Способ моделирования изображений с изменяющимися корреляционными свойствами
Владельцы патента RU 2476933:
Федеральный научно-производственный центр Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Марс" (RU)
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для обработки изображений, например для моделирования изображений, обеспечивающих исходными данными задачи проектирования аэрокосмических систем. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет автоматического моделирования неоднородных изображений, со значительными изменениями пространственно-временных корреляционных свойств, близких по своим корреляционным свойствам к снимкам земной поверхности. Способ основан на преобразовании значений яркости базового случайного поля в совокупность корреляционных параметров моделируемого изображения. 2 ил.
Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано для обработки изображений в задачах проектирования аэрокосмических систем, предназначенных для визуализации поверхности и формы любых исследуемых объектов, в том числе в системах, используемых для определения местоположения и ориентации объектов по информации, получаемой с летательных аппаратов, например при проведении съемки поверхности Земли, в навигации для координации траектории полетов транспортных средств, в геодезии при картографировании земной поверхности и т.п.
Известны способы моделирования изображений (заявки и патенты России 2002106909, 2007115378, 98112147, 2045095, 2171499), которые обеспечивают формирование изображений с заданными характеристиками.
Недостатком указанных способов моделирования изображений является их неспособность в автоматическом режиме имитировать изображения со значительными изменениями пространственно-временных корреляционных свойств, адекватные реальным последовательностям снимков земной поверхности со сложным рельефом местности или со значительными перепадами яркости.
Целью изобретения является обеспечение исходными данными задачи проектирования аэрокосмических систем.
Техническим результатом является автоматическое моделирование неоднородных изображений, со значительными изменениями пространственно-временных корреляционных свойств, близких по своим корреляционным свойствам к снимкам земной поверхности.
Способ моделирования изображений с изменяющимися корреляционными свойствами, заключающийся в том, что формируют кадр псевдослучайного поля, так называемое базовое случайное поле, значения яркости полученного базового случайного поля преобразуют в совокупность корреляционных параметров, характеризующих величины связи текущего пикселя моделируемого изображения с соседними элементами изображения, затем моделируют изображение как единый кадр случайного поля, используя полученные корреляционные параметры.
Способ моделирования изображений с изменяющимися корреляционными свойствами состоит из следующих основных этапов:
- формирование базового случайного поля;
- формирование совокупности корреляционных параметров на основе базового случайного поля;
- моделирование изображения с изменяющимися корреляционными свойствами.
Для формирования базового случайного поля и впоследствии для моделирования изображения возможно использование различных моделей случайных полей. Возьмем реализацию случайного поля , например авторегрессионную модель Хабиби [Васильев К.К. Прикладная теория случайных процессов и полей. / К.К.Васильев, В.А.Омельченко. -Ульяновск: УГТУ, 1995.-255 с.]. Пусть марковское случайное поле задано на двумерной сетке 
авторегрессионной моделью
где ρх и ρу - коэффициенты корреляции соседних элементов по столбцу и строке соответственно; {ξi,j} - двумерное поле независимых гауссовских случайных величин с нулевыми средними и дисперсиями 
, 
, 
- размер моделируемого изображения.
При формировании базового случайного поля коэффициенты корреляции ρx и ρy являются априорными и характеризуют размеры и формы объектов на моделируемом изображении, увеличение этих параметров приведет к увеличению размеров объектов на моделируемом изображении.
Использование авторегрессионной модели (1) для моделирования изображения с изменяющимися корреляционными свойствами обуславливает необходимость предварительного формирования двух базовых случайных полей, значения яркости одного из них будет преобразовано в совокупность
корреляционных параметров 
, а другое соответственно в совокупность корреляционных параметров 
Выбор способа преобразования значений яркости в совокупность корреляционных параметров позволяет контролировать значения корреляционной функции моделируемого изображения. Может быть использован следующий способ преобразования:
где maxx, mink - это соответственно максимальное и минимальное значения яркости в k-ом базовом случайном поле; 
- заданные максимальное и минимальное значения диапазона, в котором изменяются коэффициенты корреляции 
. Исходя из этого могут быть найдены нормированные значения корреляционной функции авторегрессионной модели (1) 
Условная схема способа моделирования изображения с изменяющимися корреляционными свойствами, использующего для формирования случайного поля модель Хабиби 2-го порядка (1), показана на фиг.1.
Пример реализации способа моделирования изображения с изменяющимися корреляционными свойствами, характеризующий рельеф предполагаемого снимка земной поверхности, используя модель Хабиби (1) представлен на фиг.2, где а) базовое случайное поле; б) модель изображения с изменяющимися корреляционными свойствами.
Способ моделирования изображений с изменяющимися корреляционными свойствами, заключающийся в том, что формируют кадр псевдослучайного поля, так называемое базовое случайное поле, значения яркости полученного базового случайного поля преобразуют в совокупность корреляционных параметров, характеризующих величины связи текущего пикселя моделируемого изображения с соседними элементами изображения, затем моделируют изображение как единый кадр случайного поля, используя полученные корреляционные параметры.
