Способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника




Владельцы патента RU 2679547:

Закрытое акционерное общество "ЭЛСИ" (RU)

Изобретение относится к области прикладного телевидения. Технический результат - повышение точности компенсации геометрического шума матричного фотоприемника при изменении времени его экспозиции в процессе информативного облучения. Способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника заключается в предварительной его калибровке путем поочередного равномерного облучения элементов фотоприемной матрицы от источника с низким и высоким уровнем излучения, при этом цифровые значения яркости элементов кадра изображения в процессе калибровки запоминают при минимальном времени экспозиции фотоприемника, задают максимальное время экспозиции при низком уровне равномерной облученности фотоприемника и запоминают в цифровой форме получаемые при этом значения яркости элементов кадра изображения, вычисляют их среднее значение, осуществляют преобразования и запоминают полученные значения яркости, вычисляют коэффициент для устанавливаемого времени t экспозиции фотоприемника, вычисляют значения яркости элементов эталонного кадра изображения и определяют их среднюю яркость, а при информативном облучении фотоприемника с установленным временем экспозиции t формируют выходное изображение. 2 ил.

 

Изобретение относится к области прикладного телевидения, использующего регистрацию отраженного или излученного потока излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне спектра.

Геометрический шум (ГШ) или в английской аббревиатуре FPN-шум (fixedpatternnoise) является для конкретного фотоприемника детерминированной помехой, имеющей две составляющих: аддитивную и мультипликативную. Аддитивная составляющая обусловлена неравномерностью термогенерации носителей заряда в элементах матричного фотоприемника. Мультипликативная составляющая обусловлена неоднородностью чувствительности элементов матричного фотоприемника. Математическая модель, описывающая ГШ, имеет вид линейного уравнения с постоянными коэффициентами: y=kx+b, где y - выходные значения яркости элементов матричного фотоприемника с ГШ, b - аддитивная составляющая ГШ, характеризующая для каждого элемента неравномерность термогенерации, kx - мультипликативная составляющая ГШ. При этом x - исходные значения яркости элементов матричного фотоприемника без ГШ, а k - коэффициенты, характеризующие неравномерность чувствительности для каждого элемента.

С ГШ обычно борются компенсационными методами, заключающимися в вычитании предварительно запомненных значений аддитивной составляющей b и умножением (или делением) на предварительно рассчитанные коэффициенты k компенсации мультипликативной составляющей.

Указанная выше математическая модель используется в известном способе компенсации ГШ, описанном, в частности, на с. 16-23 литературы Л.И. Хромов, Н.В. Лебедев, А.К. Цыцулин, А.Н. Куликов «Твердотельное телевидение. Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах». М., «Радио и связь», 1986 г. Данный способ предусматривает предварительную калибровку матричного фотоприемника, заключающуюся в поочередном равномерном его облучении от источников с низким и высоким уровнем излучения. Получаемые при этом значения яркости элементов кадров изображений y1 для низкого и y2 для высокого уровня облученности фотоприемника запоминают. Затем рассчитывают коэффициенты k, характеризующие относительную чувствительность элементов фотоприемника по формуле k=y2/m2, где m2 средняя яркость изображения y2. При информативном облучении фотоприемника производят компенсацию ГШ в получаемых при этом цифровых значениях y яркости элементов кадра, формируя выходные значения яркости x элементов кадра по обратному выражению математической модели ГШ х=(y-b)/k, причем, b=y1. Недостатком данного способа является низкая точность при работе в увеличенном динамическом диапазоне изменения сигнала.

В качестве наиболее близкого аналога изобретения принят способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника, описанный на с. 3, 4 статьи авторов Д.С. Брондз, Е.Н. Харитонова, «Коррекция геометрического шума МФПУ с помощью аппроксимации методом наименьших квадратов передаточных характеристик матрицы полиномом Т-порядка» // Журнал радиоэлектроники, 2008, №11. Данный способ также основан на использовании рассмотренной выше математической модели ГШ. По данному способу предусматривается нахождение коэффициентов к из системы уравнений с двумя неизвестными: y1=kx1+b и у2=kx2+b. При этом x1=m1 и x2=m2 - исходные значения яркости элементов матричного фотоприемника без ГШ при равномерном низком и высоком уровне облученности элементов фотоприемной матрицы, соответствующие средним значениям яркости m1 и m2 изображений y1 и y2. Из рассмотренной выше системы уравнений следует значение k=(y2-y1)/(m2-m1).

Суть компенсации ГШ по известному способу сводиться к следующему. Проводится предварительная калибровка матричного фотоприемника, выполняемая путем поочередного равномерного его облучения от источников с низким и высоким уровнем излучения. Получаемые при этом цифровые значения яркости элементов кадров изображений y1 для низкого и y2 для высокого уровня облученности фотоприемника запоминают и рассчитывают средние значения яркости m1 и m2 для изображений y1 и y2, соответственно. Далее для каждого элемента матричного фотоприемника рассчитывают значения коэффициентов k по формуле k=(y2-y1)/m2-m1). При информативном облучении фотоприемника производят компенсацию ГШ в получаемых при этом цифровых значениях y яркости элементов кадра, вычисляя выходные цифровые значения x яркости элементов кадра изображения по формуле x=(y-y1)/k+m1.

Недостатком данного способа является низкая точность компенсации ГШ фотоприемника при времени экспозиции (накопления), отличном от времени экспозиции, использованном в процессе калибровки. Низкая точность обусловлена тем, что, например, при увеличении времени t экспозиции фотоприемника в процессе его информативного облучения в пределах рабочего диапазона экспозиций tмин≤t≤tмакс относительно минимального времени экспозиции tмин, использованного в процессе калибровки, возникает ошибка компенсации ГШ. Ошибка компенсации ГШ в свою очередь объясняется тем, что аддитивная составляющая ГШ прямо пропорциональна времени накопления. На изображении (б) ошибка компенсации проявляется в виде помехи - зернистой структуры. При этом, чем больше задаваемое время накопления t, тем больше ошибка компенсации и заметнее помеха.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности компенсации геометрического шума матричного фотоприемника.

Технический результат заявляемого технического решения выражен в повышении точности компенсации ГШ при изменении времени экспозиции в процессе информативного облучения матричного фотоприемника.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа компенсации геометрического шума матричного фотоприемника, включающего предварительную его калибровку путем поочередного равномерного облучения элементов фотоприемной матрицы от источника с низким уровнем и высоким уровнем излучения, запоминании в цифровой форме значений яркости элементов кадра изображения y1 для низкого и элементов кадра изображения y2 для высокого уровня облучения, вычислении средних значений m1 и m2 яркости элементов в кадрах изображений y1 и y2, соответственно, вычислении для каждого элемента кадра коэффициентов по формуле

и формировании при информативном облучении из получаемых в цифровой форме значений яркости y элементов кадра изображения цифровых значений яркости выходного изображения x в соответствии с выражением

согласно изобретению для повышения точности, в процессе калибровки запоминают цифровые значения яркости элементов кадра изображения y1 при минимальном времени экспозиции фотоприемника tмин. Задают максимальное время экспозиции tмакс при низком уровне равномерной облученности фотоприемника и запоминают в цифровой форме получаемые при этом значения яркости элементов кадра изображения yмакс. Вычисляют их среднее значение. Осуществляют преобразования и запоминают полученные значения яркости элементов кадров изображений x2 и x1. Вычисляют коэффициент а для устанавливаемого времени t экспозиции фотоприемника в пределах tмин≤t≤tмакс, вычисляют значения яркости элементов эталонного кадра изображения y0 и определяют их среднюю яркость m0, а при информативном облучении фотоприемника с установленным временем экспозиции t. Формируют выходное изображение X и анализируют его.

Для достижения указанного выше технического результата предложен способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника, включающий предварительную его калибровку путем поочередного равномерного облучения элементов фотоприемной матрицы от источника с низким и высоким уровнем излучения, запоминании в цифровой форме значений яркости элементов кадров изображений y1 и y2, для низкого и для высокого уровня облучения, соответственно, вычислении средних значений m1 и m2 яркости элементов в кадрах изображений y1 и y2, соответственно, вычислении для каждого элемента кадра коэффициентов k по формуле

и получении в цифровой форме значений яркости элементов кадра изображения y в процессе информативного облучения и формировании цифровых значений яркости выходного изображения x в соответствии с выражением

в котором с целью повышения точности цифровые значения яркости элементов кадра изображения y1 в процессе калибровки запоминают при минимальном времени экспозиции фотоприемника tмин, задают максимальное время экспозиции tмакс при низком уровне равномерной облученности фотоприемника и запоминают в цифровой форме получаемые при этом значения яркости элементов кадра изображения yмакс, вычисляют их среднее значение, осуществляют преобразования по формулам

Запоминают полученные значения яркости элементов кадров изображений x2 и x1. Вычисляют коэффициентапо формуле для устанавливаемого времени t экспозиции фотоприемника в пределах tмин≤t≤tмакс

Вычисляют значения яркости элементов эталонного кадра изображения y0 по формуле

и определяют их среднюю яркость m0, а при информативном облучении фотоприемника с установленным временем экспозиции t формируют выходное изображение X в соответствии с выражениями X=x-y0+m0, если t≠tмин и X=x, если t=tмин.

Структурная схема системы, реализующая предлагаемый способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника представлена на фиг. 1.

Позиции:

1 - объектив;

2 - инфракрасная камера (ИК-камера);

3 - устройство видеозаписи;

4 - компьютер.

Объектив 1, оптически связан с матричной ИК-камерой 2, последовательно подключенной к устройству видеозаписи 3 и компьютеру 4.

Способ осуществляется следующим образом.

Поток излучения проходит через объектив 1 и попадает на фотоприемник ИК-камеры 2. Время экспозиции t задается в ИК-камере 2 в пределах tмин≤t≤tмакс. Значения t, tмин,, tмакс вводятся в компьютер 4 в ручном режиме. Калибровка камеры осуществляется при t=tмин. Получаемые при калибровке изображения y1, умакс при низкой температуре абсолютно черного тела (АЧТ) и y2, при высокой температуре АЧТ последовательно преобразуются ИК-камерой 2 в электрический сигнал, который в свою очередь преобразуется в цифровую форму устройством видеозаписи 3 и последовательно передается на компьютер 4. Переданные в компьютер 4 исходные цифровые значения яркости элементов изображений y1, y2, yмакс, а также значения t, tмин и tмакс обрабатываются программным путем с целью вычислении средних значений m1, m2 и mмакс яркости элементов в кадрах изображений y1, y2 и yмакс, преобразования по формулам x1=(y2-y1)k+m1 и x2=(y2-yмакс)k+mмакс а также получения значений коэффициентов а по формуле: a=(t-tмин)/(tмакс-tмин). Затем программным путем вычисляются значения яркости элементов y0 эталонного изображения по формуле: y0=ах2+(1-а1 и определяется их средняя яркость m0. При информативном облучении с временем экспозиции t в компьютер 4 вводится изображение со значениями яркости элементов y, которые обрабатываются программным путем с целью формирования выходных цифровых значений яркости элементов изображения X в соответствии с выражениями X=x-y0+m0, если t≠tмин и X=x, если t=tмин.

Выходные цифровые значения яркости элементов изображения X отображаются на экране дисплея компьютера 4.

На фиг. 2 представлено исходное, содержащее ГШ (a), и результирующие изображения, полученные по способу-аналогу (б) и по заявляемому способу (в) при времени экспозиции tмин=3 мс в процессе калибровки фотоприемника и времени экспозиции t=6 мс в процессе информативного облучения. В изображении, полученном по способу-аналогу (б), видна помеха в виде зернистой структуры. В изображении, полученном по заявляемому способу (в), зернистость значительно уменьшена. Справа от изображений представлены соответствующие им осциллограммы строк с одинаковыми номерами, иллюстрирующие существенное снижение помехи при реализации заявляемого способа по сравнению со способом-прототипом.

Изображения для низкого и высокого уровня облучения фотоприемников в процессе калибровки фотоприемника могут быть получены, например, путем последовательной съемки матричной ИК-камерой изображений излучателя по модели АЧТ при его низкой и высокой температуре. Фиксация изображений в компьютере может осуществляться через стандартное устройство видеозаписи, например, типа AverEZCapture фирмы AverMedia, подключаемое к PCI- шине компьютера. Результирующее изображение может быть получено, например, путем программирования в среде стандартного пакета MATLAB или путем создания специализированной программы, например, в среде С++.

Способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника, заключающийся в предварительной его калибровке путем поочередного равномерного облучения элементов фотоприемной матрицы от источника с низким и высоким уровнем излучения, запоминании в цифровой форме значений яркости элементов кадров изображений y1 и у2 для низкого и для высокого уровней облучения соответственно, вычислении средних значений m1 и m2 яркости элементов в кадрах изображений y1 и у2 соответственно, вычислении для каждого элемента кадра коэффициентов k по формуле: k=(y2-y1)/(m2-m1), получении в цифровой форме значений яркости элементов кадра изображения y в процессе информативного облучения и формировании цифровых значений яркости выходного изображения х в соответствии с выражением x=(y-y1)/k+m1, отличающийся тем, что цифровые значения яркости элементов кадра изображения y1 в процессе калибровки запоминают при минимальном времени экспозиции фотоприемника tмин, задают максимальное время экспозиции tмакс при низком уровне равномерной облученности фотоприемника и запоминают в цифровой форме получаемые при этом значения яркости элементов кадра изображения yмакс, вычисляют их среднее значение, осуществляют преобразования по формулам x1=(y2-y1)k+m1 и x2=(у2макс)k+mмакс и запоминают полученные значения яркости элементов кадров изображений х2 и х1, вычисляют коэффициент a=(t-tмин)/(tмакс-tмин) для устанавливаемого времени t экспозиции фотоприемника в пределах tмин≤t≤tмакс, вычисляют значения яркости элементов эталонного кадра изображения у0 по формуле у0=ах2+(1-а1 и определяют их среднюю яркость m0, а при информативном облучении фотоприемника с установленным временем экспозиции t формируют выходное изображение X в соответствии с выражениями Х=х-у0+m0, если t≠tмин и X=x, если t=tмин.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области телевидения, в частности к управлению ориентацией мобильной видеокамеры для съемки двигающихся спортсменов. Техническим результатом является обеспечение регулировки ориентации первой мобильной видеокамеры для съемки пары спортсменов, двигающихся по игровому полю.

Изобретение относится к области телевидения, в частности к управлению ориентацией мобильной видеокамеры для съемки двигающихся спортсменов. Техническим результатом является обеспечение регулировки ориентации первой мобильной видеокамеры для съемки пары спортсменов, двигающихся по игровому полю.

Изобретение относится к системе замещения зеркал для транспортного средства. Система замещения зеркал для транспортного средства содержит устройство захвата изображений, устройство отображения изображения, водительский датчик, рабочий контроллер и контроллер устройства захвата изображений.

Изобретение относится к системе обеспечения дополнительного обзора водителю транспортного средства, построенную на основе видеокамер. Техническим результатом является устранение слепых зон для водителя транспортного средства.

Изобретение относится к системе обзора вокруг транспортного средства. Технический результат заключается в обеспечении в реальном времени информации о состояние рядом с транспортным средством, когда задержка возникает в беспроводной связи между бортовым и терминальным устройствами.

Изобретение относится к системе обзора вокруг транспортного средства. Технический результат заключается в обеспечении в реальном времени информации о состояние рядом с транспортным средством, когда задержка возникает в беспроводной связи между бортовым и терминальным устройствами.
Изобретение относится к средствам видеонаблюдения. Технический результат заключается в повышении качества обработки водеопотока.

Изобретение относится к области систем безопасности и наблюдения. Технический результат – расширение арсенала технических средств в части обнаружения тревожных траекторий движения объектов, за счет задания графических примитивов.

Изобретение относится к области видеонаблюдения, в частности к обработке видеоинформации с камер видеонаблюдения для отслеживания движущихся объектов в реальном времени или при просмотре архивного видео.

Изобретение относится к области видеонаблюдения, в частности к обработке видеоинформации с камер видеонаблюдения для отслеживания движущихся объектов в реальном времени или при просмотре архивного видео.

Изобретение относится к датчику изображения и устройству захвата изображения. Техническим результатом является предоставление датчика изображения, который может значительно сократить время, затрачиваемое для того, чтобы вывести от датчика изображения сигналы, необходимые для управления приводом устройства захвата изображения, такие как сигналы обнаружения фокуса.

Изобретение относится к области телевидения, в частности к управлению ориентацией мобильной видеокамеры для съемки двигающихся спортсменов. Техническим результатом является обеспечение регулировки ориентации первой мобильной видеокамеры для съемки пары спортсменов, двигающихся по игровому полю.

Изобретение относится к области вычислительной техники для отображения видеоданных. Технический результат заключается в повышении эффективности отображения видеоданных от множества источников видеосигналов на дисплее.

Изобретение относится к области моделирования и калибровки устройства формирования изображений. Технический результат – улучшение технологии моделирования для устройства формирования изображений.

Изобретение относится к системе обзора вокруг транспортного средства. Технический результат заключается в обеспечении в реальном времени информации о состояние рядом с транспортным средством, когда задержка возникает в беспроводной связи между бортовым и терминальным устройствами.

Изобретение относится к системам создания искусственной окружающей среды с эффектом присутствия. Система отображения содержит область просмотра, ограниченную по меньшей мере частично стеной, имеющей отверстие, экран дисплея, установленный на стене и расположенный над отверстием, проектор и съемную панель, выполненную с возможностью предоставления доступа к проектору из области просмотра через стену.

Изобретение относится к панорамному телевизионному сканированию, которое выполняется компьютерной системой при помощи телевизионной камеры цветного изображения на основе «кольцевого» фотоприемника, изготовленного по технологии приборов с зарядовой связью (ПЗС).

Изобретение относится к панорамному компьютерному наблюдению, которое выполняется цветной телевизионной камерой кругового обзора в области, близкой к полусфере, т.е.

Изобретение относится к телевизионной технике и ориентировано на использование в телевизионных камерах, выполненных на базе матричных фотоприемников, которые изготовлены по технологии приборов с зарядовой связью (матриц ПЗС).

Изобретение относится к области видеосъемки. Технический результат – создание видеокамеры с увеличенной функциональностью за счет отсутствия необходимости использования внешних вычислительных систем и сетевой инфраструктуры для обработки и анализа видеоизображения.

Изобретение относится к автомобильной системе формирования изображения. Заявленный автомобиль содержит каркас и автомобильную систему формирования изображения, поддерживаемую каркасом и включающую в себя камеру, включающую в себя объектив и датчик изображения, имеющий разреженный массив цветных фильтров.

Изобретение относится к области прикладного телевидения. Технический результат - повышение точности компенсации геометрического шума матричного фотоприемника при изменении времени его экспозиции в процессе информативного облучения. Способ компенсации геометрического шума матричного фотоприемника заключается в предварительной его калибровке путем поочередного равномерного облучения элементов фотоприемной матрицы от источника с низким и высоким уровнем излучения, при этом цифровые значения яркости элементов кадра изображения в процессе калибровки запоминают при минимальном времени экспозиции фотоприемника, задают максимальное время экспозиции при низком уровне равномерной облученности фотоприемника и запоминают в цифровой форме получаемые при этом значения яркости элементов кадра изображения, вычисляют их среднее значение, осуществляют преобразования и запоминают полученные значения яркости, вычисляют коэффициент для устанавливаемого времени t экспозиции фотоприемника, вычисляют значения яркости элементов эталонного кадра изображения и определяют их среднюю яркость, а при информативном облучении фотоприемника с установленным временем экспозиции t формируют выходное изображение. 2 ил.

Наверх