Способ поиска и обнаружения объекта

Изобретение относится к способам поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому изображению этой местности, например по радиолокационному изображению (РЛИ), формируемому в радиолокаторах с синтезированной антенной (PCА). Достигаемый технический результат - увеличение эффективности обнаружения объекта при уменьшении объема вычислений. Сущность способа состоит в том, что всю зону поиска разбивают на неперекрывающиеся участки, представляющие собой квадраты поиска размером Nп×Nп пикселей, в каждом из которых вычисляют один или несколько выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости изображения и сравнивают их с пороговыми значениями. В случае превышения одного или нескольких пороговых значений принимают решение об обнаружении в этом квадрате поиска кандидата на искомый объект или его части и во всех квадратах поиска, в которых принято решение об обнаружении кандидата, проводят его допоиск и уточнение его положения. В качестве выборочного момента и выборочного коэффициента распределения яркости изображения используют коэффициент эксцесса. Размер квадрата поиска Nп выбирают соизмеримым или меньше протяженности искомых объектов, но при условии получения выборки, достаточной для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в окне поиска (Nп≥20). При наличии в РСА нескольких каналов с разным разрешением при обнаружении объектов на этапе поиска используют РЛИ канала с меньшим разрешением, чем на этапе допоиска. Допоиск объекта проводят в пределах квадратов поиска, в которых произошло обнаружение, при их расширении на величину ошибок совмещения РЛИ разных каналов и на размер квадрата обнаружения. Допоиск можно проводить путем оценки выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости РЛИ в скользящем окне в виде квадрата обнаружения размером Nобн×Nобн пикселей. При этом размер квадрата обнаружения Nобн выбирают меньше размера квадрата поиска при условии, что общее число независимых выборок значений яркости РЛИ в квадрате обнаружения образуют достаточную выборку (Nобн≥20). Пороги для каждого из выборочных моментов можно определить из априорной статистики этих моментов для фрагментов РЛИ фона и РЛИ обнаруживаемых объектов с фоном. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

 

Изобретение относится к способам поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому (с градациями яркости в каждом пикселе) изображению этой местности, например по радиолокационному изображению (РЛИ), формируемому в радиолокаторах с синтезированной антенной (РСА) за счет многократного излучения на интервале синтезирования зондирующего сигнала и формирования при движении летательного аппарата (ЛА) виртуальной синтезированной антенной решетки (САР).

При этом в общем случае стоит задача поиска, обнаружения и распознавания на полученных РЛИ различных объектов. Так как в настоящее время уже получены РЛИ с высоким разрешением (высокой детальностью), например с разрешением 10 см, то возникает задача обнаружения и распознавания протяженного объекта, занимающего единицы, а иногда десятки и сотни пикселей на РЛИ со своим значением яркости в каждом пикселе.

Традиционно поиск одиночных «точечных» (занимающих один элемент разрешения) объектов в свободном пространстве и на местности осуществляется путем просмотра всех элементов разрешения зоны поиска, например по углам и по дальности. В каждом элементе разрешения осуществляют обнаружение объекта путем сравнения сигнала (яркости РЛИ) в этом элементе с порогом обнаружения, выбираемого, например, исходя из допустимого уровня ложных тревог. Для случая обнаружения в свободном пространстве разработаны оптимальные методы, например метод по критерию Неймана-Пирсона с использованием отношения правдоподобия.

Для случая поиска и обнаружения протяженных объектов на фоне местности оптимальные способы и критерии обнаружения и распознавания не разработаны. Часто используют двухэтапную технологию обнаружения (см., например, статью Достовалова М.Ю. и др. «Исследование методов автоматического обнаружения объектов на РЛ-изображениях», журнал «Исследование Земли из космоса» за 2005 г., №6, с. 14-27). В соответствии с этой технологией на первом этапе производится обнаружение объектов-кандидатов при допустимо высоком уровне ложных тревог (чтобы гарантированно не пропустить объекты поиска), а на втором - фильтрация ложных целей по некоторому набору признаков. Далее проводится распознавание обнаруженных объектов. При этом, как правило, при обнаружении, по аналогии с обнаружением точечных объектов, используют способы, основанные на превышении яркости РЛИ в одном или в нескольких пикселях некоторого порога. Для протяженных объектов рассматривается превышение порога одновременно в нескольких элементах (пикселях), например по критерию «к из т». В настоящее время для распознавания, как правило, используется оператор. Появляются автоматизированные или автоматические системы, но пока они создаются для частных ситуаций, имеют малую эффективность, и вместе с тем объем вычислений очень велик, и требуется существенное их сокращение, в том числе за счет сокращения числа ложных тревог. Очевидно, что минимизация ложных тревог требуется и при работе оператора.

Таким образом, очень важно на первом этапе обнаружения кандидатов на искомый объект обеспечить его надежное обнаружение при минимально возможном числе ложных кандидатов, да еще при допустимом объеме вычислительных затрат (времени на вычисления, в том числе для работы в реальном или близком к реальному масштабе времени). Как правило, при использовании существующих способов это не реализуется.

В качестве аналога предлагаемого способа можно рассматривать способ, изложенный в автореферате диссертации Рогачева В.А. «Математические модели и алгоритмы обработки данных в инфракрасных системах обнаружения при априорной неопределенности», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук, Санкт-Петербург, 2009. Для решения задачи обнаружения полезных сигналов на изображении местности, полученном в инфракрасном диапазоне, осуществляется сканирование изображения окном небольших размеров, состоящим из двух областей: сигнальной и фоновой. Такой способ относится к классу двухвыборочных задач, когда вычисление статистик проводят одновременно по сигналам в двух областях. При этом в соответствии с авторефератом, обнаружение полезного сигнала определяется изменением математического ожидания и дисперсии на выходе фотоприемника в зависимости от полезного сигнала, фона и собственных помех фотоприемника. Полученный алгоритм не универсален, применим только в определенных случаях и требует формирования двух окон и достаточно большого объема вычислений.

За прототип может быть принят способ обнаружения, изложенный в статье Волкова В.Ю., Макаренко А.А., Рогачева В.А., Турнецкого Л.С. «Обнаружение и выделение объектов на оптикоэлектронных изображениях» (см. сборник «55 лет на службе отечеству» ОАО НПО «Радар-ммс», Санкт-Петербург: 2005, стр. 222-226). Обнаружение осуществляют в окне обработки - в квадрате размером n=N×N. В нем выделяют сигнальное окно - квадрат размером m=М×М и помеховое окно. Порог обнаружения по яркости для пикселей сигнального окна определяют с помощью помехового окна, исходя из яркости РЛИ в этом окне. Объект считается обнаруженным и расположенным, например, в центре сигнального окна при условии одновременного превышения порога в элементах сигнального окна. Так как далее предполагается распознавание обнаруженного объекта, то говорят об обнаружении на этом этапе кандидата на обнаруживаемый объект. Поиск объекта во всем задаваемом участке изображения (в зоне поиска) осуществляют путем проведения процедуры обнаружения кандидата скользящим окном, т.е. последовательно при каждом сдвиге окна на один элемент изображения по строке и по столбцу во всей зоне поиска (см. Справочник по радиолокации. Книга 1. Под редакцией М.И. Сколника. «Техносфера», Москва, 2014). Поскольку в процессе поиска возникают случаи обнаружения одного и того же объекта при соседних положениях скользящего окна, необходимым этапом после обнаружения скользящим окном становится процедура выделения связных элементов или группировки результатов обнаружения (индикаторов обнаружения), относящихся к одному и тому же объекту.

К недостаткам прототипа, как и других существующих способов обнаружения протяженных объектов, можно отнести тот факт, что они не гарантируют получение наилучшего, насколько это возможно для рассматриваемых условий, технического результата обнаружения (например, минимальной вероятности пропуска объекта D0 при фиксированной вероятности ложной тревоги F). То есть не ясно, насколько сам способ оптимален, при том что вычислительные затраты при этих способах достаточно велики. Поэтому остро стоит задача нахождения способа обнаружения, который при меньших вычислительных затратах обеспечивает лучшие характеристики обнаружения, например соотношение D0 и F.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что при поиске и обнаружении объекта на местности по монохромному цифровому (с градациями яркости в каждом пикселе) изображению этой местности всю зону поиска разбивают на неперекрывающиеся участки, например квадраты поиска размером Nп×Nп пикселей, в каждом из которых вычисляют, исходя из изображения на этом участке, один или несколько выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости изображения и сравнивают их с пороговыми значениями, и, в случае превышения одного или нескольких пороговых значений, принимают решение об обнаружении в этом квадрате поиска кандидата на искомый объект (или его части) и во всех квадратах поиска, в которых принято решение об обнаружении кандидата, проводят его допоиск и уточнение его положения и, по возможности, формы.

Для получения эффективного и вместе с тем достаточно простого с точки зрения объема вычислений способа поиска и обнаружения в качестве выборочного момента и/или коэффициента распределения яркости изображения используют выборочный коэффициент эксцесса.

В целях достижения всепогодности работы способа и увеличения дальности обнаружения объектов в качестве изображения местности используют радиолокационное изображение (РЛИ) этой местности, формируемое в радиолокаторах с синтезированной антенной решеткой (САР), при том условии, что размер элемента разрешения РЛИ δразр по обеим координатам РЛИ меньше протяженности искомых объектов.

В целях минимизации объема вычислений при допоиске, размер квадрата поиска Nп выбирают соизмеримым или меньше протяженности искомых объектов, но при условии получения выборки, достаточной для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в окне поиска при примерном сохранении соотношения статистик фона при наличии и отсутствии на нем искомых объектов.

При одновременном формировании в РСА нескольких РЛИ одних и тех же зон поиска с разным разрешением, в целях сокращения объема вычислений на этапе поиска, а также для более эффективного отфильтровывания ложных тревог по результатам допоиска, на этапе поиска используют, по возможности, РЛИ канала с меньшим разрешением, на этапе допоиска - с большим.

По каждому обнаруженному кандидату допоиск объекта проводят в пределах соответствующего квадрата поиска при его расширении на величину ошибок совмещения РЛИ разных каналов и на размер квадрата обнаружения.

При допоиске можно использовать способ по прототипу, то есть формировать два окна и осуществлять обнаружение по критерию «k из m», рассматривая превышение в сигнальном окне яркости пикселей РЛИ некоторого порога, рассчитываемого исходя из РЛИ помехового окна. Вместе с тем эффективным способом допоиска кандидата является способ, когда допоиск объекта в каждом из квадратов поиска, в котором произошло обнаружение кандидата, проводят путем оценки выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости РЛИ в скользящем окне в виде квадрата обнаружения размером Nобн×Nобн пикселей и по превышению полученных значений над фоновыми значениями (порогами) обнаруживают объекты, а также определяют их положение и, по возможности, форму и пространственную ориентацию объектов.

Для увеличения эффективности допоиска размер квадрата обнаружения Nобн выбирают меньше размера квадрата поиска, при условии, что общее число независимых выборок значений яркости РЛИ в квадрате обнаружения достаточно для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в этом квадрате.

На практике имеется некоторая статистика по распределению яркости РЛИ, полученных при реальных полетах, и, соответственно, могут быть получены оценки выборочных моментов и, в частности, нормированных моментов - коэффициентов этих распределений. Пороги для каждого из выборочных моментов и коэффициентов распределения яркости РЛИ определяют исходя из априорной статистики этих моментов или коэффициентов для фрагментов РЛИ фона и РЛИ обнаруживаемых объектов с фоном. Причем эти фрагменты должны соответствовать размеру квадратов поиска или обнаружения.

По результатам допоиска подтверждают наличие и определяют положение и, по возможности, форму и ориентацию объектов, осуществляя либо сброс обнаруженного ранее кандидата, либо группирование результатов допоиска в соседних окнах в один объект с учетом априорных данных о протяженности объектов.

Технический результат при применении предлагаемого способа заключается в увеличении эффективности обнаружения кандидата по сравнению с прототипом при значительном уменьшении объема вычислений. При этом эффективность обнаружения может характеризоваться, например, уменьшением ложных тревог при сохранении низкой вероятности пропуска искомого объекта.

Перечень таблиц:

В таблице 1 приведены статистические данные по выборочному коэффициенту эксцесса для РСА см-диапазона.

В таблице 2 приведены статистические данные по выборочному коэффициенту эксцесса для РСА дм-диапазона.

На сегодняшний день задача поиска и оперативного обнаружения на изображении задаваемых объектов и их распознавания очень сложна. Во-первых, можно отметить резкое отличие радиолокационного изображения объектов от привычного для операторов оптического изображения. Во-вторых, разрешение радиоканала уступает разрешению оптического канала. Наконец, информативность современных РСА очень велика, и трудно оперативно разобраться в этом потоке информации. Например, для успешного обнаружения и распознавания малоразмерных объектов требуется и реализуется на практике разрешение порядка 1 м и менее. Имеются РСА с разрешением 10 см. Вместе с тем при разрешающей способности РСА в 1 м полоса лоцируемой местности может составлять, например, 10 км и более. То есть только в одной строке РЛИ количество анализируемых элементов разрешения в этом случае равно 10000. При этом требуемый темп формирования строк, который определяется скоростью полета носителя и разрешением по азимуту, может составлять, например, 1 кГц. Трудно в этом потоке информации в виде РЛИ с указанным разрешением найти и идентифицировать требуемый объект. В настоящее время это, как правило, выполняет оператор, но возможности его очень ограничены. Постепенно появляются автоматизированные системы, в том числе использующие алгоритмы предварительного отбора участков местности для их дальнейшего анализа оператором. Но практически сегодня задача решается только для частных ситуаций. Задача усложняется еще и тем, что в см-диапазоне, при котором достигается хорошее разрешение, высок уровень отражений от местности и сложно обнаружить объект при его слабой контрастности по отношению к фону.

Традиционно при обнаружении воздушных объектов в свободном пространстве и объектов на фоне отражений от местности используют превышение сигналом (яркостью РЛИ) некоторого порога, отсекающего шумы, помехи и фоновый сигнал отражений от местности. Вместе с тем наличие на лоцируемой местности объекта с отражающими свойствами, резко отличающимися от свойств отражений от местности, достаточно существенно нарушает статистику отражений от этой местности, что может служить информацией для обнаружения факта наличия объекта.

Мерой изменения статистики отражений могут служить коэффициенты распределения яркости РЛИ. При анализе ограниченного участка РЛИ можно использовать рассчитанные для этого участка выборочные коэффициенты, такие как коэффициент асимметрии и коэффициент эксцесса γ (см., например, книгу Левина Б.Р. «Теоретические основы статистической радиотехники», книга 1-я, изд. 2-е, М., «Сов. Радио», 1974, стр. 59-60).

Причем следует отметить, что оценка выборочных коэффициентов, проведенная на некотором участке РЛИ, не зависит от расположения объекта на этом участке и расширение этого участка РЛИ (в значимых для практики пределах) в отсутствие других объектов меняет оценку незначительно. Это дает возможность провести предварительный поиск объектов, разбив всю заданную для обнаружения зону на квадраты поиска и проведя в каждом квадрате поиска обнаружение объекта - кандидата на искомый объект, рассчитав исходя из полученного при локации РЛИ, например выборочный коэффициент эксцесса и сравнив его с заранее выбранным порогом. В квадратах, в которых порог превышен и, следовательно, обнаружен кандидат, проводится его допоиск. Допоиск в общем случае проводится скользящим окном, размер которого не превышает размер квадрата поиска. По результатам допоиска возможно не только подтвердить наличие кандидата на искомый объект для его дальнейшего распознавания, но и уточнить положение объекта и по возможности при РЛИ с высоким разрешением определить его размеры, форму и ориентацию в пространстве.

Во многих случаях распределение отражений от местности близко к релеевскому распределению. Можно отметить, что в этом случае коэффициент асимметрии примерно равен 0,63, а коэффициент эксцесса 0,23. На практике распределение в той или иной мере отличается от релеевского. Так, при лоцировании с помощью РСА 3-см диапазона местности в виде перемежающихся лесных участков с опушками и луга с полосами леса и кустарников, а также летного поля, при окнах обработки РЛИ в виде квадратов со сторонами различного размера (N от 20 до 60) получены оценки выборочных коэффициентов асимметрии в диапазоне 1…4 (пролесок, до 7…9 в отдельных точках при наличии кромки, разделяющей области разного типа) и 0,7…2 (летное поле) и выборочных коэффициентов эксцесса в диапазоне 1…15 (пролесок, в отдельных редких точках при наличии кромки до 100 и более) и 0,4…4 (летное поле). При этом при анализе участков с расположенными там объектами (например, самолетами) получены оценки выборочных коэффициентов асимметрии в диапазоне 2…32 и выборочных коэффициентов эксцесса в диапазоне 20…250 с выбросами до 500 и даже свыше 1000 на границе «летное поле - объект». Кроме того, следует отметить, что рост размера скользящего окна N приводит к снижению фоновых значений выборочных коэффициентов на участках однотипных (стационарных) поверхностей и асимптотическому стремлению к некоторым значениям, близким к теоретическим величинам для релеевского распределения. Наличие же на анализируемом РЛИ неоднородностей (объектов и их теней) обуславливает резкий рост этих коэффициентов, причем тем больший, чем больше N. Например, для N=20 максимумы выборочных коэффициентов эксцесса на границе «летное поле - объекты» имеют значения 13…167, для N=30-100…350, а для N=60-165…1197.

Различия между коэффициентами в двух рассмотренных случаях позволяют осуществлять процедуру обнаружения. Для примера можно рассмотреть следующую реализацию способа обнаружения.

Первичный поиск объектов-кандидатов осуществляется с помощью вычисления выборочных коэффициентов эксцесса в окнах размером 75×75 пикселей, замостивших (перекрывших) исходное РЛИ. Пороговое значение выборочного коэффициента эксцесса hпоиска, по которому принимается решение о необходимости допоиска в данном квадрате, выберем равным 30. Допоиск объектов в «подозрительном» квадрате выполняется также по коэффициенту эксцесса с помощью скользящего окна размером 20×20 пикселей, с порогом допоиска hдопоиска=45 и следующими параметрами связывания результатов допоиска в соседних окнах (параметрами группирования или сброса): максимальное расстояние между положениями окна, при котором принимается решение о принадлежности индикаторов обнаружения к одному объекту, Do6=25 пикселей, а максимальный размер обнаруживаемого объекта Dmax=125 пикселей.

Применение данной процедуры к реальному РЛИ 3-см диапазона размером 5792×7673 пикселей (один пиксель составлял 0.7 м и примерно соответствовал разрешению РЛИ), на котором имеются летное поле с расположенными на нем самолетами, малоэтажная застройка (техногенный «мусор») и перемежающиеся участки леса и луга, привело к следующим результатам. На этапе поиска обнаружен 881 «подозрительный» участок (всего исследовалось 8034 квадрата поиска), для этого потребовалось 8 секунд. Допоиск обнаружил 746 объектов, среди которых оказались все большие (и большая часть малых) самолетов на летном поле. Оставшиеся обнаруженные объекты - это дома, отдельно стоящие столбы и в редких случаях элементы кромки на границе поверхностей разных типов. На допоиск было затрачено 6 минут 22 секунды процессорного времени. Следует отметить, что при допоиске использовалась программа, не учитывающая возможности значительного сокращения вычислений за счет особенностей алгоритма скользящего окна. При использовании новейшей вычислительной базы время вычислений может быть уменьшено на порядок.

Вместе с тем автоматическое обнаружение искомых объектов на фоне техногенного «мусора» практически невозможно, и следует по возможности исключать из зоны поиска такие участки, что резко, на порядки, сократит число «подозрительных» участков по результатам поиска и, соответственно, время допоиска.

Отметим, что при отсутствии этапа поиска, т.е. при анализе всего РЛИ скользящим окном размером 20×20 пикселей, порогом обнаружения hобн=45 и теми же параметрами связывания Do6=25 пикселей, Dmax=125 пикселей, обнаруживаем 1030 объектов, в которые входят все самолеты, но и почти 300 дополнительных ложных объектов. Кроме того, по времени такая обработка занимает 45 минут 26 секунд, практически в 7 раз больше, чем двухэтапная процедура с поиском/допоиском.

Рассмотрим теперь другой вариант двухэтапной процедуры. Параметры поиска оставим теми же, что описаны выше, а для допоиска используем скользящее окно 15×15 пикселей, hдопоиска=40, Do6=30 пикселей, Dmax=120 пикселей. Результат: 613 обнаруженных объектов, включая все самолеты, и 4 минуты 22 секунды на обработку РЛИ (с учетом поиска 4 минуты 30 секунд). Таким образом, два варианта двухэтапной процедуры поиска и обнаружения мало отличаются по техническим результатам. Это означает некритичность выбора параметров обнаружителя, с одной стороны, а с другой - возможность их оптимизации. Вместе с тем одноэтапное обнаружение в таком же скользящем окне 15×15 пикселей и с теми же параметрами дает в итоге 786 обнаруженных объектов (более 170 «лишних» ложных объектов) за 29 минут 11 секунд (увеличение времени обработки почти в 6,5 раза).

Используем теперь для поиска алгоритм по способу-прототипу со следующими параметрами: размер помехового окна N=75, размер сигнального окна М=25, порог обнаружения в сигнальном окне k=35 (критерий «35 из 625»), вероятность ложной тревоги в одном пикселе F1=10-4, шаг «замощения» РЛИ равен размеру сигнального окна (т.е. 25). Результат проведения такого поиска в сантиметровом РЛИ - 1159 обнаруженных «подозрительных» участков за 24 секунды. Если осуществить допоиск по алгоритму-прототипу с параметрами: N=25, М=8, k=8, F1=10-4, Do6=30, Dmax=120, то получим подтверждение 747 обнаруженных объектов, включая все самолеты, и затратим на эту процедуру 46 секунд. Заметим, что без процедуры поиска применение данного алгоритма ко всему РЛИ выдает 918 обнаруженных объектов за 25 минут 54 секунды.

Таким образом, выигрыш во времени обработки без снижения ее эффективности достигается при использовании на этапе поиска алгоритма, основанного на вычислении выборочных коэффициентов. При допоиске ожидаемая техническая эффективность предлагаемого способа и способа-прототипа примерно одинакова, и при выборе способа допоиска необходимо учитывать дополнительные характеристики, такие как точность определения местоположения обнаруженного объекта и пр.

Выбор размера окна N и порогов обнаружения можно осуществить, используя априорную статистику по РЛИ фона и РЛИ объектов на этом фоне. Можно ввести критерий, при котором проводится сравнение разброса (среднеквадратического отклонения - СКО) σф выборочного момента (коэффициента) распределения яркости (например, коэффициента эксцесса γ), рассчитанного для «фоновых» участков (при размере окна N×N), с разностью между минимальным значением этого коэффициента в области расположения объекта уоб_мин и максимальным фоновым значением выборочного коэффициента эксцесса γф_макс для выбранных участков. Для количественной оценки по этому критерию можно ввести коэффициент превышения

В рассмотренном примере для реального РЛИ при N=10 СКО значений выборочного коэффициента эксцесса σф колеблется в диапазонах 0,76…0,8 для летного поля и 1,2…1,5 для пролеска. Максимальные значения самих эксцессов уф_макс равны 3 для летного поля и 8 для пролеска, в то время как в области нахождения самолетов на летном поле минимальное значение эксцесса γоб_мин составляет 10. Таким образом, разность величин эксцессов в областях наличия объекта и только фона равна 2…7 и превышает разброс значений эксцесса ненамного (в 1,5…9 раз). Такое небольшое превышение связано, в том числе, и с недостаточной статистической базой - из-за ограниченных размеров окна, а следовательно, размеров выборки выборочные коэффициенты имеют существенный разброс. Для уверенного обнаружения пороговое значение коэффициента эксцесса упор должно быть значительно меньше γоб_мин, но существенно больше γф_макс. С учетом приведенных результатов можно выбрать, например, γпор=5, но очевидно, что исходя из ограниченности приведенной статистики (так как N=10) вероятности пропуска объекта и ложных обнаружений будут значительными Результаты дальнейших рассмотрений этих величин сведены в таблицу 1.

Из таблицы 1 видно, что размер окна 20×20 пикселей обеспечивает получение достаточных статистических данных для оценки эксцесса и уверенного обнаружения объектов на фоне стационарных отражающих поверхностей. Поэтому выборку в 400 пикселей (при окне 20×20 пикселей) можно считать достаточной для расчета выборочных коэффициентов эксцесса. При этом полагается, что выборки статистически независимы. В противном случае необходимо увеличения окна.

Для РЛИ дм-диапазона аналогичные данные, полученные при лоцировании той же местности, приведены в таблице 2, по которым можно сделать примерно такие же выводы, что и для изображений см-диапазона.

Полученные данные о значениях выборочных коэффициентов распределения яркости для РСА разных частотных диапазонов позволяют априорно выбрать размер окна поиска и окна допоиска и определить значения порогов. Как уже отмечалось, величина порога должна превышать возможные значения выборочного коэффициента при наличии в квадрате поиска или допоиска только фона и быть меньше этого коэффициента при наличии в этом квадрате еще и искомого объекта. Так, для квадрата размером 20×20 пикселей РЛИ порог обнаружения при использовании коэффициента эксцесса может быть выбран γпор=10, что вдвое меньше минимального значения коэффициента эксцесса при наличии объекта и более чем в два раза больше γф_макс.

Вместе с тем, в случае если для конкретных РСА при лоцировании различных объектов на разных фонах статистика по распределению яркости РЛИ, полученных при реальных полетах, отличается от приведенной выше, то исходя из полученной статистики можно выбрать и размеры окон, и пороги. Более того, они могут быть уточнены в процессе полета, исходя из априорных полученных ранее или получаемых в процессе работы оценок выборочных коэффициентов по многим квадратам поиска.

В случае когда в многоканальных РСА с каналами разных частотных диапазонов для обнаружения могут быть использованы два частотных канала с примерно одинаковой эффективностью, что следует, в частности, из примерного равенства коэффициентов превышения в таблицах 1 и 2, то для увеличения эффективности предлагаемого способа можно использовать для поиска и допоиска разные частотные каналы. При этом, с целью сокращения объема вычислений на этапе поиска, его следует проводить в канале с относительно низким разрешением. В то же время при допоиске желательно использовать РЛИ канала с более высоким разрешением, чем на этапе поиска, так как в этом случае более подробно и точно определяются формы и протяженности обнаруженного кандидата. Это позволяет с большей эффективностью проводить предварительное распознавание обнаруживаемого объекта и отфильтровывать ложные тревоги при обнаружении кандидата на этапе допоиска и при группировании результатов допоиска.

Можно отметить, что в общем случае каналы с различным разрешением могут быть получены и в РСА, работающем на одной частоте, но имеющем разные зондирующие сигналы, например отличающиеся девиацией частоты, и размеры САР или различную обработку при формировании РЛИ.

Как уже отмечалось, по результатам допоиска необходимо увязывание этих результатов в соседних окнах обнаружения, их группирование. В общем случае, так как обнаруживается протяженный объект, то следует группировать индикаторы (т.е. метки окон, в которых произошло обнаружение кандидата) в один объект. При этом в некоторых случаях можно исключить из дальнейшего рассмотрения (распознавания) «одиночный объект», т.е. объект, протяженность которого меньше ожидаемой. Следует также сбрасывать объекты после группирования, если их протяженность больше заданной величины Dmax. Вместе с тем при группировании необходим ввод такого параметра, как максимально возможный интервал между отметками одного объекта Do6. Очевидно, что значения параметров группирования индикаторов зависят от протяженности объекта, характера отражений от него, разрешения в используемом для поиска и обнаружения РЛИ и пр.

1. Способ поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому с градациями яркости в каждом пикселе изображению этой местности, характеризующийся тем, что всю зону поиска разбивают на неперекрывающиеся участки, представляющие собой квадраты поиска размером Nп×Nп пикселей, в каждом из которых вычисляют один или несколько выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости изображения и сравнивают их с пороговыми значениями, и, в случае превышения одного или нескольких пороговых значений, принимают решение об обнаружении в этом квадрате поиска кандидата на искомый объект или его части и во всех квадратах поиска, в которых принято решение об обнаружении кандидата, проводят его допоиск и уточнение его положения.

2. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве выборочного момента и выборочного коэффициента распределения яркости изображения используют выборочный коэффициент эксцесса.

3. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что в качестве изображения местности используют радиолокационное изображение (РЛИ) этой местности, формируемое в радиолокаторах с синтезированной антенной решеткой (САР) при том условии, что разрешение РЛИ δразр по обеим координатам РЛИ меньше протяженности искомых объектов.

4. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что размер квадрата поиска Nп выбирают соизмеримым или меньше протяженности искомых объектов, но при условии получения выборки, достаточной для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в окне поиска при наличии и отсутствии в нем объекта.

5. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что при формировании в РСА нескольких РЛИ с разным разрешением при обнаружении объектов на этапе поиска используют РЛИ канала с меньшим разрешением, на этапе допоиска - с большим.

6. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что допоиск объекта проводят в пределах квадрата поиска при его расширении на величину ошибок совмещения РЛИ разных каналов и на размер квадрата допоиска.

7. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что допоиск объекта в каждом из квадратов поиска, в котором произошло обнаружение кандидата, проводят путем оценки выборочных моментов и/или коэффициентов распределения яркости РЛИ в скользящем окне в виде квадрата обнаружения размером Nобн×Nобн пикселей и по превышению полученных значений порогов, определяемых фоновыми значениями выборочных моментов и/или коэффициентов, обнаруживают объекты, а также определяют их положение.

8. Способ по п. 7, характеризующийся тем, что размер квадрата обнаружения Nобн выбирают меньше размера квадрата поиска при условии, что общее число независимых выборок значений яркости РЛИ в квадрате обнаружения достаточно для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в этом квадрате.

9. Способ по п. 1, характеризующийся тем, что пороги для каждого из выборочных моментов и коэффициентов распределения яркости РЛИ определяют исходя из априорной статистики этих моментов для фрагментов РЛИ фона и РЛИ обнаруживаемых объектов с фоном.



 

Похожие патенты:

Устройство относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях и сооружениях, и может найти применение в различных областях жизнедеятельности.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации и контроля насыпи железных дорог и автодорог. Влажность, загрязненность и толщину слоев насыпи определяют с помощью георадара.

Изобретение относится к области радиолокации, а именно к устройствам для определения дальности до водной поверхности и может быть использовано для определения уровня водоемов.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в целях противодействия техническим средствам негласного перехвата аудиоинформации для поиска, обнаружения и локализации скрытых акустоэлектрических преобразователей (АЭП).

Изобретение относится к измерительным системам, а именно к средствам контроля состояния конструкции и шасси летательного аппарата, и может быть использовано в различных транспортных средствах.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнения поверхности открытых водоемов при проведении экологических и природоохранных мероприятий. Технический результат - обеспечение возможности учитывать влияние длинных, по сравнению с брегговскими компонентами, поверхностных волн на характеристики рассеяния радиоволн, по которым оценивают изменения в пространстве спектра поверхностных волн, что повышает достоверность определения загрязнения акватории. Сущность: контролируемую область морской поверхности облучают одновременно радиоволнами разной длины с помощью скаттерометра и альтиметра, которые размещены на двух летательных аппаратах.

Изобретение относится к поисково-спасательной службе и может быть использовано для активного зондирования с целью объективного определения наличия в них человека с признаками жизни и оценки его состояния по частотам дыхания и пульса.

Изобретение относится к определению горизонтальной структуры древостоя с использованием радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение качества детального анализа горизонтальной структуры древостоя.

Изобретение относится к области подповерхностной радиолокации, а именно к устройствам определения расположения и формы неоднородностей и включений в строительных конструкциях.

Изобретение относится к области радиотехники, преимущественно к радиолокации объектов, и может быть использовано для определения длины линейного контрастного по электромагнитным характеристикам относительно вмещающего пространства подповерхностного объекта.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований морских акваторий и может быть использовано для определения загрязнения морской поверхности. Сущность: по трассам, содержащим тестовые участки, проводят дистанционное зондирование морской поверхности автодинным радиоволновым измерителем, установленным на авиационном носителе. Выполняют частотное детектирование сигнала измерителя. Создают базу эталонных сигналов ветрового волнения поверхности в виде их автокорреляционных функций. Одновременно получают видеоизображения участков по трассе полета соосно установленной цифровой видеокамерой высокого пространственного разрешения. Привязывают полученные видеокадры к топографическим координатам посредством навигатора системы GPS. Восстанавливают пространственный спектр волнения методом Фурье-преобразования изображений видеокадров. Вычисляют взаимную корреляционную функцию сигнала автодинного измерителя и видеокамеры. Рассчитывают индекс загрязнения участков через отношение ширины взаимной корреляционной функции к ширине эталонной автокорреляционной функции на уровне 0,1 от их максимального значения. Формируют массив данных из указанных отношений. Методами пространственного дифференцирования выделяют изолинии контуров индекса загрязнения, наносят их на контурную карту прибрежной или шельфовой зоны. Технический результат: достоверное выделение загрязненных зон морской поверхности. 6 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для использования на летательных аппаратах. Техническим результатом изобретения является разработка средств многофункциональной бортовой радиолокационной станции, обеспечивающих обнаружение малоразмерных неподвижных наземных и надводных целей на фоне отражений от подстилающей поверхности. Амплитудный суммарно-суммарно-разностный способ (АССР) обужения приемной диаграммы направленности антенны заключается в том, что из суммы модулей сигналов, принятых суммарной приемной диаграммой направленности, вычитают модуль суммы сигналов, принятых диаграммой обужения. Многофункциональная радиолокационная станция для летательных аппаратов содержит цифровую фазированную антенную решетку (ЦФАР), формирующую суммарную приемо-передающую диаграмму направленности и суммарную диаграмму направленности обужения, передающее устройство, приемное устройство, задающий генератор, синтезатор частот-синхронизатор, цифровой процессор данных, цифровой процессор сигналов, включающий в себя устройство обужения, блок управления лучом (БУЛ) и индикатор, а также необходимые связи между ними. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относися к радиолокации и может использоваться для определения уровня налива. Технический результат состоит в повышении точности определения уровня налива. Для этого способ включает оценку расстояния до поверхности продукта, содержащегося в резервуаре. Оценку получают из соотношения амплитуды первой гармоники IF-сигнала и амплитуды второй гармоники IF-сигнала. По существу, каждая гармоника представляет определенный диапазон расстояний. Расстояние может быть оценено путем определения полученной мощности в двух или более гармониках и их коррелирования. Зависимости от расстояния могут значительно различаться в зависимости от модуляции и других параметров и могут быть подобраны в соответствии с конкретным приложением. 2 н. и 24 з.п. ф-лы, 7 ил.
Изобретение относится к способам ведения спутниковой съемки. Сущность: на борту спутника синхронно выполняют целевую спутниковую съемку заданных районов и съемку полей облачности над заданными районами. Данные спутниковой съемки полей облачности обрабатывают на борту спутника и на их основе формируют оценки покрытия заданных районов облачностью с признаком принадлежности к конкретному заданному району. Сформированные оценки оперативно передают на сеть наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации, где проводят их анализ и принятие решения о пригодности данных целевой спутниковой съемки заданных районов, а также формирование перечня пригодных данных целевой спутниковой съемки заданных районов и перечня непригодных данных целевой спутниковой съемки заданных районов. На основании полученных данных корректируют последовательность моментов передачи данных целевой спутниковой съемки заданных районов на сеть наземного комплекса приема, обработки и распространения спутниковой информации. Передают пригодные данные и стирают непригодные данные из бортового постоянного запоминающего устройства. Технический результат: повышение результативности целевой спутниковой съемки заданных районов за счет уменьшения количества передаваемых по радиолинии со спутника данных целевой спутниковой съемки морской и земной поверхности, непригодных для решения прикладных задач.

Изобретение относится к системам управления. Способ формирования сигнала управления для сопровождения цели заключается в том, что сигнал управления формируется по закону на основе динамических матриц внутренних связей систем, обобщенного вектора состояния системы и вектора сигналов управления. Сигнал управления состоит из взвешенной суммы фазовых координат и их производных, входящих в сигнал управления с пропорциональными коэффициентами, зависящими от несоответствия динамических свойств динамических матриц внутренних связей систем. Система формирования сигнала управления для инерционного пеленгатора включает измеритель, фильтр, усилитель, сумматор, управляющий элемент. Дополнительно введены усилители с коэффициентами, зависящими от разности матриц и фильтры высоких производных отслеживаемых координат. Значения несоответствия по производным поступают на вход сумматора. Улучшаются показатели эффективности системы. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к способам георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в режиме реального времени с целью обнаружения границы локального подземного торфяного пожара георадаром, установленным на платформе робота. Сущность заявляемого способа заключается в том, что в способе обнаружения границы локального подземного торфяного пожара, включающем в себя георадиолокационное подповерхностное зондирование всех слоев отложений торфяного пласта, заключающееся в излучении импульсов электромагнитных волн и регистрации сигналов, отраженных от границ раздела слоев зондируемой среды, имеющих различные электрофизические свойства, георадар устанавливают на платформу робота, которую перемещают по маршруту, намеченному после проведенного патрульного наблюдения за контролируемой зоной, и осуществляют георадарное профилирование на заданном маршруте, а в намеченных точках маршрута производят зондирование торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Сущность заявляемого устройства заключается в том, что в роботе для проведения разведки подземных торфяных пожаров, содержащем шасси на гусеничном ходу, силовые агрегаты, системы управления и наблюдения и передачи данных от проведенного наблюдения в режиме реального времени, и платформу, на последней установлен георадар для георадиолокационного подповерхностного зондирования всех слоев отложений торфяного пласта в условиях нахождения локального подземного торфяного пожара. Технический результат – обеспечение обнаружения границ локализации подземного торфяного пожара с любой глубиной залегания торфа в зонах, где размещение традиционных видов наземной техники крайне опасно. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для выявления и определения характера присутствующих на водной поверхности аномалий (областей с пониженной интенсивностью волнения). Сущность: излучают и принимают рассеянные водной поверхностью сигналы в СВЧ-диапазоне (L-X-диапазонах) на двух поляризациях (НН и VV) для двух разнесенных не менее чем в полтора раза частот под определенным углом наблюдения. Причем угол наблюдения выбирают в диапазоне 50-80° от вертикали. В качестве характеристик принятых сигналов используют разность измеренных удельных эффективных площадей рассеяния принятых сигналов на двух поляризациях для каждой из двух частот. По полученным величинам разностей определяют экспериментальные значения интенсивностей волнения на брэгговских волновых числах. Одновременно измеряют среднюю скорость ветра. Для измеренной средней скорости ветра рассчитывают теоретические фоновые значения интенсивностей волнения на брэгговских волновых числах с использованием модельного спектра. Находят спектральные контрасты волнения на водной поверхности как отношения теоретических фоновых значений интенсивностей волнения на брэгговских волновых числах к экспериментальным значениям интенсивностей волнения на брэгговских волновых числах для обеих частот для измеренного значения средней скорости ветра. Принимают решение о наличии аномалии на водной поверхности на основании сравнения величины спектрального контраста волнения на водной поверхности на максимальном из брэгговских волновых чисел с некоторой пороговой величиной. Вычисляют отношение полученных спектральных контрастов. Делают вывод о наличии на водной поверхности пленочного слика или штилевой зоны, исходя из положения значения найденного отношения контрастов для измеренного значения средней скорости ветра относительно полуэмпирической кривой зависимости отношения контрастов от скорости ветра при определенном угле наблюдения: если значение выше кривой - наблюдают пленочный слик, если ниже - штилевую зону. Технический результат: повышение точности различения аномалий на водной поверхности. 2 ил.

Изобретение относится к радиолокационным методам мониторинга морской поверхности с целью дистанционного определения скорости морских течений в приповерхностном слое. Достигаемый технический результат – повышение точности измерений малогабаритной и мобильной аппаратурой. Способ позволяет обнаружить морское течение в приповерхностном слое и дистанционно определить его скорость с помощью многочастотного СВЧ радиолокатора L-X-диапазонов, работающего на двух соосных поляризациях (HH-излучение и прием на горизонтальной поляризации, VV-излучение и прием на вертикальной поляризации) и нескольких разнесенных частотах при измерении рассеяния от морской поверхности в двух направлениях: параллельно и перпендикулярно ветру. Способ применим в широком диапазоне скоростей ветра и углах между направлением зондирования и вертикалью от 20-25 до 80-85 градусов со свайных оснований или с судов.

Изобретение относится к радиолокационным методам изучения водной поверхности с целью обнаружения переменных течений. Достигаемый технический результат заключается в том, что способ позволяет идентифицировать переменные во времени и пространстве морские течения, которые на масштабах порядка сотен метров - единиц километров обычно связаны с распространяющимися внутренними волнами. Способ основан на анализе данных наблюдений многочастотным двухполяризационным сверхвысокочастотным радиолокатором, который излучает и принимает обратно рассеянный поверхностью радиосигнал на двух соосных поляризациях (ко-поляризациях) - НН (излучение и прием сигнала на горизонтальной поляризации) и VV (излучение и прием сигнала на вертикальной поляризации) - и на нескольких рабочих частотах в диапазоне от 1 ГГц до 20 ГГц, разнесенных по величине не менее чем в 2 раза. Способ применим в условиях умеренных ветров при углах наблюдения 20-80° от вертикали со свайных оснований или с судов.

Изобретение относится к классу геофизических приборов, предназначенных для исследований, не нарушающих структуры грунта, на глубины от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Достигаемый технический результат - расширение диапазона обрабатываемых значений сигналов, поступающих в ответ на подачу зондирующих импульсов, что позволяет без искажений принимать информацию с различных глубин зондирования, практически исключая искажения, связанные с нелинейностью входных характеристик приемных элементов. Указанный результат достигается за счет того, что устройство содержит передающую часть и приемную часть. Передающая часть включает в себя последовательно связанные высоковольтный источник питания, формирователь зондирующих импульсов и передающую антенну, а приемная часть - последовательное связанные приемную антенну, средство обработки сигналов, средство представления результатов обработки сигналов. Средство обработки сигналов содержит двухканальный аналого-цифровой преобразователь, выходы которого подключены к входам средства объединения канальных сигналов преобразователя для передачи средству представления результатов обработки. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к способам поиска и обнаружения объекта на местности по монохромному цифровому изображению этой местности, например по радиолокационному изображению, формируемому в радиолокаторах с синтезированной антенной. Достигаемый технический результат - увеличение эффективности обнаружения объекта при уменьшении объема вычислений. Сущность способа состоит в том, что всю зону поиска разбивают на неперекрывающиеся участки, представляющие собой квадраты поиска размером Nп×Nп пикселей, в каждом из которых вычисляют один или несколько выборочных моментов иили коэффициентов распределения яркости изображения и сравнивают их с пороговыми значениями. В случае превышения одного или нескольких пороговых значений принимают решение об обнаружении в этом квадрате поиска кандидата на искомый объект или его части и во всех квадратах поиска, в которых принято решение об обнаружении кандидата, проводят его допоиск и уточнение его положения. В качестве выборочного момента и выборочного коэффициента распределения яркости изображения используют коэффициент эксцесса. Размер квадрата поиска Nп выбирают соизмеримым или меньше протяженности искомых объектов, но при условии получения выборки, достаточной для вычисления выборочных коэффициентов распределения яркости в окне поиска. При наличии в РСА нескольких каналов с разным разрешением при обнаружении объектов на этапе поиска используют РЛИ канала с меньшим разрешением, чем на этапе допоиска. Допоиск объекта проводят в пределах квадратов поиска, в которых произошло обнаружение, при их расширении на величину ошибок совмещения РЛИ разных каналов и на размер квадрата обнаружения. Допоиск можно проводить путем оценки выборочных моментов иили коэффициентов распределения яркости РЛИ в скользящем окне в виде квадрата обнаружения размером Nобн×Nобн пикселей. При этом размер квадрата обнаружения Nобн выбирают меньше размера квадрата поиска при условии, что общее число независимых выборок значений яркости РЛИ в квадрате обнаружения образуют достаточную выборку. Пороги для каждого из выборочных моментов можно определить из априорной статистики этих моментов для фрагментов РЛИ фона и РЛИ обнаруживаемых объектов с фоном. 8 з.п. ф-лы, 2 табл.

Наверх