Математическая морфология.
Электронный математический и
медико-биологический журнал. - Т. 10. -
Вып. 2. - 2011. - URL:
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/TITL.HTM
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-30-html/TITL-30.htm
http://www.smolensk.ru/user/sgma/MMORPH/N-30-html/cont.htm
УДК
621.391.161
ВОЗМОЖНЫЕ
ПУТИ РАЗВИТИЯ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ОПТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ
СИСТЕМАМИ ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗДУШНЫХ ОБЪЕКТОВ
Ó
2011 г. Жендарев М. В., Якименко И. В.
В данной работе рассмотрены ряд путей развития
существующих амплитудного и корреляционного методов обработки оптической информации,
в частности. амплитудный способ интегрирования сигнала, снятого с четного количества
разнополярных ячеек строки (столбца) матрицы. В его основе лежит интегрирование
четного количества разнополярных ячеек строк (столбцов).
Ключевые
слова: оптико-электронные системы, воздушный объект..
Для обеспечения
своевременного обнаружения воздушных целей, как днем, так и ночью, а также для
повышения живучести зенитных ракетных комплексов необходимо использовать
инфракрасные оптико-электронные обнаружители, работающие в пассивном режиме. Применение
оптико-электронных систем (ОЭС) обнаружения, работающих в пассивном режиме,
может повысить скрытность ЗРК (ЗРС).
Однако такие ОЭС не нашли
широкого применения. Это объясняется:
– сложностью описания излучения атмосферного фона;
– недостаточностью знаний об
излучении воздушных и ложных тепловых целей (ЛТЦ);
– малым энергетическим
контрастом фона и цели;
– недостаточностью дальности
действия ОЭС, из-за трудностей в производстве
высокочувствительных многоэлементных приемников оптического излучения (ПОИ),
работающих при малом энергетическом контрасте фона и цели;
–
узким полем зрения оптических систем (ОС) для использования их в ОЭС разведки. Поскольку
расширение поля зрения ОС ведет к уменьшению фокусного расстояния, а это в свою
очередь ведет к уменьшению кратности ОС, которая определяет дальность действия
ОЭС;
– отсутствием оптимальных
алгоритмов обработки информации, ограничивающих возможности вычислительной
техники, которая должна обеспечивать решение задачи обнаружения в реальном
масштабе времени.
В настоящее время положение
дел меняется к лучшему. Это подтверждается тем, что осваиваются технологии,
способные строить многоэлементные ПОИ
высокой чувствительности, постоянно повышаются возможности вычислительных
средств, предназначенных для решения задач обнаружения в реальном масштабе времени.
Складываются благоприятные условия для создания ОЭС с многоэлементными ПОИ, способными адаптироваться к конкретной фоново-целевой обстановке, в сочетании с комплексированием рабочих диапазонов длин волн. Одной из основных задач синтеза таких систем будет развитие и создание способов обработки оптической информации.
Известны два основных метода обработки
оптической информации в оптико-электронных
координаторах (тепловизорах): амплитудная и корреляционная.
Амплитудную
обработку
применяют в системах, предназначенных для слежения за объектами, температура
которых значительно превышает температуры окружающего фона. Таким образом,
выбор порога, превышение которого указывает на наличие цели на фоне естественных
помех, позволит обнаружить воздушную цель на фоне атмосферных помех.
Корреляционная обработка
возможна в тех случаях, когда тепловой контраст объекта незначителен. Измерение
угловых координат объекта производится сравнением текущего сигнала с эталонным,
который получен априорно.
Перечисленные выше оптико-электронные
обнаружители имеют довольно сложную структуру и требуют либо идеальных величин
контраста, либо большого объема априорной информации об излучении цели и фона.
Кроме
этого, ОЭС разведки должны обладать большим полем зрения, поскольку чем оно
шире, тем динамичнее обзор ответственного сектора пространства (зрение обычного
человека характеризуется полем в 46о). Но с увеличением поля зрения
уменьшается фокусное расстояние, что приводит к уменьшению размеров изображения
цели в фокальной плоскости, что значительно снижает возможность обнаружения
цели. Названные методы становятся еще менее эффективными из-за трудности
наблюдения деталей изображения при широком поле зрения. Сужение поля зрения при
увеличении фокусного расстояния, увеличит изображение цели, но снизит скорость
обзора пространства в ответственном секторе.
Разрешить названные противоречия можно, развивая
существующие и создавая новые методы
обработки оптической информации. Такие методы предполагают математическую
обработку цифрового изображения, снятого с чувствительной матрицы ПОИ, а не использование возможности человеческого
глаза, как это делается в современных ТОВ.
Для развития методов обработки оптической
информации необходимо использовать характеристики излучения фонов и различия излучения фона и цели в оптическом
диапазоне длин волн.
Исходя из вышесказанного, намечается
ряд путей развития существующих амплитудного и корреляционного методов обработки
оптической информации.
Амплитудный
метод можно совершенствовать по нескольким
направлениям одним из которых является способ
интегрирования сигнала, снятого с четного количества разнополярных ячеек
строки (столбца) матрицы. В основе метода лежит интегрирование четного
количества разнополярных ячеек строк (столбцов). Структура предлагаемого интегрального обнаружителя представлена
на рисунке 1.
Принцип
работы обнаружителя заключается в следующем: сигнал с многоэлементного
приемника поступает на устройство записи в буфер растра и масштабирования, в состав
которого входит усилитель и аналогово-цифровой преобразователь. Усилитель
предназначен для усиления входного сигнала по мощности до уровня,
обеспечивающего нормальную работу последующих устройств. Аналогово-цифровой
преобразователь предназначен для дискретизации
по уровню входного аналогового сигнала и преобразования его в цифровую форму
для дальнейшей обработки в устройствах суммирования.
Рисунок 1 −
Структурная схема интегрального обнаружителя, обрабатывающего сигнал, снятый с четного количества разнополярных ячеек
строки (столбца) матрицы
Затем сигнал, содержащий потенциальный рельеф
оптической информации в цифровом виде, попадает в буфер растра, где она
находится в виде матрицы распределения яркости излучения с четным количеством
ячеек по строкам и столбцам. Фрагмент такой матрицы без цели представлен на рисунке
2. Предварительная обработка матрицы заключается в умножении на «–1» в
шахматном порядке чисел, находящихся в ячейках матрицы, по строкам и столбцам.
Фрагмент матрицы после предварительной обработки без цели представлен на рисунке
3.
С выхода суммирующих устройств информация передается
на пороговое устройство. В пороговом устройстве реализован весовой критерий.
При использовании этого метода вывод о наличии цели можно будет сделать при
изменении результата суммирования. Значение суммы при наличии цели будет
отрицательной или положительной, а при отсутствии цели сумма будет близка к
нулю. На рисунках 4 и 5 представлены фрагменты матрицы потенциального рельефа
оптической информации распределения яркости излучения фона при наличии цели до
и после предварительной обработки.
Рисунок 2 −
Потенциальный рельеф оптической информации представлен в виде фрагмента матрицы
распределения яркости излучения фона при отсутствии ВО
Рисунок
3 − Фрагмент матрицы после предварительной обработки информации при отсутствии
ВО
Рисунок
4 − Потенциальный рельеф оптической информации представлен в виде фрагмента
матрицы распределения яркости излучения фона при наличии ВО
Рисунок 5 − Фрагмент матрицы после предварительной
обработки информации при наличии ВО
Плотности вероятности сумм
по строкам (столбцам), полученные в результате проведения предварительного
математического моделирования, представлены на рисунке 6.
Рисунок 6 − Плотности
вероятности сумм с целью и без нее, полученные по результатам предварительного
математического моделирования
Как видно из сравнения
изображений, показанных на рисунках 4 и 5, при использовании предлагаемого
способа отметка ТТО (целей), существует амплитудный контраст цели и фона. Поэтому
оценить их пространственное положение в сегменте полусферы поиска легко.
Полученные результаты предполагается использовать для определения угловых координат,
количественного состава и других характеристик без предварительной подготовки
оператора, что приводит к увеличению информационной способности.
Литература
1. Криксунов Л. Справочник по
основам инфракрасной техники. М., Сов. радио, 1978. 400 с.
POSSIBLE WAYS OF DEVELOPMENT OF WAYS OF PROCESSING OF
THE OPTICAL INFORMATION OPTIKO-ELECTRONIC SYSTEMS OF DETECTION OF AIR OBJECTS
Zhendarev M.V., Yakimenko I.
V.
In
the given work are considered a number of ways of development of existing peak
and correlation methods of processing of the optical information, in particular.
A peak way of integration signa-la, removed from even quantity heteropolar
cells of a line (column) of a matrix. In its basis integration of even quantity
heteropolar cells of lines (columns) lies.
Key words: оptiko-electronic
systems, air object.
Академия войсковой ПВО Вооруженных Сил РФ
им. Маршала Советского
Союза А. М. Василевского, г. Смоленск
Поступила в редакцию 30.03.11.