Устройство для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности

 

. Союз Советсиыл

Социалистических

Респубпик (1 1).1 ООО974

К АВТО РСКОИУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свих-ву— (22) Заявлено 28. Og. 81 (21) 3340380/18-2g с- присоединением заявки М—

G 01 Ч 1/28 (23) Приоритет—

Геауддрствельл1 камитет

Опубликовано 28. 02. 83.Бюллетень J4 8 ве делам лзебретений и еткрытий (53) УДК 550.83 (088.8) Дата опубликования описания 28.02.83 (72) Авторы изобретения

С.П.Берестнев и В.Г.Бондур (71) Заявитель (g4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО. ОБНАРУЖЕНИЯ

АНОМАЛИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЪ| ПОДСТИЛАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к технической физике и может быть использова" но, например, в комплексах дистан-. ционного поиска аномалий морской по" верхности (нефтяных загрязнений," скоплений планктона и т.д.), вызывающих изменение пространственнои структуры волнения.

Известна система дпя обнаружения изменений пространственной структуры подстилающей поверхности, которая содержит расположенные на одной оп= тической оси лазер с коллиматором, кювету с фотопленкой, объектив и.устройство регистрации. Кадры фотоплен" ки последовательно вводятся s кювету и освещаются коллимированным лазерным лучом. В задней фокальной плоскости обьектива формируются спектры Винера, которые фиксируются регистрирующим устройством. Недостатком системы является низкая скорость обработки и

2 невозможность работы в реалън м масм штабе времени 11

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является система для дистанционного обнаружения аномалий пространственной -структуры подстилающей поверхности, кото", рая содержит последовательно соединенные датчик изображений, формирователь щ пространственных спектров, блок счи-. тывания, вычислительный блок и дисплей, а также блок памяти эталонных спектров, соединенный с вычислительным блоком.

Система работает следующим обраэом.

15 Входное изображение фиксируется датчиком изображений и поступает 6 форми рователь спектров, сформированные в оптической-системе спектры Винера фиксируются блоком считывания и регист о рации и поступают в вычислительный блок. В вычислительном блоке производится сравнение анализируемого пространственного спектра с различными

3 10009 эталонными спектрами, поступающими из блока памяти, и принимается решение о классификации анализируемых спектров. Результаты отображаются на дисплее t 2)

Недостатком этой системы является низкая надежность обнаружения аномалий при изменяющихся условиях наблюдения. Например, спектр изображения морской поверхности (как Фонового 10 так и аномального) изменяется при изменении характера освещенности, состояния поверхности моря, силы и на-. правления ветра и т.д. В области солнечного блика двумерный спектр изоб- 1 ражения более вытянут по сравнению со спектром изображения вне блика и его максимальная ось ориентируется по направлению на Солнце, 2Î

Цель изобретения - повышение надежности обнаружения аномалий при изменяющихся условиях наблюдения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности, содержащее последовательно соединенные датчик изображений, формирователь пространственных спектров, блок счи- З тывания, вычислительный блок и дисплей, введены измеритель освещенностей, оперативная память освещемностей, блок сравнения, блок адресации и оперативная память спектров, причем вход измерителя освещенностей соединен с выходом датчика изображений, вход блока оперативной памяти освещенностей соединен с выходом измерителя освещенностей, входы .блока сравнения соединены с выходами оперативной памяти освещенностей и измерителя освещенностей, а выход блока сравнения соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с оперативной памятью спектров, вход оперативной памяти спектров соединен с блоком считывания, а выход - с вычислительным блоком.

На чертеже приведена схема системы для дистанционного обнаружения изменений пространственной структуры подстилающей поверхности.

Система для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности содержит последовательно соединенные датчик 1 изображений, состоящий из проекционного объектива и оптически управляемого транспаранта, формирователь 2 пространственных спектров, выполненный в виде оптической схемы, блок 3 считывания, выполненный в виде телекамеры, вычислительный блок 4, выполненный в виде Мини-ЗВИ, дисплей измеритель 6 освещенностей на базе фотоприемника, оперативную память 7 освещенностей, выполненную на приборах с зарядовой связью ПЗС, блок 8 сравнения, выполненный в виде схемы вычитания, блок адресации 9, оперативную память 10 спектров, выполненную в виде запоминающей электроннолучевой трубки.

Вход измерителя 6 освещенностей соединен с выходом датчика изображений, вход оперативной памяти освещеиностей соединен с выходом измерителя освещенностей, входы блока сравнения соединены с выходами измерителя освешенностей и оперативной памяти освещенностей, а выход блока сравнения соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с оперативной памятью спектров. Вход оперативной памяти 10 спектров соединен с выходом блока считывания, а выходс входом вычислительного блока.

Система работает следующим образом.

Изображения подстилающей поверхности регистрируются датчиком 1 изображений и поступают в формирователь 2 спектров. Сформированные пространственные спектры изображений регистрируются блоком 3 считывания, а затем поступают в вычислительный блок Й и блок 10 оперативной памяти спектров. Одновременно измерителем

6 освещенностей регистрируются освещенности подстилающей поверхности в плоскости изображений. Каждая зафиксированная величина освещенности сравнивается в блоке 8 сравнения с опорными значениями, хранящимися в блоке 7 оперативной памяти освещенностей. В этом 6похе в режиме saxon" ления фоновой выборки . значения освещенностей, отличающиеся друг от друга на величину, большую порогового уровня. На начальном этапе работы системы в качестве опорного берется первое зарегистрированное значение освещенности. Если разность между текущей величиной освещенности и величиной одной из опорных оснещенностей меньше порогового уровня, то прежнее опор5 1-00097 ное значение освещенности заменяется в блоке 7 оперативной памяти освещенностей текущим значением. Если эта разность больше порогового уровня, то текущая величина освещенности запоминается в блоке оперативной памяти освещенностей. В режиме накопления фоновой выборки в блоке 10 оперативной памяти спектров с помощью блока 9 адресации запоминаются опорные про- 1в странственные спектры изображений, соответствующие опорным значениям освещенностей. Таким образом, в блоке

10 оперативной памяти спектров хранятся пространственные спектры иэоб- 15 ражений подстилающей поверхности при различных освещенностях, соответствующих конкретной метеорологической обстановке. При изменении метеоусловий в блоке 7 оперативной памяти осве-. гь щенностей запоминаются дополнительные опорные значения освещенностей, а в блоке оперативной памяти спектров запоминаются соответствующие или опорные пространственные спектры, т.е. 25 система адаптируется и к конкретным условиям.

В Режиме обнаружения аномалий в вычислительном блоке 4 происходит сравнение текущего спектра:с одним ЗО из опорных, хранящихся в оперативной памяти 10 спектров. Выбор опорного

I спектра осуществляется путем вычисления разности текущей освещенности с величинами освещенностей,хранящихся в 35 оперативной памяти освещенности 7 и выбора с помощью блока 9 адресации спектра, зафиксированного при освещенности минимально отличающейся от текущей. Этот спектр выбирается в ка- 4в честве опорного при анализе текущего спектра. Сравнение спектров может производиться, например, путем вычис. ления разности их информативных признаков. 45

При возникновении на поверхности моря аномалий, вызванных, например, нефтяными пятнами, изменяются спектры изображений соответствующих участков морской поверхности. 50

Если различие между информативны" ми признаками текущего и опорного спектров изображений, взятых при одинаковой освещенности больше порогового уровня, то изображение, соответствующее текущему спектру, классифицируется как аномальное. Результат обнаружения отображается на дисплее

4 6

В противном случае изображение классифицируется как фоновое.

Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет производить обнаружение аномалии пространственной структуры подстилающей поверхности при изменяющихся условиях наблюдения и повысит надежность обнаружения.

Измененrt характера освещенности приводит к заметным изменениям пространственных спектров изображений подстилающей поверхности. Например, переход из зоны солнечного блика в область характеризуется наличием теней от облаков, приводит к возникновению контрастов одномерных спектров, Так, для пространственной частоты . 4 = 0,25 см " контрасты. спектров

К "10 1

S., где 3.1 (1) — спектр при наличии облачности;

S,(М) - спектр при солнечном

2 освещении, достигают величин Кд7-10 дБ. К таким же величинам контрастов для Ф =0,25 см1 приводит к появлению нефтяных пятен на морской поверхности. Это вызывает увеличение ошибок ложной тревоги и делает задачу обнаружения нефтяных пятен по изменение пространственных спектров практически неразрешимой.

В том случае, если сравниваются спектры изображений, полученные, при одинаковом характере освещенности, из- менение пространственных спектров tlOl1 ностью характеризует изменение про странственной структуры подстилающей в поверхности. Сравнение экспериментальных распределений контрастов спектров изображений частот морской поверхности S п(4) к поверхности с нефтяными пятйами 5 „(М) по отношеНП нию к среднему эначейию спектров чистом поверхности P 1 -др НП(5 5,ц,(о) нл (2 и P K=-tORq — — приводит и che4yсюн, „„ ) ющйм оценкам величины ошибок обнаружения: вероятность ложной тревоги

«р(дт „}= р (к1ак=р, Ь к

1000974

Составитель Е.Городничее

Техред М. Коштура Корректор A.Äçÿòêo

Редактор Е.Папп

Заказ 1381/50 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.- Ужгород, ул. Проектная, 4 веоаятность пропускания цели

О где 6к - порог обнаруженйй;

Технико-экономическая эффективность системы заключается в повышении надежности обнаружения за счет снижения 26 вероятности ложной тревоги приблизительно в б раз, что подтверждается следующим расчетом.

При размере облака порядка 2 км (что характерно для кучевых облаков) размере кадра обзора 300х300 м

2ероятность пересечения границы облачюсти при переходе к очередной зоне

2бзора составит около 0,3.

В системе-прототипе при работе в 26 таких условиях вероятность ложной тревоги составит не менее 0,3, так как каждое пересечение границы будет фиксиройаться как аномалия. В предлагаемой системе вероятность ложной 2S тревоги будет определяться контрастом при заданной вероятности пропуска цели; вероятность ложной тревоги составит, как указыуалось в описании, около 0,05. зв Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить вероятность тоевоги в б раз, что существенно повышает надежность обнаружения аномалий подстилающей поверхности.

Формула изобретения

Устройство для дистанционногб обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности, содержащее последовательно соединенные датчик изображений, формирователь пространственных спектров, блок считывания, вычислительный блок и дисплей, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности обнаружения аномалий при изменяющихся условиях наблюдения, в него введены измеритель освещенностей, оперативная память освещенностей, блок сравнения, блок адресации и оперативная память спектров, причем вход измерителя освещенностей соединен с выходом датчика изображений, вход блока оперативной памяти освещенноствй соединен с выходом измерителя освещенности, входы блока сравнения соединены с выходами оперативной памяти освещенностей и измерителя освещенностей, а выход блока сравнения соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с"оперативной памятью спектров, вход оперативной памяти спектров соединен с блоком считывания, а выход - с вычислительным блоком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Applied Optics", v. 19, 1980, < 15, р. 2497.

2. IEEE Transaction, v. 622, И 9, р. 852 (прототип) .