Введение к работе
Актуальность темы. Системы прикладного телевидения нашли широкое применение на предприятиях, работающих с радиоактивными материалами. Высокая персональная ответственность за качество выполняемых работ, требует документирования хода технологических процессов, которые выполняются в радиационно-защитных камерах. Наблюдение за технологическими процессами и их видеорегистрация производится через многослойные защитные смотровые системы, снижающие уровень радиоактивного излучения до безопасных норм, общая толщина которых может достигать нескольких сотен миллиметров.
При этом изображение, формируемое телевизионной системой (ТВ системой), является основным источником информации о ходе выполняемого технологического процесса, используя которую оператор принимает те или иные решения. Дальнейший анализ результатов происходит, как правило, по сохраненному изображению, поэтому регистрация формируемых изображений является неотъемлемой функцией телевизионной системы, которая используется как информационно-измерительная.
Информативность получаемых в таких системах изображений и их достоверность в значительной степени зависит от наличия потерь и искажений информации, возникающих при ее прохождении от входа к выходу. Особым отличительным признаком исследуемой ТВ системы регистрации является наличие радиационно-защитной системы значительной толщины, находящейся между объектом и камерным объективом. Эффекты, возникающие при прохождении света через толщу стекла смотровой системы, вносят специфику в формирование изображений на светочувствительной поверхности телевизионного датчика и приводят к потерям и искажениям информации.
Методы анализа ТВ систем и повышения информативности, получаемых в них изображений, достаточно хорошо изучены и описаны отечественными учеными: Д.С. Лебедевым и И.И. Цуккерманом, СБ. Гуревичем, Р.Е. Быковым, П.Ф. Браслав-цем, И.А. Росселевичем и А.И. Хромовым, М.М. Мирошниковым, Л.П. Ярославским и др. Этим же проблемам посвящены работы известных зарубежных исследователей У. Прэтта (W. Pratt), Р. Гонсалеса и Р. Вудса (R. Gonzalez, R. Woods, Б.К.П. Хорна (В.К.Р. Horn), Л. Шапиро и Дж. Стокмана (L. Shapiro, G. Stockman), В. Дамьяновски (V. Damjanovski) и других. Однако известные методы не учитывают особых условий формирования изображений в анализируемой системе регистрации, поэтому требуют дополнительных исследований.
Целью представляемой диссертационной работы является исследование и разработка способов повышения информативности телевизионных изображений, которые сформированы ТВ системой регистрации, работающей в особых условиях, обусловленных наличием между объектом и камерой прозрачной радиационно-защитной смотровой системы толщиной несколько сотен миллиметров.
Поставленная цель определяет следующие основные задачи, решаемые в диссертации:
количественный и качественный анализ потерь и искажений информации при ее прохождение через систему регистрации, разработка технических требований к отдельным звеньям системы;
разработка способов, позволяющих снизить потери и искажения информации в анализируемой системе и тем самым повысить информативность формируемых изображений;
экспериментальное исследование предлагаемых способов повышения информативности формируемых изображений.
В работе использовались теоретические и экспериментальные методы исследований. Теоретические методы базировались на анализе телевизионной системы поэлементным способом с использованием теории информации, методах оптимизации телевизионной системы по информационному критерию, теории цифровой обработки сигналов и изображений, численных методах. Экспериментальные методы заключа-
лись в программной реализации предлагаемых технических решений и оценке их эффективности моделированием на ЭВМ.
Новые научные результаты, полученные в работе, сводятся к следующему:
-
Предложена модель возникновения потерь и искажений информации при формировании цветного изображения в сложной системе «объект-смотровая система-объектив-поверхность матрицы ПЗС».
-
Разработан способ оценки частотно-контрастных характеристик (ЧКХ) ТВ систем с использованием тестового изображения шумового поля. Разработан алгоритм синтеза фильтров для коррекции ЧКХ ТВ систем, который использует разработанный способ.
-
Разработан способ коррекции хроматических аберраций, возникающих в смотровой системе и приводящих к возникновению пространственных потерь и искажений цвета. Разработан алгоритм реализации предлагаемого способа коррекции.
Достоверность основных результатов, полученных в диссертации, обеспечивается корректным применением теоретических методов исследования, которые подтверждены экспериментально.
Практическая ценность работы заключается:
в разработке экспресс-способа оценки ЧКХ ТВ систем;
в разработке методики синтеза фильтров для коррекции ЧКХ;
в разработке алгоритма коррекции хроматических аберраций, возникающих в смотровой системе и его реализации.
Разработанные способы повышения информативности реализованы в ТВ системе, которая является аппаратно-программным комплексом, и применяется для регистрации изображений через смотровые системы в технологических процессах ОАО «ГНЦ НИИ Атомных реакторов» г. Димитровград. Кроме этого, результаты исследований используются в учебном процессе кафедры «Информационные системы и технологии» ПГУТИ.
Основные результаты диссертационных исследований прошли апробацию путем обсуждения на международных и Российских научно-технических конференциях, в которых автор принимал участие:
V, VII, VIII Международные НТК «Проблемы техники и технологии телекоммуникаций» (Самара, 2004,2006 г.), (Уфа, 2007 г.);
X Международной НТК «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (Пенза, 2009 г.);
IX Международная НТК «Телевидение: передача и обработка изображений» (Санкт-Петербург, 2012 г.);
Всероссийская межвузовская НПК «Компьютерные технологии в науке, технике и образовании» (Самара, 2005, 2009 г.);
- XI-XX Всероссийские научные конференции профессорско-преподаватель
ского состава, научных работников и аспирантов (Самара: ПГУТИ, 2004-2013 г.)
По теме диссертации опубликовано 22 работы, три из которых в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, а также получено свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Механизм возникновения потерь и искажений информации при формировании цветного изображения в сложной системе «объект-смотровая система-объектив-поверхность матрицы ПЗС».
-
Способ оценки ЧКХ ТВ систем по тестовому изображению шумового поля.
-
Алгоритм синтеза фильтра для коррекции ЧКХ ТВ систем.
-
Способ коррекции хроматических аберраций.
-
Алгоритм регистрации, позволяющий повысить информативность изображений, сформированных в особых условиях.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и трех приложений. Основной текст содержит 159 страниц текста,
включающих 77 рисунков и 2 таблицы. Общий объем диссертации составляет 179 страниц.
