Способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью



Способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью
Способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью

 


Владельцы патента RU 2569811:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации (RU)
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано для пространственно-временной обработки изображений. Техническим результатом изобретения является обеспечение адаптации к уровню освещенности без каких-либо ограничений на значения отсчетов импульсной характеристики при выделении неподвижных и движущихся слабоконтрастных объектов на нестационарном фоне при пространственно-временной обработке изображений. Способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц ФПЗС заключается в пространственно-временной обработке изображения в виде свертки изображения, проецируемого на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС), с импульсной характеристикой реализуемого пространственно-временного фильтра (ПВФ). Пространственно-временная свертка изображения осуществляется на двух матрицах фоточувствительных приборов с зарядовой связью. На одной из матриц производится свертка изображения с положительными отсчетами импульсной характеристики, а на второй - с отрицательными. Формируется разность сигналов с выходов фоточувствительных приборов с зарядовой связью как общего выходного.

 

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при создании прикладных систем, в частности для пространственно-временной обработки изображений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц фоточувствительных приборов с зарядовой связью (патент RU 2339180. С1 20.11.2008), заключающийся в том, что производится свертка проецируемого на матрицу ФПЗС изображения с требуемой импульсной характеристикой, определяющей реализуемую пространственно-временную фильтрацию, путем дискретного накопления зарядов, фотогенерированных под воздействием проецируемого изображения в потенциальных ямах матрицы ФПЗС в сочетании с взаимным пространственным смещением изображения и матрицы ФПЗС, при этом параметры перемещения определяются частотными характеристиками реализуемого пространственно-временного фильтра, время накопления в каждой точке пространства изменяется пропорционально величине отсчетов импульсной характеристики реализуемого пространственно-временного фильтра в зависимости от вида фильтрации, а между накоплениями осуществляется пауза на время, необходимое для обеспечения постоянства временного интервала между циклами накопления, также дополнительно измеряется освещенность проецируемого изображения, в зависимости от величины освещенности формируется сигнал, который управляет длительностью стадии дискретного накопления зарядов Тн i,s, в соответствии с формулой:

где ΔUпов - изменение поверхностного потенциала под управляющим электродом ПЗС; Сох - емкость окисла ПЗС, αi,s - отсчеты импульсной характеристики размерностью i по пространству и s по времени, для которых должно выполняться условие i = 1 i 1 s = 0 s 1 α i , s = 1 , η - коэффициент, введение которого позволяет не учитывать изменение ширины обедненной области при уровне заполнения ям, близком к максимальному, η=0,5…0,7; Ф - уровень освещенности проецируемого на ФПЗС изображения; q - заряд электрона; Тпр - коэффициент пропускания светового потока через многослойное покрытие; ηф - квантовый выход внутреннего фотоэффекта; α - коэффициент поглощения в материале подложки; xос - ширина обедненной области; Lп - диффузионная длина электрона.

Недостатком данного способа является снижение возможностей пространственно-временной обработки из-за ограничения i = 1 i 1 s = 0 s 1 α i , s = 1 , обусловленного введением адаптации к изменению освещенности сцены.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является выполнение пространственно-временной обработки изображения одновременно с его формированием, обеспечивающей выделение неподвижных и движущихся слабоконтрастных объектов на нестационарном фоне, при обеспечении адаптации к уровню освещенности без каких-либо ограничений на значения отсчетов импульсной характеристики.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе пространственно-временной обработки изображений на основе матриц ФПЗС, заключающемся в пространственно-временной обработке изображения в виде свертки изображения, проецируемого на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС), с импульсной характеристикой реализуемого пространственно-временного фильтра (ПВФ), путем дискретного накопления фотогенерированных в потенциальных ямах матрицы ФПЗС зарядов, в сочетании с взаимным пространственным смещением изображения и матрицы ФПЗС, при этом параметры перемещения определяются частотными характеристиками реализуемого ПВФ, время накопления в каждой точке пространства изменяется пропорционально величине отсчетов импульсной характеристики ПВФ в зависимости от вида фильтрации, а между накоплениями осуществляется пауза на время, необходимое для обеспечения постоянства временного интервала между циклами накопления, измерении освещенности проецируемого изображения и управлении длительностью дискретного накопления зарядов в соответствии с измеренным уровнем освещенности, свертка осуществляется на двух матрицах ФПЗС, при этом на первой производится свертка изображения с положительными α i , s + отсчетами импульсной характеристики ПВФ при сохранении их временного положения, а на второй - с отрицательными α i , s отсчетами, формируют разность сигналов с выходов ФПЗС как общего выходного, при этом длительность дискретного накопления зарядов в ФПЗС определяют следующим образом:

, ,

где k - постоянный коэффициент пропорциональности; α i , s + = α i , s , если αi,s>0, и α i , s + = 0 , если αi,s≤0; α i , s = | α i , s | , если αi,s<0, и α i , s = 0 , если αi,s≥0; αi,s - отсчеты импульсной характеристики; b - коэффициент нормировки, причем b = i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + , если i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s , и b = i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s , если i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s > i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + ; Ф - уровень освещенности проецируемого на ФПЗС изображения.

Сущность предлагаемого способа поясняется следующим.

Выражение (1) Тн i,s, приведенное в прототипе, можно записать как

Из него следует, что на одной матрице нельзя выполнить свертку с отсчетами разного знака из-за неотрицательности Ф и k, а также физических ограничений ФПЗС (возможно накопление зарядов только одного знака).

Ограничение i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s = 1 , приведенное в прототипе, обеспечивает корректную работу системы адаптации к уровню освещенности сцены только при неотрицательных значениях отсчетов импульсной характеристики. В этом случае, согласно выражению (1), суммарное время накопления будет равно максимально возможному Тн max.

Таким образом, прототип, кроме заявленного ограничения i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s = 1 , содержит скрытое ограничение αi,s≥0.

Заявленное ограничение не осуществимо в ряде алгоритмов, например в алгоритмах выделения контуров [Методы компьютерной обработки изображений / под ред. В.А. Сойфера - 2-е изд., испр. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. - 784 с., с. 198-200], где ограничение i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s принципиально должно быть равно нулю. Скрытое ограничение более существенно, оно исключает реализацию большого числа алгоритмов обработки изображений, имеющих отрицательные значения отсчетов импульсной характеристики.

Для реализации положительных и отрицательных отсчетов импульсной характеристики фильтра используются две матрицы ФПЗС. В этом случае длительности стадий дискретного накопления зарядов в ФПЗС определяются следующим образом:

, .

Максимальное время накопления в ФПЗС равно сумме всех времен накопления и поэтому будет определяться наибольшим из двух значений i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + или i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s .

С учетом значения коэффициента нормировки b получим, что T н max = k Ф .

Если сравнить выражения (1) и (2), то видно, что

.

Полученное таким образом значение k можно использовать как ориентировочное из-за большого разброса значений η=0,5…0,7.

Точное значение коэффициента пропорциональности k определяется экспериментально из условия того, что в ФПЗС за время накопления Тн max при уровне освещенности Ф происходит формирование изображения с максимальным диапазоном яркостей без переполнения потенциальных ям.

Обратная зависимость Тн max и, соответственно, Т н i , s + и Т н i , s от уровня Ф обеспечивает адаптацию предлагаемого способа к уровню освещенности без ограничений на значения отсчетов импульсной характеристики.

Способ пространственно-временной обработки изображений на основе матриц ФПЗС, заключающийся в пространственно-временной обработке изображения в виде свертки изображения, проецируемого на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью (ФПЗС), с импульсной характеристикой реализуемого пространственно-временного фильтра (ПВФ), путем дискретного накопления фотогенерированных в потенциальных ямах матрицы ФПЗС зарядов, в сочетании с взаимным пространственным смещением изображения и матрицы ФПЗС, при этом параметры перемещения определяются частотными характеристиками реализуемого ПВФ, время накопления в каждой точке пространства изменяется пропорционально величине отсчетов импульсной характеристики ПВФ в зависимости от вида фильтрации, а между накоплениями осуществляется пауза на время, необходимое для обеспечения постоянства временного интервала между циклами накопления, измерении освещенности проецируемого изображения и управлении длительностью дискретного накопления зарядов в соответствии с измеренным уровнем освещенности, отличающийся тем, что свертка осуществляется на двух матрицах ФПЗС, при этом на первой производится свертка изображения с положительными α i , s + отсчетами импульсной характеристики ПВФ при сохранении их временного положения, а на второй - с отрицательными α i , s отсчетами, формируют разность сигналов с выходов ФПЗС как общего выходного, при этом длительность дискретного накопления зарядов в ФПЗС определяют следующим образом:

где k - постоянный коэффициент пропорциональности; α i , s + = α i , s , если αi,s>0, и α i , s + = 0 , если αi,s≤0; α i , s = | α i , s | , если αi,s<0, и α i , s = 0 , если αi,s≥0; αi,s - отсчеты импульсной характеристики; b - коэффициент нормировки, причем b = i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + , если b = i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s , и b = i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s , если i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s > i = 0 i 1 s = 0 s 1 α i , s + ; Ф - уровень освещенности проецируемого на ФПЗС изображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам захвата изображений. Техническим результатом является предоставление элемента захвата изображения и устройства захвата изображения, которые уменьшают время переноса данных и устраняют потерю качества изображения.

Изобретение относится к области цветного телевидения с высокой разрешающей способностью. Техническим результатом является улучшение качества восстановления отсутствующих значений пикселей сигналов цветовых составляющих, увеличение четкости изображений, уменьшение искажений и сохранение цветности.

Изобретение относится к устройству формирования цветного изображения, которое подавляет генерацию цветовых комбинационных искажений (цветного муара). Техническим результатом является подавление генерации ложного цвета высокочастотной секции путем простой обработки изображения.

Изобретение относится к устройству формирования цветного изображения, которое подавляет формирование цветного муара (цветовых комбинационных искажений). Техническим результатом является подавление формирования ложного цвета высокочастотного сегмента посредством простой обработки изображения.

Изобретение относится к области телевизионной техники. Техническим результатом является обеспечение устройства, позволяющего производить точную коррекцию уровня черного и усиление для разных каналов фотоприемника, используя лишь в качестве априорных данных захваченное изображение.

Изобретение относится к устройству формирования изображения, такому как датчик изображения CMOS, и к системе камеры. Техническим результатом является формирование изображений или измерение при низкой интенсивности, с низким уровнем шумов, даже при низкой освещенности и с широким динамическим диапазоном.

Изобретение относится к формирователям сигналов изображения. Техническим результатом является уменьшение эффективной емкости затвора усиливающего транзистора без изменения площади затвора для значительного уменьшения общей паразитной емкости.

Изобретение относится к средствам формирования спектрозональных электронных изображений. Техническим результатом является обеспечение оперативного изменения ширины спектра спектрозональных видеокадров.

Изобретение относится к твердотельным устройствам формирования изображения. Техническим результатом является повышение чувствительности твердотельного устройства формирования изображения.

Изобретение относится к изобретение относится к устройствам формирования изображения. Техническим результатом является исключение обработки аналоговых сигналов, чтобы устранить шум в схеме, возникающий в AD преобразователе и при обработке аналоговых сигналов, без уменьшения числа диафрагмы пикселей.

Изобретение относится к оптико-электронному приборостроению и может быть использовано в оптико-электронных приборах (ОЭП) ориентации по звездам, содержащих матричный фотоприемник с накоплением заряда.

Изобретение относится к мультиспектральным считывающим фоточувствительным устройствам для считывания субдискретизированных данных фоточувствительных пикселов в фоточувствительных кристаллах с большой матрицей.

Изобретение относится к электронной технике. В фоточувствительном приборе с зарядовой связью, имеющем подложку первого типа проводимости, в ее приповерхностной части, внутри области объемного канала переноса второго типа проводимости дополнительно сформирована примыкающая к обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной области и имеющая с ней омический контакт дополнительная фоточувствительная область первого типа проводимости, имеющая область перекрытия с областью стоп-диффузии с образованием в этой области перекрытия омического контакта, причем находящаяся под ней область объемного канала переноса второго типа проводимости имеет более низкую концентрацию примеси, чем область объемного канала переноса под обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной областью, при этом величина потенциала объемного канала переноса под дополнительной фоточувствительной областью меньше величины потенциала объемного канала переноса под обеспечивающей перенос заряда фоточувствительной областью, а глубина залегания дополнительной фоточувствительной области в области канала переноса соответствует глубине проникновения ультрафиолетового излучения в данную полупроводниковую подложку.

Изобретение относится к фотоэлектронной технике и может быть использовано, в частности, в устройствах для сканирования объектов. .

Изобретение относится к области производства оптоэлектронных приборов, в частности к производству матричных фоточувствительных приборов с зарядовой связью. .

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений. .

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при создании прикладных систем, в частности для пространственно-временной обработки изображений. .

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений со сжатием избыточной информации.

Изобретение относится к технике машинного зрения и может быть использовано в видеокамерах и фотоаппаратах, предназначенных для регистрации изображений со сжатием избыточной информации, а также в фотоприемниках с временной задержкой и накоплением сигнала при сканировании изображения.

Изобретение относится к обработке медицинских изображений. Техническим результатом является сокращение времени реконструкции изображения МРТ из недосемплированных данных.
Наверх