Введение к работе
Актуальность темы Разрешащая способность является одним из основных параметров, характеризующих качество ТВ систем. В зависимости от их назначения, разрешащая способность может оценивать как визуальное, так и радиометрическое качество изображения (соответственно визуальная и радиометрическая разрешающие способности).
Специфика ТВ изображения, связанная со случайными факторами, вносимыми многими звеньями ТВ системы, затрудняет использование существующих методов анализа для оценки визуальной разрешающей способности на основе функции рассеивания точки (ФРТ), линии (ФРІ), контрастно-частотных характеристик (КЧХ), а также метода Хелстрома. Эти методы не решают задачи определения радиометрической разрешающей способности (размер тест-элемента, интегральная яркость которого передаётся с заданной точностью) и являются в большей степени экспериментальными, чем аналитическими, что не позволяет оптимизировать ТВ систему на этапе проектирования.
В последние годы появилось направление по разработке радиометрических ТВ систем, предназначенных для дистанционного исследования природных ресурсов'Земли, а также решения метеорологических . и сельскохозяйственных задач в интересах народного хозяйства путём измерения яркости и обработки изображений исследуемых объектов в различных спектральных зонах. Для таких систем кроме визуальной необходимо знать также радиометрическую разрешающую способность, а также закон изменения точности измерения интегральной яркости в зависимости от размера элемента объекта, что расширяет эксплуатационные возможности системы.
Однако, в настоящее время радиометрическая точность этих систем оценивается лишь по погрешностям, не связанным с рассеиванием светового потока за пределы идеального изображения, что позволяет относить её только к измерению интегральной яркости больших площа-
дёй, для которых факторы, вызывающие рассеивание светового потока, уже не оказывают заметного влияния. Линейные размеры этих площадей трактуются произвольно.
Такая оценка, не имеющая аналитического обоснования,увеличивает вероятность ошибок идентификации и исключает возможность распространения некоторых её видов на меньшие размеры площадей, т.е. ухудшает эксплуатационные возможности систем и не позволяет считать их в полной мере радиометрическими.
Из вышеизложенного следует, что вопросы связи технических параметров ТВ системы с её радиометрической и визуальной разрешающей способностью при системном подходе к анализу являются актуальными. Цель и основные задачи диссертации
Целью диссертационного исследования является разработка нового метода, позволяющего определить как радиометрическую, так и визуальную разрешающую способность ТВ системы аналитическим путём на основе технических параметров составляющих её звеньев.
При этом методе, названном радиометрическим, определяются погрешности, вносимые каждым фактором в передачу интегральной яркости тест-элемента (радиометрические погрешности), в предположении, что прямое влияние всех остальных факторов отсутствует. Погрешности определяются как относительные части интегральной яркости, на которые реальное изображение отличается от идеального, и выражаются как функции конструктивных и электрических параметров звеньев системы, характеризующих рассматриваемые факторы. При определении результирующей погрешности влияние каждого фактора, ухудшающего визуальное разрешение на линейном участке амплитудной характеристики, рассматривается как результат прохождения видеоинформации через эквивалентную по вносимой погрешности оптическую систему.
Радиометрическая разрешающая способность определяется на 6с7 новации функциональной зависимости между линейным размером тест-элемента и результирующей радиометрической погрешностью.
Визуальная разрешающая способность определяется на основании аналитической связи между параметрами результирующего пятна рассеивания ТВ системы и радиометрическими погрешностями, от которых они зависят.
При разработке метода необходимо было решить задачи определения:
связи радиометрической погрешности с параметрами пятна рассеивания ТВ системы;
радиометрических погрешностей, вносимых звеньями видеотракта ТВ системы;
зависимости радиометрических погрешностей от перепада интегральной яркости элемента объекта по отношению к прилегающей к нему зоне фона;
результирующего значения радиометрических погрешностей;
ширины прилегающей к элементу объекта зоны фона, от которой зависит радиометрическая погрешность;
связи радиометрической погрешности с визуальной разрешающей способностью;
возможных оптимальных соотношений между электрическими параметрами звеньев системы.
Научная новизна
-
Разработан новый метод, позволяющий аналитически определить как визуальную, так и радиометрическую разрешающую способность ТВ систем с помощью формул, удобных для инженерных расчетов, связывающих технические параметры их звеньев с радиометрическими погрешностями и радиометрические погрешности с разрешакщей способностью.
-
Впервые аналитически рассмотрено влияние нестабильности развёртки на разрешающую способность.
-
Впервые рассмотрена оптимизация полосы пропускания видеотракта в системе "шум - полоса" с учётом влияния остальных факторов.
4. Впервые рассмотрена оптимизация шума на входе АЦП в системе "шум - шаг квантования - число цифровых отсчётов, приходящихся на элемент объекта".
Основные научные положения, выносимые на защиту
-
При определении разрешающей способности ТВ системы сложение апертур можно заменить сложением вызываемых ими радиометрических погрешностей.
-
Радиометрическая погрешность ТВ системы содержит составляющие трёх типов, каждый из которых имеет свою специфику учёта в результирующей погрешности.
-
Ширина зоны прилегающего к элементу объекта фона, от которой зависит радиометрическая погрешность, равна диаметру кружка рассеивания по уровню половины от максимальной яркости усреднённого по осям X и У пятна рассеивания ТВ системы.
-
Радиометрическая погрешность ТВ системы, вызываемая факторами, влияющими на визуальное разрешение, на линейном участке амплитудной характеристики практически обратно пропорциональна диаметру круглого тест-элемента, если он больше или равен диаметру кружка рассеивания.
-
Для определения визуальной разрешающей способности ТВ системы достаточно знать систематические и случайные составляющие радиометрических погрешностей по осям X иУ, вызванные факторами, влияющими на визуальное разрешение, отнесённые к тест-элементу круглой формы с диаметром большим или равным соответствующему диаметру эллипса рассеивания.'
Пщктическая ценность шботы и её реализация Предложенный радиометрический метод расчёта разрешающей способности ТВ систем позволяет аналитически определить как радиометрическую, так и визуальную разрешающую способность, а также выявить оптимальные соотношения между рядом электрических параметров ТВ системы.
Это создаёт предпосылки дал оптимального проектирования ТВ систем различного назначения, рационального построения системы проверок, разработки методик обработки изображений, максимально использующих технические возможности ТВ систем, а также для анализа причин и прогнозирования изменения радиометрической и визуальной разрешающей способности в процессе эксплуатации.
Анализ статистических характеристик параметров пятна рассеивания ТВ системы даёт возможность более полно оценить визуальное качество изображения.
Полученные в работе результаты могут быть использованы для объективного аналитического сравнения визуального качества изображения и радиометрической точности ТВ систем, при анализе их обнаружительной и распознавательной способности для различных типов объектов, для анализа визуальной разрешающей способности фототелеграфных систем, а также в измерительной технике для повышения точности цифровых измерений напряжений методом усреднения результатов отсчётов при наличии шума на входе АЦП.
По результатам диссертационной работы имеется акт практического использования з Российском институте мониторинга земель и экосистем.
Апробация работы
Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных семинарах ВНИИОФИ.
Публикации
Основные научные результаты диссертаций опубликованы в 6 печатных работах.
Структура и объём диссертации
Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения,списка литературы и приложения. Работа изложена на 132 страницах основного текста, содержит 24 рисунка, I таблицу и список литературы из 33 наименований. В приложении дан акт црактического исполь-
зования результатов диссертации.