Устройство стабилизации изображения



Устройство стабилизации изображения
Устройство стабилизации изображения
Устройство стабилизации изображения
Устройство стабилизации изображения

 


Владельцы патента RU 2517347:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (RU)

Изобретение относится к устройствам стабилизации изображения в области телевидения и цифровой фотографии. Техническим результатом является уменьшение погрешности измерений смещения изображения. Результат достигается за счет использования в измерителе смещения коррелятора, реализующего функцию определения значения дисперсии приращений сигналов на основе возведения в квадрат разностных значений коррелируемых сигналов с линейных фотоприемников в цифровом виде, а интерполятор выполнен в виде блока, реализующего интерполяцию по формуле:

,

где - дисперсии сигналов, - смещение, Δm - размер пикселя вспомогательного фотоприемника. 4 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области телевидения и цифровой фотографии, в частности к устройствам стабилизации изображения.

Известно устройство стабилизации изображения, в котором используется прямой метод измерения смещения и с целью уменьшения задержек на формирование сигнала смещения измерение производят не по сигналу кадра основной фотоприемной матрицы, а по сигналу дополнительного фотоприемника [Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н.Еськов, Ю.П.Ларионов, В.А.Новиков и др. Под ред. Д.Н.Еськова, В.А.Новикова. - Л.: Машиностроение, 1988, стр.37]. При этом для оценки смещения изображения используется одноэлементный фотоприемник, так же как и основная фотоприемная матрица, расположенный в фокальной плоскости объектива, сигналы с которого обрабатываются автокорреляционным методом [Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н.Еськов, Ю.П.Ларионов, В.А.Новиков и др. Под ред. Д.Н.Еськова, В.А.Новикова. - Л.: Машиностроение, 1988, стр.124].

Основным недостатком данного устройства является возможность измерения смещения лишь при поступательном движении изображения относительно фотоприемника, так как при вибрации (возвратно-поступательном движении) на одноэлементный фотоприемник может проецироваться участок кадра с постоянной освещенностью. Данное устройство может найти ограниченное применение в видеоинформационных системах с достаточно равномерным движением основания, например в некоторых авиакосмических системах мониторинга [Бузников А.А., Купянский А.В. Динамическое совмещение полутоновых аэрокосмических и графических изображений. Изв. Вузов, сер. «Геодезия и аэрофотосъемка», 1993, №3, с.102-107].

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к предлагаемой, является система стабилизации изображения, описанная в патенте РФ №2384967 (опубл. 20.03.2010), содержащая матричный фотоприемник, два линейных фотоприемника, подвижный элемент, блок управления, блок измерения смещения изображения, где выходы линейных фотоприемников соединены с входами измерителя смещения, выходы измерителя смещения соединены с входами блока управления, выходы блока управления соединены с входами подвижного элемента.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность и быстродействие измерения смещения изображения и, как следствие, недостаточно быстрый отклик подвижного элемента для компенсации возмущений.

Техническим результатом заявляемого изобретения является улучшение стабилизации изображения, а именно уменьшение смаза изображения, которое является результатом уменьшения погрешности измерений смещений изображения при малых смещениях.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство стабилизации изображения, так же как известное, содержит основной матричный фотоприемник и два дополнительных взаимно перпендикулярных линейных фотоприемника, измеритель смещения, блок управления, подвижный элемент и объектив, где выходы линейных фотоприемников соединены со входами измерителя смещения, выходы измерителя смещения соединены со входами блока управления, выходы блока управления соединены со входами подвижного элемента. Но в отличие от известного устройства на каждом входе измерителя смещения установлен режекторный фильтр, соединенный с блоком задержки на строку и с первым входом коррелятора, со вторым входом которого соединен выход блока задержки на строку, а коррелятор соединен с параболическим интерполятором, установленным на выходе блока смещения, причем коррелятор реализует функцию определения значения дисперсии приращений сигналов на основе возведения в квадрат разностных значений коррелируемых сигналов с линейных фотоприемников в цифровом виде, а интерполятор выполнен в виде блока, реализующего интерполяцию по формуле:

χ ^ = Δ m ( D 1 D 1 ) / [ 2 ( D 1 2 D 0 + D 1 ) ] , ( 1 )

где D 1 , D 1 , D 0 - дисперсии сигналов, χ ^ - смещение, Δm - размер пикселя вспомогательного фотоприемника.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 - изображена функциональная системы стабилизации изображения;

на фиг.2 - пример выполнения функциональной схемы коррелятора, реализующего функцию определения дисперсии приращений сигналов;

на фиг.3. - пример функциональной схемы интерполятора, использующего параболическую интерполяцию взаимно корреляционной функции (ВКФ);

на фиг.4 - пример автокорреляционной функции (АКФ) изображения по результатам эксперимента до контрастирования режекторным фильтром (слева) и после контрастирования (справа) при аппроксимации дискретных замеров (показаны точками на рисунке) кривой 2-го (пунктир) и 4-го порядков (сплошные кривые).

Система стабилизации изображения содержит основной матричный фотоприемник 1, два взаимно перпендикулярных линейных фотоприемника 2 и 3, которые соединены со входами измерителя смещения, на входах которого установлены режекторные фильтр 4 и 5, выходы которых соединены с блоками задержки на строку 6 и 7 и с первыми входами корреляторов 8 и 9, со вторыми входами которых соединены выходы блоков задержки на строку, а корреляторы соединены с параболическими интерполяторами 10 и 11, установленными на выходе блока смещения. Выходы интерполяторов 10 и 11 соединены с выходами блока управления 12, выходы блока управления соединены с входами подвижного элемента 13.

Каждый коррелятор 8 и 9 реализует функцию определения значения дисперсии приращений сигналов. Функциональная схема коррелятора приведена на фиг.2. Она состоит из блоков смещения на строку и на элемент 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21; блоков вычитания 22, 23, 24; блоков возведения в квадрат 25, 26, 27; блоков сложения 28, 29, 30. Следует отметить, что обычно для вычисления взаимной корреляции соседних строк используется операция умножения, которая достаточно сложна для аппаратной реализации. Авторами предлагается перейти от прямого вычисления произведений разных сигналов к несколько более просто организуемой операции возведения в квадрат. Анализ в пакете Quartus II фирмы Altera для семейства микросхем программируемой логики Cyclone IV GX показывает, что непрямое вычисление корреляции требует примерно в 2,7 раза меньше вычислительных ресурсов, чем прямое вычисление. Это обусловлено тем, что возведение в квадрат проще, чем умножение, и тем, что благодаря вычитанию коррелированных сигналов уменьшается разрядность накапливающих сумматоров. При этом общая сложность меньше, чем требуемая для вычисления ВКФ, за счет отказа от нормировки накопленных статистик. Такая возможность связана с целью измерения не функции корреляции изображения, а лишь аргумента ее максимума.

Интерполяторы выполнены в виде блоков, реализующих интерполяцию по формуле χ ^ = Δ m ( D 1 D 1 ) / [ 2 ( D 1 2 D 0 + D 1 ) ] , ( 1 )

где D 1 , D 1 , D 0 - дисперсии сигналов, χ ^ - смещение, Δm - размер пикселя вспомогательного фотоприемника. Функциональная сзема интеполятора приведена на фиг.3. Она содержит: буферные блоки 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39; блоки вычитания 40 и 41; блоки умножения на два 42 и 43; блок деления 44; блок сложения 45.

Параболический интерполятор был предложен исходя из тех соображений, что параболическая интерполяция значений дисперсий (Фиг.4) D 1 , D 0 , D 1 обеспечивает максимальную потенциальную точность измерения смещения и, в конечном счете, стабилизацию изображений с маскированием шумом смаза изображения несмотря на возмущения визирной оси телекамеры.

Устройство работает следующим образом.

Сигналы с линейных фотоприемников 2 и 3, работающих с существенно большей кадровой частотой по сравнению с основным матричным фотоприемником 1, передаются в режекторные фильтры (декорреляторы сигнала) 4 и 5, где происходит контрастирование взаимно корреляционных функции (ВКФ).

Далее сигналы поступают на блоки задержки на строку 6 и 7 для формирования исходных и задержанных на строку сигналов. В корреляторах 8 и 9 происходит вычисление ВКФ для дискретных значений сдвига (на целое число пикселов). На вход коррелятора приходят данные с линейных фотоприемников в цифровом виде, далее происходит вычисление корреляции между этими данными и определяются соответствующие значения трех дисперсий для сигнала в различные моменты времени. Далее сигналы с выходов корреляторов 8 и 9 поступают на входы параболических интерполяторов 10 и 11. В параболических интерполяторах 10,11 происходит вычисление смещения как целочисленного относительно пикселов изображения, так и дробного (так называемая субпиксельная точность измерения). Интерполятор производит математические операции и буферизацию данных в соответствии с формулой (1). Форма АКФ получена для субпиксельных смещений, целесообразность ее применения доказана рядом модельных и физических экспериментов. Далее блок управления 12 выдает сигналы подвижному элементу 13 для компенсации возмущений.

Особенностями предлагаемого устройства являются:

- Система стабилизации изображения, основанная на прецизионном измерителе смещения изображений, является приложением новой парадигмы видеоинформатики, которая выдвигает на первый план извлечение максимума полезной информации из потока фотонов при наличии возмущений, а не просто констатирует деградацию разрешения из-за смаза.

- Прецизионное измерение смещения изображений должно учитывать квадратичный вид автокорреляционной функции при малых смещениях.

Описание устройства и его работы доказывает достижение технического результата - улучшение стабилизации изображения, а именно уменьшение смаза изображения, которое являются результатом уменьшения погрешности измерений смещения.

Устройство стабилизации изображения, содержащее основной матричный фотоприемник и два дополнительных взаимно перпендикулярных линейных фотоприемника, измеритель смещения, блок управления, подвижный элемент и объектив, где выходы линейных фотоприемников соединены со входами измерителя смещения, выходы измерителя смещения соединены со входами блока управления, выходы блока управления соединены со входами подвижного элемента, отличающееся тем, что на каждом входе измерителя смещения установлен режекторный фильтр, соединенный с блоком задержки на строку и с первым входом коррелятора, со вторым входом которого соединен выход блока задержки на строку, а коррелятор соединен с параболическим интерполятором, установленным на выходе блока смещения, причем коррелятор реализует функцию определения значения дисперсии приращений сигналов на основе возведения в квадрат разностных значений коррелируемых сигналов с линейных фотоприемников в цифровом виде, а интерполятор выполнен в виде блока, реализующего интерполяцию по формуле:
χ ^ = Δ m ( D 1 D 1 ) / [ 2 ( D 1 2 D 0 + D 1 ) ] , ( 1 ) ,
где - дисперсии сигналов, χ ^ - смещение, Δm - размер пикселя вспомогательного фотоприемника.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области обработки изображений для получения изображения с более высоким разрешением (ВР) во встроенном устройстве с использованием технологии сверхразрешения (СР).

Изобретение относится к системе и способу обеспечения процедуры записи для записывающего устройства. Техническим результатом является эффективное использование записывающего устройства.

Изобретение относится к цифровому фотоаппарату, имеющему подвижное зеркало. Технический результат заключается в расширении арсенала технических возможностей цифрового фотоаппарата, имеющего подвижное зеркало.

Изобретение относится к средствам обработки изображений. Техническим результатом является выполнение тональной коррекции для получения объединенного изображения, обладающего подходящими яркостью и контрастностью.

Изобретение относится к области фотоэлектрического преобразования двухмерных структур для захвата изображения. .

Изобретение относится к области телевидения и цифровой фотографии, в частности к устройствам стабилизации изображения. .

Изобретение относится к цифровым камерам, а именно к системам фокусировки камер. .

Изобретение относится к видеотехнике и, в частности, к оптико-электронным приборам обнаружения движущихся объектов. .

Изобретение относится к устройствам обработки информации. .

Изобретение относится к системе видеонаблюдения и управления камерой, способной к выполнению панорамного поворота и наклонного поворота камеры. Техническим результатом является уменьшение неестественности изменения в направлении перемещения объекта в визуальном отображении, чтобы снизить ошибки в работе по отслеживанию объекта. Указанный технический результат достигается тем, что cистема операторской платформы имеет камеру, которая захватывает изображение объекта для генерирования изображения кадра, операторские платформы, и которые поворачивают камеру вокруг оси панорамирования и оси наклона, и процессоры обработки изображений, которые генерируют визуальное отображение на основе изображения кадра. Когда камера проходит предопределенное угловое положение для поворота вокруг оси наклона, процессор обработки изображений генерирует первое визуальное отображение, соответствующее изображению, сформированному поворотом изображения кадра на угол, больший, чем 0 градусов и меньший, чем 180 градусов вокруг оси панорамирования в предопределенном угловом положении до генерирования второго визуального отображения, соответствующего изображению, сформированному поворотом изображения кадра на 180 градусов вокруг оси панорамирования. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к устройствам захвата изображения. Техническим результатом является коррекция размывания на основании информации о расстоянии объекта, входящего в сфотографированное изображение. Результат достигается тем, что устройство захвата изображения включает в себя фотографический объектив, который формирует изображение объекта, блок фотоэлектрического преобразования, который расположен в прогнозируемой плоскости изображения фотографического объектива, блок отображения, который отображает сфотографированное изображение, полученное блоком фотоэлектрического преобразования, блок управления отображением изображения, который отображает сфотографированное изображение с помощью блока отображения после получения сфотографированного изображения с помощью блока фотоэлектрического преобразования, блок приобретения информации о расстоянии, который получает информацию о расстоянии в сфотографированном изображении, и блок коррекции размывания, который осуществляет коррекцию размывания на сфотографированном изображении на основании информации о расстоянии, полученной блоком приобретения информации о расстоянии. Блок управления отображением изображения отображает сфотографированное изображение, где сфокусированы множественные расстояния в сфотографированном изображении. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.

Изобретение относится к камере и системе, содержащей камеру, в которой отношение расстояния между объективом и датчиком и фокусным расстоянием изменяется в течение экспозиции. Изобретение также относится к способу обращения свертки данных изображения. Задается такая частота изменения, которая позволяет достигать формирования изображения, инвариантного относительно движения. Технический результат - снижение размытия вследствие движения. 4 н. и 13 з.п. ф-лы, 24 ил., 1 табл.

Изобретение относится к устройствам формирования изображений. Техническим результатом является расширение арсенала технических возможностей устройства формирования изображений в части обработки данных изображения. Результат достигается тем, что система обработки изображений может включать в себя схему управления, выполненную с возможностью определять, является ли устройство работающим в режиме одиночного датчика (с одним активным датчиком) или режиме сдвоенного датчика (с двумя активными датчиками). При работе в режиме одиночного датчика данные могут обеспечиваться непосредственно к блоку предварительной обработки пикселей из интерфейса датчика активного датчика. При работе в режиме сдвоенного датчика кадры изображения с первого и второго датчиков подаются к блоку предварительной обработки пикселей перемежающимся образом. Например, в одном варианте осуществления, кадры изображения с первого и второго датчиков записываются в память, а затем считываются в блок предварительной обработки пикселей перемежающимся образом. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 79 ил., 4 табл.

Изобретение относится к средствам управления камерой. Технический результат заключается в увеличении диапазона полученного изображения. Получают первую информацию, используемую для управления первой областью, которая задана в пределах полного изображения, зафиксированного блоком камеры. Получают вторую информацию, используемую для управления второй областью, которая задана в пределах полного изображения. Управляют механическим перемещением блока камеры на основе первой информации. Получают изображение первой области из полного изображения, зафиксированного блоком камеры, и извлекают изображение второй области из первой области на основе второй информации. 5 н. и 13 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к устройствам формирования цифрового изображения. Техническим результатом является обеспечение определения оптимальной позиции фокуса с использованием статистики автофокусировки. Результат достигается тем, что логика статистики может определять грубую позицию, которая указывает оптимальную зону фокусирования, которую, в одном варианте осуществления, можно определить посредством поиска первой грубой позиции, в которой показатель грубой автофокусировки снижается относительно показателя грубой автофокусировки в предыдущей позиции. Используя эту позицию в качестве исходного пункта для поиска точного показателя, оптимальную позицию фокуса можно определить посредством поиска пика в показателях точной автофокусировки. В другом варианте осуществления, статистику автофокусировки также можно определить на основании каждого цвета байеровского RGB таким образом, что даже при наличии хроматических аберраций относительные показатели автофокусировки для каждого цвета можно использовать для определения направления фокусировки. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 4 табл., 97 ил.

Изобретение относится к области передачи пакетизированных видео данных. Техническим результатом является упрощение межсоединения с использованием IP и облегчение модификации системы. Система камер содержит множество устройств камер и ретрансляционное устройство, содержащее: приемный блок, имеющий порты ввода, каждый соединенный с соответствующими устройствами камер для приема пакетизированных видео данных из соответствующей одной камеры из множества устройств камер, при этом каждый порт имеет адрес; средство вывода, имеющее по меньшей мере один порт, соединенный с устройством назначения и имеющий адрес порта вывода; блок управления для определения выбранных пакетизированных видео данных из конкретных одного из множества устройств камер на основании адреса назначения, включенного в указанные пакетизированные видео данные, при этом блок управления имеет таблицу коммутации для связи адреса порта ввода с адресом порта вывода; и блок коммутатора, реагирующий на ввод пользователя для выборочного изменения адреса порта ввода, связанного с определенным адресом порта вывода, или для изменения адреса порта вывода, связанного с адресом порта ввода, и для выбора и вывода на связанный порт выбранных пакетизированных видео данных на базе кадров. 5 н. и 9 з.п. ф-лы, 12 ил., 4 табл.

Изобретение относится к устройству видеонаблюдения и может быть использовано для слежения за технологическими процессами в радиационно-защитных «горячих» камерах. Технический результат: расширение диапазона видеонаблюдения за счет вращения исполнительного механизма в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, возможность использования устройства в радиационно-защитных «горячих» камерах. Устройство дистанционного слежения в исследовательской радиационно-защитной камере включает электрический привод дистанционного управления, систему передачи движения, исполнительные механизмы, по меньшей мере одну камеру видеонаблюдения. Кроме того, электроприводы в количестве двух единиц, расположенные в операторском помещении, передают вращение с помощью валов через радиационную защитную стенку в исследовательскую «горячую» камеру, причем первый электродвигатель через червячную передачу обеспечивает круговое вращение устройства дистанционного слежения, а второй электродвигатель - перемещение плоской рейки совместно с камерой слежения по дуге в плоскости, перпендикулярной горизонту. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к вычислительной технике, а именно к устройствам захвата изображений, имеющих функцию отслеживания объекта и функцию непрерывной съемки. Техническим результатом является повышение точности функции отслеживания объекта устройства регистрации изображения в ходе непрерывной съемки, за счет устранения задержки по времени между обнаружением объекта и получением информации фокуса в позиции объекта. Предложено устройство регистрации изображения, которое захватывает множество главных изображений в режиме непрерывной съемки. Это устройство регистрации изображения включает в себя средство регистрации изображения, выполненное с возможностью захвата множества вспомогательных изображений в течение интервала между захватом главного изображения и захватом следующего главного изображения. Устройство также содержит средство определения главного объекта, выполненное с возможностью определения главного объекта. Кроме того, устройство содержит первое и второе средства обработки отслеживания объекта. Причем первое средство обработки отслеживания объекта выполнено с возможностью обнаружения области, где существует объект, идентичный главному объекту, из первой области, которая является частью первого вспомогательного изображения, из множества вспомогательных изображений. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к средствам управления сетью для управления надлежащим образом сетью фотографирования. Технический результат заключается в повышении стабильности работы сети. Множество устройств, включающее в себя ведущее устройство, которое выдает команду управления, чтобы управлять фотографической операцией, и ведомое устройство, которое исполняет команду управления, принадлежит сети фотографирования. Устройство управления сетью предпочтительно определяет из множества устройств, принадлежащих сети фотографирования, ведущее устройство как устройство-кандидата, которое становится новым устройством управления сетью в случае, когда устройство управления сетью отключено от сети фотографирования, управляемой самим устройством управления сетью. 6 н. и 10 з.п. ф-лы, 1 табл, 8 ил.
Наверх