Способ определения характера движения объекта на кадрах видеопоследовательности
Владельцы патента RU 2737343:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области информационных технологий, а именно к обработке многомерных сигналов, и может быть использовано для обработки изображений или видеопоследовательностей. Техническим результатом изобретения является повышение точности обнаружения на кадрах видеопоследовательности объекта, совершающего периодические или квазипериодические движения. Способ обработки кадров видеопоследовательности для определения характера движения объекта, основанный на определении наличия движения объекта, в котором каждый кадр видеопоследовательности поступает на вход измерителя постоянной составляющей фазоэнергетического спектра строк кадров 1, где измеряется постоянная составляющая фазоэнергетического спектра строки каждого кадра, измеренные значения с выхода блока 1 поступают на вход запоминающего устройства 2, в котором происходит формирование двумерной матрицы размером IxN, где I - количество строк кадра; N - количество кадров видеопоследовательности, с выхода блока 2 на блок выделения периодических импульсов 3 построчно передается матрица, на выходе устройства 3 появляются импульсы с заданными параметрами и поступают на вход оконечного устройства 4, на котором происходит отображение информации о наличии периодического или квазипериодического движения в соответствующих участках кадров. 1 ил.
Изобретение относится к области обработки многомерных сигналов и может быть использовано для обработки изображений или видеопоследовательностей, а также при построении систем технического зрения.
Известен способ обнаружения движущихся объектов, включающий формирование на выходе фотоприемного устройства лазерной локационной системы сигнала, отраженного от объекта, расчет числового значения логарифма отношения правдоподобия гипотез о наличии (отсутствии) в зарегистрированном сигнале периодических последовательностей импульсов, имеющих амплитудно-фазовую модуляцию, расчет числового значения порога различения, сравнение числовых значений логарифма отношения правдоподобия гипотез и порога различения, принятие решения о наличии (отсутствии) сигнала, отраженного от объекта с вращающимися элементами (Козирацкий Ю.Л., Алабовский А.В., Прохоров Д.В., Курьянов И.Ю., Мамаджанян Е.А. Обоснование метода идентификации и селекции воздушного объекта на основе получения и анализа спектральных признаков при вторичной модуляции // Радиотехника, 2017, №9).
Недостатком данного способа, снижающим быстродействие, является большое количество процедур сравнения при принятии решения о наличии (отсутствии) сигнала, отраженного от объекта с вращающимися элементами, а также вычислительная сложность.
Известен способ распознавания типа воздушной цели с турбореактивным двигателем на основе модуляционных признаков, основанный на регистрации отраженного от воздушной цели радиолокационного сигнала и формировании спектрально-доплеровского портрета, расчете положения спектральных составляющих доплеровского портрета, сравнение полученного доплеровского портрета с эталонными спектрально-доплеровскими портретами и принятии решения о типе цели (Надточий В.Н., Аврамов А.В., Антипов В.Н., Янковский В.Т. Алгоритм распознавания типа воздушной цели с турбореактивным двигателем на основе модуляционных признаков // Радиотехника, 2018, №3). Данный способ использует активный способ селекции, а также требует значительных вычислительных ресурсов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ определения движения объекта на основе межкадровых разностей частотных характеристик (Богословский А.В., Жигулина И.В., Копылов О.Е., Яковлев В.А. Определение параметров движения объекта по изображению на основе межкадровых разностей частотных характеристик // Радиотехника, 2010, №5). Он заключается в измерении частотных характеристик изображения по строкам и столбцам и дальнейшем определении их разностей. Недостатком данного способа является низкая вероятность обнаружения на кадрах видеопоследовательности объекта, совершающего периодические или квазипериодические движения.
Техническим результатом изобретения является повышение вероятности обнаружения на кадрах видеопоследовательности объекта, совершающего периодические или квазипериодические движения.
Указанный результат достигается тем, что в известном способе определения характера движения объекта на кадрах видеопоследовательности, включающем формирование видеопоследовательности, измерение частотных характеристик кадров и определение наличия движения объекта, согласно изобретению измеряют постоянные составляющие фазоэнергетических спектров строк каждого кадра, из которых формируют матрицу, выделяют периодически повторяющиеся элементы в ее строках, по наличию которых делают вывод о присутствии, в соответствующих строках кадра объекта, совершающего периодические или квазипериодические движения.
Сущность изобретения заключается в том, что измеряют постоянные составляющие фазоэнергетических спектров строк каждого кадра видеопоследовательности, из которых формируют двумерную матрицу размером I×N, где I - количество строк кадра; N - количество кадров видеопоследовательности, выделяют в строках матрицы периодически повторяющиеся элементы, по их наличию принимают решение о присутствии, в соответствующих строках кадра объекта, совершающего периодические или квазипериодические движения.
Известно, что все тела или совокупности тел, которые совершают периодические движения являются колебательными системами (Элементарный учебник физики, т. 3 под ред Г.С. Ландсберга, М.: Наука, 1985 г. с. 16 - 19). Поэтому согласно изобретению, измеряют постоянные составляющие фазоэнергетических спектров строк каждого кадра, из которых формируют двумерную матрицу размером I×N, где I - количество строк кадра; N - количество кадров видеопоследовательности, выделяют в строках матрицы периодически повторяющиеся элементы и принимают решение о наличии колебательного (вращательного) движения в соответствующих участках кадров. Этим достигается указанный в изобретении технический результат.
Способ определения характера движения объекта на кадрах видеопоследовательности может быть реализован, например, с помощью устройства, структурная схема которого представлена на фигуре, где обозначено: 1 - измеритель постоянной составляющей фазоэнергетического спектра строк кадров видеопоследовательности; 2 - запоминающее устройство; 3 - блок выделения периодических импульсов; 4 - решающее устройство.
Измеритель постоянной составляющей фазоэнергетического спектра строк кадров видеопоследовательности 1 может быть реализован на существующей элементной базе и предназначен для вычисления постоянных составляющих фазоэнергетического спектра строк каждого кадра видеопоследовательности путем построчной обработки значений яркости каждого кадра используя выражение 1:
где ƒm - отсчеты видеосигнала строки, m∈[-M, М]; 2М+1 - количество строк кадра видеосигнала.
Запоминающее устройство 2 предназначено для записи и хранения числовых значений постоянных составляющих фазоэнергетического спектра в виде двумерной матрицы. Этот блок может быть реализован, например, на основе блоков памяти большой разрядности [патент RU, 2384899, С2, МПК G11C 11/34, G11C 29/42, G06F 11/08, опубликовано 10.12.2009 г. www.freepatent.ru/patents/2384899].
Блок выделения периодических импульсов 3 предназначен для поиска периодически повторяющихся элементов в строках матрицы и может быть выполнен на основе схемы с генератором пилообразного напряжения [патент RU, 2305365, С1, МПК H03K 5/156, опубликовано 27.08.2007 г. http://wwwl.fips.ru/wps/portal/IPS_Ru#1543773011636].
Решающее устройство 4 предназначено для принятия решения о наличии в соответствующих строках кадров видеопоследовательности объектов, совершающих периодическое или квазипериодическое движение.
Структурная схема обнаружения объектов на изображениях функционирует следующим образом:
Каждый кадр видеопоследовательности поступает на вход измерителя постоянной составляющей фазоэнергетического спектра строк кадров 1, где измеряется постоянная составляющая фазоэнергетического спектра строки каждого кадра. Измеренные значения с выхода блока 1 поступают на вход запоминающего устройства 2, где происходит формирование двумерной матрицы размером I×N, где I - количество строк кадра; N - количество кадров видеопоследовательности. С выхода блока 2 на блок выделения периодических импульсов 3 построчно передается матрица, по мере получения данных каждой строки, осуществляется поиск периодически повторяющихся элементов, на выходе устройства 3 появляются импульсы с заданными параметрами и поступают на вход оконечного устройства 4, на котором происходит отображение информации о наличии периодического или квазипериодического движения в соответствующих участках кадров в удобном для пользователя виде.
Способ обработки кадров видеопоследовательности для определения характера движения объекта, основанный на определении наличия движения объекта, отличается тем, что каждый кадр видеопоследовательности поступает на вход измерителя постоянной составляющей фазоэнергетического спектра строк кадров 1, где измеряется постоянная составляющая фазоэнергетического спектра строки каждого кадра, измеренные значения с выхода блока 1 поступают на вход запоминающего устройства 2, в котором происходит формирования двумерной матрицы размером IxN, где I - количество строк кадра; N - количество кадров видеопоследовательности, с выхода блока 2 на блок выделения периодических импульсов 3 построчно передается матрица, по мере получения данных каждой строки, осуществляется поиск периодически повторяющихся элементов, на выходе устройства 3 появляются импульсы с заданными параметрами и поступают на вход оконечного устройства 4, на котором происходит отображение информации о наличии периодического или квазипериодического движения в соответствующих участках кадров.
