков, приводит к возникновению контрастов одномерных спектров Так, дл  пространственной частоты. V 0,25 см контрасты- спектров

К

Sv(V)

-спектр при наличии обгде лачности; S.2(V)

-спектр при солнечном освещении,

достигают величин Кй7-10 дБ, К таким же величинам контрастов дл - 0,25 с приводит к по влению нефт ных п тен на морской поверхности. Это вызывает увеличение ошибок ложной тревоги и делает задачу обнаружени  нефт ных п тен по изменению пространственных спектров практически неразрешимой, В том случае, если сравниваютс  спектры изображений, полученные.при одинаковом характере освещенности, именение пространственных спектров по ностью характеризует изменение пространственной структуры подстилаЮ1цей поверхности, Срдвнениеэкспериментальных распределений контрастов спектров изображений частот морской поверхности S...-(J)

к поверхности с

ЧГ1

нефт ными п тнами S(V) по отношеи п нию-к среднему значению спектров

чистой поверхности р

5нпИ

ан ,ЛРИ8одит- кследующим оценкам величины ошибок обнаружени : веро тность ложной тревоги

Claims (2)

1. ) i Рф11),5. -h. веро тность пропускани  цели О гдеНц - порог обнаружен й . Технико-экономическа  эффективнос системы заключаетс  в повышении надежности обнаружени  за счет снижени веро тности ложной тревоги приблизительно в 6 раз, что подтверждаетс  следующим расчетом. При размере облака пор дка 2 км (что характерно дл .кучевых облаков) 1 размере кадра обзора 300x300 м 5ероптность пересечени  границы обла юсти при переходе к очередной зоне .бзора составит около 0,3. В с.истеме-прототипе при работе в faкиx услови х веро тность ложной тревоги составит не менее 0,3, так как каждое пересечение границы будет фиксиройатьс  как аномали . В предлагаемой системе веро тность ложной тревоги будет определ тьс  контрасто при заданной веро тности пропуска цели; веро тность ложной тревоги cocfsaBHT, как указывалось в описании около.О,05. Таким образом, предлагаемое изобретение позвол ет уменьшить веро тность тревоги в 5 раз, что существен но повышает надежность обнаружени  аномалий подстилающей поверхности. Ю Ч8 Формула изобретени  Устройство дл  дистанционногб обнаружени  аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности, содержащее последовательно соединенные датчик изображений, формирователь пространственных спектров, блок считывани  , вычислительный блок и дисплей, отличающеес  тем, что, с целью повышени  надежности обнаружени  аномалий при измен ющихс  услови х наблюдени , в него введены измеритель освещенностей, оперативна  пам ть освещенностей , блок сравнени , блок адресации и оперативна  пам ть спектров , причем вход измерител  освещенностей соединен с выходом датчика изображений, вход блока оперативной пам ти освещенноствй соединен с выходом измерител  освещенности, входы блока сравнени  соединены с выходами Оперативной пам ти освещенностей и измерител  освещенностей, а выход блока сравнени  соединен с входом блока адресации, выход которого соединен соперативной пам тью спектров , вход оперативной пам ти спектров соединен с блоком считывани , а выход - с вычислительным блоком. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Applied Optics, v. 19, 1980, № 15. p. . . ,
2. 2. IEEE Transaction, v. 622, № 9, p. 852 (прототип).