Способ получения изображения с повышенным разрешением и оптико-электронная система для его осуществления



Способ получения изображения с повышенным разрешением и оптико-электронная система для его осуществления
Способ получения изображения с повышенным разрешением и оптико-электронная система для его осуществления

 


Владельцы патента RU 2408156:

Открытое акционерное общество "Красногорский завод им. С.А. Зверева" (RU)

Изобретение относится к системам получения изображения с помощью оптико-электронных (телевизионных или тепловизионных) приборов. Техническим результатом является повышение качества изображения в условиях низкого отношения сигнал - шум, а также повышение разрешающей способности, надежности и эффективности оптико-электронной системы. Указанный результат достигается тем, что предложен способ получения изображения с повышенным разрешением, включающий: формирование оптического изображения объектов, перемещение поля зрения оптико-электронной системы относительно объектов, преобразование оптического изображения в цифровой сигнал в виде последовательности кадров изображения, формирование опорного фрагмента, расширение и интерполяцию кадров, вычисление и компенсацию межкадровых смещений, суперпозицию кадров и реставрацию изображения. Формирование опорного фрагмента производится последовательными циклами обработки изображения, каждый из которых включает операции выбора фрагмента, подобного текущему опорному фрагменту, из поля текущего обрабатываемого кадра и обновления текущего опорного фрагмента посредством его суперпозиции с выбранным фрагментом. В качестве исходного опорного фрагмента выбирается фрагмент изображения заданных размеров, находящийся в заданном месте поля зрения оптико-электронной системы в момент запуска цикла обработки изображений. Операция реставрации изображения производится после операции суперпозиции всей совокупности обрабатываемых кадров изображения. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Группа изобретений относится к технике получения изображения с помощью оптико-электронных (телевизионных или тепловизионных) приборов, более конкретно к технике получения изображения повышенного качества из совокупности нескольких изображений низкого качества.

Группа изобретений преимущественно может быть использована при создании оптико-электронных приборов и систем, предназначенных для работы в условиях низкого отношения сигна-шум, например в условиях плохой видимости, в условиях наблюдения слабоконтрастных объектов, в случае, когда диаметр входного объектива прибора недостаточно велик из-за ограничения на габариты и массу прибора, или в случае, когда в приборе применяется недостаточно качественное фотоприемное устройство вследствие ограничений на стоимость прибора.

Как правило, разрешающая способность оптико-электронного прибора ограничивается размерами фоточувствительных элементов фотоприемного устройства. В зависимости от назначения и условий применения оптико-электронного прибора используются различные способы повышения его разрешающей способности.

Традиционный способ повышения разрешающей способности заключается в увеличении фокусного расстояния приемного объектива и уменьшении размеров фоточувствительных элементов фотоприемника. Это позволяет добиться повышения разрешающей способности без изменения временных параметров прибора, таких как частота кадров и время получения итоговой видеоинформации о наблюдаемом объекте. Однако такой способ повышения разрешающей способности имеет и свои недостатки. Увеличение фокусного расстояния приемного объектива приводит к усложнению оптической системы и увеличению ее габаритов и массы. Поскольку оптические элементы объективов, предназначенных для применения в тепловизионных приборах, изготавливаются из дорогостоящих оптических материалов, то в этом случае увеличение габаритов оптической системы приводит к существенному повышению стоимости прибора. Уменьшение размеров фоточувствительных элементов фотоприемника, как правило, сопряжено с возрастанием его стоимости и стоимости оптико-электронного прибора в целом.

Также известны способы повышения разрешающей способности оптико-электронных приборов (патенты US 5557327 по кл. H04N 5/225 от 17.09.1996 г., US 5926216 по кл. H04N 5/235 от 20.07.1999 г., US 6473120 по кл. H04N 3/15 от 29.10.2002 г., US 7420592 по кл. H04N 5/225 от 02.09.2008 г.), основанные на получении одного изображения с повышенной разрешающей способностью, составленного из совокупности нескольких кадров, зарегистрированных в процессе перемещения поля зрения прибора относительно объекта съемки на заданные расстояния в пределах размеров одного фоточувствительного элемента. Такие перемещения поля зрения, которые принято называть "микросканированием" или "субпиксельными перемещениями", в соответствии с вышеуказанными патентами осуществляются посредством прецизионных механических перемещений оптических элементов, сопряженных с соответствующими кинематическими механизмами. Наличие подвижных оптических и механических частей приводит к усложнению конструкции оптико-электронных приборов и снижает надежность их работы, что является недостатком таких устройств. Кроме того, преимущества таких приборов теряются при работе с подвижных транспортных средств или с рук оператора, так как в этих случаях заданные смещения поля зрения относительно объекта съемки не выдерживаются вследствие дополнительных угловых колебаний приборов, что также является их недостатком. Известны способы компенсации влияния угловых колебаний оптико-электронных приборов на качество изображения (патенты US 6078751 по кл. G03B 17/00 от 20.06.2000 г., US 6282376 по кл. G03B 5/00 от 28.08.2001 г., US 6618197 по кл. G02B 9/00 от 09.09.2003 г.). Эти способы основаны на применении дополнительных датчиков колебаний и соответствующих схем управления движением оптических элементов, что также приводит к усложнению конструкции и повышению стоимости приборов.

Также известны способы повышения разрешающей способности оптико-электронных приборов с применением средств цифровой обработки изображений. Эти способы, как правило, включают операции преобразования изображения в цифровой сигнал и представления кадров, получаемых оптико-электронным прибором, в виде числовых матриц, над которыми совершаются известные математические операции, например, пространственной фильтрации, свертки, расширения, интерполяции и реставрации изображения по известной функции рассеяния точки. В результате таких операций производится, например, компенсация статических погрешностей оптической системы - дифракции, аберраций, дисторсии (US 6240219 по кл. G06K 7/10 от 29.05.2001 г., CN 101131429 по кл. G01S 7/48 от 27.02.2008 г.).

Для компенсации динамических погрешностей, прежде всего - потери резкости вследствие перемещения поля зрения прибора относительно снимаемой сцены, дополнительно осуществляется запись и временное хранение цифровых кадров в запоминающем устройстве. В процессе обработки сигналов производится сопоставление различных кадров изображения друг с другом и вычисление смещений изображения в различных кадрах. В этом случае реставрация изображения производится на основе функции рассеяния точки, вычисляемой периодически, с учетом измеренных смещений объектов в смежных кадрах (описания изобретений, US 2007177027 по кл. G06T 3/40 от 02.08.2007 г., №US 2008246776 по кл. G09G 5/00 от 09.10.2008 г.).

Заключительные операции предполагают синтезирование итогового изображения на основе информации, полученной из всей совокупности кадров, участвующих в цикле обработки.

Известные способ и устройство, наиболее близкие по технической сущности к заявляемым техническим решениям, описаны в заявке US 2007177027 по кл. G06T 3/40 от 02.08.2007 г. Устройство представляет из себя оптико-электронную систему, предназначенную для получения изображений с повышенной разрешающей способностью на основе обработки нескольких исходных изображений. Оптико-электронная система содержит входной объектив, фотоприемное устройство, блок пространственно-частотной фильтрации сигнала изображения, блок формирования опорного фрагмента изображения, блок вычисления межкадровых смещений изображения, блок формирования изображения с повышенным разрешением, блок формирования выходного изображения, а также запоминающие устройства, необходимые для временного хранения сигналов изображения нескольких кадров и выполнения вычислительных процедур. Предполагается, что в процессе съемки поле зрения оптико-электронной системы перемещается относительно наблюдаемой сцены, а совокупность анализируемых и обрабатываемых кадров изображения ограничена заданным числом кадров.

Суть работы устройства заключается в следующем. Входной объектив формирует изображение сцены в виде непрерывного распределения световой энергии в плоскости фоточувствительных элементов фотоприемного устройства. Фотоприемное устройство производит пространственную дискретизацию изображения посредством усреднения световой энергии в пределах размеров фоточувствительных элементов и преобразует изображение в цифровой сигнал. Цифровой сигнал изображения (далее - просто "изображение") подвергается пространственно-частотной фильтрации и разделяется на низкочастотную и высокочастотную составляющие. Высокочастотные составляющие каждого кадра изображения передаются в блок формирования опорного фрагмента, в блок вычисления межкадровых смещений и в блок формирования изображения с повышенным разрешением. Блок формирования опорного фрагмента производит анализ высокочастотной составляющей опорного кадра изображения и выбирает опорный фрагмент, в пределах которого высокочастотная составляющая принимает максимальное значение. В качестве опорного кадра может выступать любой кадр из совокупности анализируемых кадров. Блок вычисления межкадровых смещений производит поиск фрагмента, максимально подобного опорному фрагменту, в пределах каждого анализируемого кадра вычисляет координаты найденного фрагмента и по взаимному положению найденного и опорного фрагментов определяет смещение всего изображения на текущем кадре относительно опорного кадра.

Значения межкадровых смещений изображения передаются в блок формирования изображения с повышенным разрешением. Блок формирования изображения с повышенным разрешением производит прием и временное хранение высокочастотных составляющих изображений всей совокупности обрабатываемых кадров, расширение и интерполяцию этих изображений, сдвиг изображений в кадрах для компенсации межкадровых смещений, вычисление функции рассеяния точки (ФРТ) с учетом размеров фоточувствительных элементов и размытия изображения вследствие перемещения поля зрения оптико-электронной системы относительно наблюдаемой сцены, реставрацию изображений в кадрах по вычисленной ФРТ, после чего производится формирование изображения с повышенным разрешением путем суперпозиции реставрированных кадров в едином поле изображения.

Итоговое изображение на выходе оптико-электронной системы формируется путем наложения изображения с повышенным разрешением на низкочастотную составляющую опорного кадра изображения. Подразумевается, что цифровой сигнал итогового изображения подается на дисплей для преобразования в оптическое изображение.

В соответствии с изложенным в известном устройстве реализован способ получения изображения с повышенным разрешением посредством оптико-электронной системы, предусматривающий формирование оптического изображения объектов, перемещение поля зрения оптико-электронной системы относительно объектов, пространственную дискретизацию оптического изображения и его преобразование в цифровой сигнал в виде последовательности кадров цифрового изображения, разделение сигнала изображения на низкочастотную и высокочастотную составляющие, формирование опорного фрагмента цифрового изображения для вычисления межкадровых смещений изображения, вычисление межкадровых смещений изображения, формирование цифрового сигнала функции рассеяния точки, расширение и интерполяцию кадров цифрового изображения, компенсацию межкадровых смещений изображения, реставрацию кадров цифрового изображения по функции рассеяния точки, суперпозицию кадров цифрового изображения, преобразование цифрового изображения в оптическое изображение.

Формирование опорного фрагмента цифрового изображения производится путем выбора фрагмента из отдельного кадра, причем в пределах выбранного фрагмента высокочастотная составляющая изображения должна принимать максимальное значение по сравнению с другими фрагментами, расположенными в пределах того же кадра. Компенсация межкадровых смещений изображения производится по величине смещения опорного фрагмента на опорном кадре относительно подобного ему фрагмента на текущем обрабатываемом кадре. Операция реставрации цифрового изображения применяется к изображениям отдельных кадров и производится перед выполнением операции суперпозиции кадров.

Известно, что при работе типичной оптико-электронной системы, независимо от контраста наблюдаемых объектов и отношения сигнал/шум, в процессе формирования отдельного кадра наблюдаемый объект экспонируется при одном фиксированном положении его изображения относительно границ фоточувствительных элементов фотоприемного устройства, например, когда граница изображения объекта совпадает с границей некоторого фоточувствительного элемента. Отдельный кадр не содержит информации об изменениях в изображении, которые проявятся в других кадрах при других положениях изображения объекта относительно границ фоточувствительных элементов, например, когда граница изображения объекта будет расположена внутри границ того же или другого фоточувствительного элемента. Поэтому операция формирования опорного фрагмента путем его выбора из отдельного кадра заведомо вносит погрешность в определение межкадровых смещений и, следовательно, недостаточно эффективна для получения изображения с высоким разрешением, что является недостатком описанного выше известного способа.

При наличии некоторой степени свободы углового положения оптико-электронного прибора, например, когда съемка производится с рук оператора, неизбежны небольшие повороты прибора вокруг оптической оси. Так как опорный фрагмент имеет сравнительно небольшие размеры относительно всего кадра, то в пределах опорного фрагмента эти повороты будут незаметны. Однако объект, к которому оператор проявляет повышенный интерес, может находиться на значительном расстоянии от опорного фрагмента. В этом случае определение межкадровых смещений изображения наблюдаемого объекта по величине смещения фрагментов, находящихся от него на значительном расстоянии, приведет к существенным погрешностям в определении межкадровых смещений изображения наблюдаемого объекта. Поэтому операция определения межкадровых смещений изображения как целого по величине взаимного смещения фрагментов на опорном и текущем кадрах, реализованная в известном устройстве, не обеспечит достаточно высокую точность в определении величины межкадровых смещений изображения наблюдаемого объекта при наличии некоторой степени свободы углового положения оптико-электронного прибора, что также является недостатком известного способа.

Кроме того, при работе оптико-электронной системы в условиях низких отношений сигнал/шум, например при наблюдении слабоконтрастных объектов, шумы фотоприемного устройства в каждом отдельном кадре будут заметно искажать изображение. Поскольку в соответствии с известным способом опорный фрагмент формируется путем выбора из отдельного кадра, его изображение также будет искажено шумами. Это приведет к дополнительным погрешностям на стадии поиска фрагмента в текущем кадре, подобного опорному фрагменту в опорном кадре.

Помимо этого известно, что применение операции реставрации изображений эффективно только при высоком отношении сигнал/шум. Применение этой операции к изображениям, существенно искаженным шумами, приводит лишь к появлению дополнительных искажений изображения. Поэтому применение операции реставрации цифрового изображения к изображениям отдельных кадров перед выполнением операции суперпозиции кадров также является недостатком известного способа применительно к работе оптико-электронной системы в условиях низких отношений сигнал/шум.

Анализ пространственно-частотных характеристик изображений, получаемых посредством оптико-электронных систем, показывает, что с увеличением пространственной частоты спектральная плотность сигнала от объектов резко уменьшается, в то время как спектральная плотность шума фоточувствительных элементов остается неизменной или уменьшается в существенно меньшей степени (Н.Н. Красильников "Теория передачи и восприятия изображений", М.: Радио и связь, 1986 г.). При наблюдении слабоконтрастных объектов посредством оптико-электронной системы, например, в условиях плохой видимости, когда качество изображения ограничено шумами фотоприемного устройства, выбор опорного фрагмента по максимуму высокочастотной составляющей изображения не обеспечит достаточную надежность работы системы, так как высокочастотные составляющие изображения в каждом отдельном кадре будут в значительной степени подавлены шумом. Поэтому выбор опорного фрагмента по максимуму высокочастотной составляющей изображения, реализованный в описанном известном способе, не обеспечивает достаточную надежность работы системы в условиях наблюдения слабоконтрастных объектов, что также является недостатком данного способа.

По этой же причине использование только высокочастотной составляющей изображения для формирования изображения с повышенным разрешением не обеспечит достаточно высокого качества изображения, что также является недостатком данного способа применительно к работе оптико-электронной системы в условиях низких отношений сигнал/шум.

Задачей заявляемой группы изобретений является создание оптико-электронной системы и способа получения изображения с повышенными эксплуатационными характеристиками.

Технический результат - повышение качества изображения в условиях низкого отношения сигнал-шум, а также повышение разрешающей способности, надежности и эффективности оптико-электронной системы при работе в этих условиях.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе получения изображения посредством оптико-электронной системы, предусматривающем формирование оптического изображения объектов, перемещение поля зрения оптико-электронной системы относительно объектов, преобразование оптического изображения в цифровой сигнал в виде последовательности кадров цифрового изображения, формирование опорного фрагмента цифрового изображения для вычисления межкадровых смещений изображения, расширение и интерполяцию кадров цифрового изображения, вычисление и компенсацию межкадровых смещений изображения, суперпозицию кадров цифрового изображения, реставрацию цифрового изображения и преобразование цифрового изображения в оптическое изображение, в отличие от известного формирование опорного фрагмента изображения производится последовательными циклами обработки изображения, каждый из которых включает операции выбора фрагмента, подобного текущему опорному фрагменту, из поля текущего обрабатываемого кадра и обновления текущего опорного фрагмента посредством его суперпозиции с выбранным фрагментом. В качестве исходного опорного фрагмента выбирается фрагмент изображения заданных размеров, находящийся в заданном месте поля зрения оптико-электронной системы в момент запуска цикла обработки изображений, а операция реставрации изображения производится после операции суперпозиции всей совокупности обрабатываемых кадров изображения.

Оптико-электронная система для получения изображения содержит входной объектив, фотоприемное устройство, оптически связанное с объективом, блок исходных уставок, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства, дисплей, первый вход которого соединен с первым выходом блока исходных уставок, блок памяти, вход которого подключен ко второму выходу блока исходных уставок, блок формирования опорного фрагмента изображения, первый блок расширения изображения, вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второй блок расширения изображения, блок интерполяции, вход которого подключен к выходу второго блока расширения изображения, первый блок селекции, первый и второй входы которого подключены к выходам первого блока расширения изображения и блока интерполяции соответственно, первый блок суперпозиции, первый вход которого соединен с выходом первого блока селекции, первый блок накопления, вход и первый выход которого подключены к выходу и второму входу первого блока суперпозиции соответственно, и блок реставрации изображения, вход которого подключен ко второму выходу первого блока накопления, а выход соединен со вторым входом дисплея, в отличие от известного блок формирования опорного фрагмента изображения выполнен в виде второго блока селекции, первый вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второго блока суперпозиции, первый вход которого соединен с выходом второго блока селекции, и второго блока накопления, первый вход которого подключен ко второму выходу блока памяти, второй вход соединен с выходом второго блока суперпозиции, первый и второй выходы соединены со вторыми входами второго блока селекции и второго блока суперпозиции соответственно, а третий выход подключен к входу второго блока расширения изображения.

На фигуре 1 показана структурная схема оптико-электронной системы, реализующей предлагаемый способ.

На фигуре 2 представлены изображения, полученные в результате компьютерного моделирования работы оптико-электронной системы.

Оптико-электронная система (фиг.1) содержит входной объектив 1, фотоприемное устройство 2, оптически связанное с объективом, блок исходных уставок 3, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства, дисплей 4, первый вход которого соединен с первым выходом блока исходных уставок, блок памяти 5, вход которого подключен ко второму выходу блока исходных уставок, блок формирования опорного фрагмента изображения (БФОФ), первый блок расширения изображения 9, второй блок расширения изображения 10, блок интерполяции 11, первый блок селекции 12, первый блок суперпозиции 13, первый блок накопления 14 и блок реставрации изображения 15.

Вход первого блока расширения изображения 9 соединен с первым выходом блока памяти 5, вход блока интерполяции 11 подключен к выходу второго блока расширения 10, первый и второй входы первого блока селекции 12 подключены к выходам первого блока расширения изображения 9 и блока интерполяции 11 соответственно, первый вход первого блока суперпозиции 13 соединен с выходом первого блока селекции 12, вход первого блока накопления 14 подключен к выходу первого блока суперпозиции 13, первый выход первого блока накопления 14 соединен со вторым входом первого блока суперпозиции 13, вход блока реставрации изображения 15 подключен ко второму выходу первого блока накопления 14, а выход соединен с вторым входом дисплея 4.

Блок формирования опорного фрагмента изображения (БФОФ), выполнен в виде второго блока селекции 6, первый вход которого соединен с первым выходом блока памяти 5, второго блока суперпозиции 7, первый вход которого соединен с выходом второго блока селекции 6, и второго блока накопления 8, первый вход которого подключен ко второму выходу блока памяти 5, второй вход соединен с выходом второго блока суперпозиции 7, первый и второй выходы соединены со вторыми входами второго блока селекции 6 и второго блока суперпозиции 7 соответственно, а третий выход подключен к входу второго блока расширения изображения 10.

Способ получения изображения реализуется с помощью оптико-электронной системы следующим образом. Объектив 1 формирует оптическое изображение объектов в плоскости фоточувствительных элементов фотоприемного устройства 2, которое преобразует оптическое излучение в цифровой сигнал и передает его через блок исходных уставок 3 на дисплей 4 для визуализации. В блок 3 вводятся исходные уставки размеров и положения исходного опорного фрагмента, например посредством формирования условных меток в поле изображения, наблюдаемого оператором на экране дисплея 4. Для уменьшения объема, сокращения времени вычислений и снижения погрешностей в процессе обработки изображений, предпочтительно в качестве исходного опорного фрагмента выбирать изображение целевого объекта, представляющего наибольший интерес. Также в блок исходных уставок могут быть внесены другие параметры обработки, например ограничения на количество обрабатываемых кадров, размеры обрабатываемого поля зрения, параметры функции рассеяния точки и т.п. После запуска процесса обработки производится перемещение поля зрения оптико-электронной системы относительно наблюдаемых объектов. В случае работы оптико-электронной системы с рук оператора эти перемещения будут происходить непроизвольно вследствие естественной нестабильности положения прибора.

С момента запуска процесса обработки кадры изображения записываются последовательно в блок памяти 5. Исходный опорный фрагмент из первого кадра изображения поступает в блок накопления 8 через второй выход блока памяти. Полные кадры изображения, начиная со второго, поступают с первого выхода блока памяти на первый вход блока селекции 6. Синхронно в блок селекции 6 поступают фрагменты, хранящиеся в блоке накопления 8.

При поступлении в блок селекции 6 второго кадра блок селекции выбирает из этого кадра фрагмент, подобный исходному фрагменту, хранящемуся в блоке накопления 8. Поиск такого фрагмента может быть организован известными способами, например методом маски, предусматривающим наложение фрагмента на различные участки поля кадра, вычисление коэффициентов корреляции между фрагментом и находящимся под ним участком изображения и выбор фрагмента, соответствующего максимальному значению коэффициентов корреляции.

Фрагмент, выбранный блоком селекции 6 из второго кадра, передается в блок суперпозиции 7 по первому входу. По второму входу в блок суперпозиции 7 из блока накопления 8 поступает исходный опорный фрагмент. В блоке суперпозиции 7 числовые матрицы двух фрагментов суммируются с различными весовыми коэффициентами, например, по формуле: М=M1·(j-1)/j+М2/j,

где M1 - фрагмент, поступающий с блока накопления, М2 - фрагмент, поступающий с блока селекции, j - номер обрабатываемого кадра, начиная со второго.

Результирующий фрагмент М записывается в блок накопления 8 взамен предыдущего фрагмента M1. С приходом в блок селекции 6 третьего и последующих кадров циклы обработки и накопления изображения опорного фрагмента повторяются, в результате чего опорный фрагмент, хранящийся в блоке накопления 8, наполняется информацией из всей совокупности обрабатываемых кадров.

По завершении процесса формирования опорного фрагмента его изображение передается через блок расширения 10 и блок интерполяции 11 на второй вход блока селекции 12. В блоке 10 изображение опорного фрагмента расширяется в m раз посредством добавления к каждой строке и к каждому столбцу числовой матрицы фрагмента по m-1 строк и столбцов. Новым элементам расширенной матрицы присваиваются значения ближайших элементов предыдущей матрицы. В блоке 11 новым значениям расширенной матрицы изображения фрагмента присваиваются значения, вычисленные путем интерполяции значений нескольких ближайших элементов. После поступления на второй вход блока селекции 12 опорного фрагмента на его первый вход с первого выхода блока памяти через блок расширения 9 подается последовательность обрабатываемых кадров цифрового изображения. Блок 12 анализирует каждый поступающий кадр и определяет координаты фрагмента, подобного опорному фрагменту, например, посредством вышеупомянутого метода маски, выравнивает изображения кадров по координатам относительно первого кадра и пересылает обработанные кадры последовательно в блок суперпозиции 13. При этом первый кадр проходит через блок 13 и сохраняется в блоке накопления 14 как опорный для последующей обработки. При поступлении в блок 13 последовательности кадров, начиная со второго, он осуществляет их суперпозицию, например, в соответствии с вышеприведенной формулой.

По завершении процесса накопления изображения из всей совокупности обрабатываемых кадров оно поступает в блок 15, где подвергается реставрации, например, посредством применения преобразования, обратного свертке, по известной функции рассеяния точки. Функция рассеяния точки может быть задана, например, в виде числовой матрицы изображения гауссоиды размерами 3*m×3*m элементов с параметром "сигма", равным m/2, где m - коэффициент расширения изображений в блоках 9 и 10.

После блока реставрации 15 изображение поступает на второй вход дисплея 4 для визуализации, например в свободном месте экрана, не занятом текущим изображением, принимаемым дисплеем 4 по первому входу.

Размеры и положение обрабатываемой области поля зрения (фиг.2) совпадали с размерами и положением опорного фрагмента. На фиг.2 представлены:

а) - изображение объектов в отдельном кадре на первом входе дисплея 4,

б) - фрагмент отдельного кадра на входе в блок памяти 5,

в) - изображение на выходе блока накопления 8,

г) - итоговое изображение фрагмента на втором входе дисплея 4.

В каждом цикле формирования опорного фрагмента текущий опорный фрагмент содержит в себе информацию о различных положениях изображения объекта относительно границ фоточувствительных элементов, накопленную в процессе циклов обработки предшествующих кадров, что способствует уменьшению погрешностей при вычислении координат фрагмента, подобного текущему опорному фрагменту, в поле текущего обрабатываемого кадра. Кроме того, так как в процессе суперпозиции производится наложение фрагментов друг на друга, обеспечивается подавление шумов в изображении опорного фрагмента. Итоговый опорный фрагмент несет в себе информацию, накопленную из всей совокупности обрабатываемых кадров, что способствует достижению повышенного разрешения в изображении, формируемом оптико-электронной системой на последующих стадиях обработки.

В качестве исходного текущего опорного фрагмента выбирается фрагмент изображения заданных размеров, находящийся в заданном месте поля зрения оптико-электронной системы, в момент запуска цикла обработки изображений. Это позволяет выбрать для формирования опорного фрагмента участок наблюдаемой сцены, наиболее приближенный к целевому объекту, изображение которого представляет наибольший интерес, что обеспечит уменьшение погрешностей в процессе вычисления межкадровых смещений изображения в области нахождения целевого объекта при недостаточно стабильном угловом положении прибора.

Операция реставрации применяется к итоговому изображению, в котором шумы существенно подавлены на предыдущей стадии суперпозиции всей совокупности обрабатываемых кадров, что уменьшает возможность возникновения дополнительных искажений изображения и способствует повышению разрешения итогового изображения.

Таким образом в результате предложенных решений обеспеченно получение технического результата: созданы надежная и эффективная оптико-электронная система и способ получения изображения с повышенным разрешением, позволяющий добиться высокого качества изображении в условиях никого отношения сигнал-шум.

1. Способ получения изображения с повышенным разрешением, предусматривающий формирование оптического изображения объектов, перемещение поля зрения оптико-электронной системы относительно объектов, преобразование оптического изображения в цифровой сигнал в виде последовательности кадров цифрового изображения, формирование опорного фрагмента цифрового изображения для вычисления межкадровых смещений изображения, расширение и интерполяцию кадров цифрового изображения, вычисление и компенсацию межкадровых смещений изображения, суперпозицию кадров цифрового изображения, реставрацию цифрового изображения и преобразование цифрового изображения в оптическое изображение, отличающийся тем, что формирование опорного фрагмента изображения производится последовательными циклами обработки изображения, каждый из которых включает операции выбора фрагмента, подобного текущему опорному фрагменту, из поля текущего обрабатываемого кадра и обновления текущего опорного фрагмента посредством его суперпозиции с выбранным фрагментом, причем в качестве исходного опорного фрагмента выбирается фрагмент изображения заданных размеров, находящийся в заданном месте поля зрения оптико-электронной системы в момент запуска цикла обработки изображений, а операция реставрации изображения производится после операции суперпозиции всей совокупности обрабатываемых кадров изображения.

2. Оптико-электронная система для получения изображения, содержащая входной объектив, фотоприемное устройство, оптически связанное с объективом, блок исходных уставок, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемного устройства, дисплей, первый вход которого соединен с первым выходом блока исходных уставок, блок памяти, вход которого подключен ко второму выходу блока исходных уставок, блок формирования опорного фрагмента изображения, первый блок расширения изображения, вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второй блок расширения изображения, блоки интерполяции, вход которого подключен к выходу второго блока расширения изображения, первый блок селекции, первый и второй входы которого подключены к выходам первого блока расширения изображения и блока интерполяции соответственно, первый блок суперпозиции, первый вход которого соединен с выходом первого блока селекции, первый блок накопления, вход и первый выход которого подключены к выходу и второму входу первого блока суперпозиции соответственно, и блок реставрации изображения, вход которого подключен ко второму выходу первого блока накопления, а выход соединен со вторым входом дисплея, отличающаяся тем, что блок формирования опорного фрагмента изображения выполнен в виде второго блока селекции, первый вход которого соединен с первым выходом блока памяти, второго блока суперпозиции, первый вход которого соединен с выходом второго блока селекции, и второго блока накопления, первый вход которого подключен ко второму выходу блока памяти, второй вход соединен с выходом второго блока суперпозиции, первый и второй выходы соединены со вторыми входами второго блока селекции и второго блока суперпозиции соответственно, а третий выход подключен к входу второго блока расширения изображения.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к способам формирования изображения. .
Изобретение относится к мобильным коммуникационным устройствам, оборудованным фотокамерой, в частности к мобильным телефонам, коммуникаторам и т.д. .

Изобретение относится к области цифровой стеганографии или встраивания в цифровое изображение произвольных водяных знаков, и, конкретнее, к области прямого, без спектральных преобразований, обратимого встраивания произвольных водяных знаков посредством квантования и модификации амплитудных значений сигнала в условиях, когда оригинальное изображение (контейнер) не доступно, а передаваемое сообщение не известно на приемном конце - технология слепого встраивания.

Изобретение относится к области цифровой стенографии и, конкретнее, к области прямого, без спектральных преобразований, обратимого встраивания произвольных водяных знаков посредством квантования и модификации амплитудных значений сигнала в условиях, когда оригинальное изображение (контейнер) не доступно, а передаваемое сообщение не известно на приемном конце - технология слепого встраивания.

Изобретение относится к технике автоматизированной обработки изображений и может быть использовано в полиграфии, системах автоматизированного проектирования и в оргтехнике.

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к электронному устройству для обработки данных. .

Изобретение относится к обработке цифровых изображений, в частности к способам изменения масштаба цифрового изображения, т.е. .

Изобретение относится к способам обработки изображений, а именно к способам коррекции фотографий, и может быть использовано в многофункциональных периферийных устройствах (МФП), а также других устройствах с наличием функций сканирования и печати фотографий.

Изобретение относится к способам обработки и хранения рентгеновских изображений. .

Изобретение относится к устройству обработки входных дискретизированных данных изображения для увеличения картинки в горизонтальном направлении. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для обработки изображения. .

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для обработки изображения. .

Изобретение относится к телевизионной измерительной технике и может найти применение в системах технического зрения роботов при сортировке различных деталей и кристаллов по относительным размерам.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано , в частности, в медицине. .

Изобретение относится к способу защиты подлинности цифровых данных

Изобретение относится к средствам формирования ультразвукового медицинского изображения
Наверх