Способ телевизионной спектральной селекции изображений объектов

Изобретение относится к области телевидения и касается способа телевизионной спектральной селекции. Способ заключается в получении исходных спектрозональных оптических изображений объекта, формировании соответствующих спектрозональных видеосигналов, преобразовании их в цифровую форму, и получении тем самым цифровых кодов соответствующих элементов спектрозональных изображений в виде массива спектральных характеристик S_x,y, сравнении этих цифровых кодов с соответствующими эталонными значениями, и формировании при их совпадении бинарного изображения селектируемого объекта. При этом задают пространственные координаты x=a, y=b интересующего элемента на одном из исходных изображений, запоминают в качестве эталона спектральную характеристику S_x=a,y=b для заданного элемента изображения, при сравнении цифровых кодов проверяют выполнение условия , где ε – априорно заданное пороговое значение, а формирование бинарного изображения селектируемого объекта осуществляют при выполнении данного условия. Технический результат заключается в повышении точности спектральной селекции. 4 ил.

 

Изобретение относится к телевидению, а именно к способам телевизионной спектральной селекции изображений объектов, которая заключается в выделении в телевизионном изображении элементов, имеющих заданную спектральную характеристику. Способ может быть использован при построении телевизионных спектрозональных систем различного назначения, в том числе, предназначенных для технического исследования документов. Известен способ спектральной селекции, описанный, в частности, на с.380 в литературе Быков, Р. Е. Основы телевидения и видеотехники. Учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Радиотехника» направления «Радиотехника» / Р. Е. Быков. М.: Горячая линия–Телеком, 2006. 399с. Данный способ основан на цветовой трансформации спектрозональных изображений, когда на экране цветного монитора совмещают три изображения одного и того же объекта, полученных в трех различных спектральных зонах. При этом каждое из этих изображений предварительно окрашивается в один из основных цветов, например, красный, синий и зеленый. На результирующем изображении объекты, имеющие разные спектральные характеристики окрашиваются в различные условные цвета. Визуально по заданному цвету выделяют элементы изображения, имеющие заданную спектральную характеристику. Однако данный способ не обладает достаточной точностью, поскольку число анализируемых спектральных зон ограничено всего тремя зонами.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ телевизионной спектральной селекции, описанный на с.133-134 в статье Козин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. «Спектрозональное телевидение и тепловидение в задачах селекции и идентификации объектов». Вопросы радиоэлектроники, серия «Техника телевидения». 2013г. Вып.2. С.123-135. Данный способ заключается в получении спектрозональных оптических изображений, имеющих пространственное распределение яркости в n зонах регистрации с интервалами длин волн , где i=1,2…n, а x, y – пространственные координаты, формировании соответствующих спектрозональных видеосигналов , преобразовании их в цифровую форму, сравнении цифровых кодов видеосигналов для каждой последующей и предыдущей зоны регистрации, определении результата сравнения F в соответствии с выражением , получении, тем самым, n-разрядного двоичного кода для соответствующих элементов изображения, что эквивалентно массиву спектральных характеристик , и селекции элементов изображения при совпадении эталонного двоичного кода с зафиксированными значениями двоичного кода F.

Данный способ имеет недостаточную точность спектральной селекции.

Задачей изобретения является повышение точности спектральной селекции.

Технический результат заявляемого технического решения выражен в повышении точности спектральной селекции за счет сравнения формы спектральной характеристики текущего элемента изображения и формы эталонной спектральной характеристики, получаемой путем указания элемента изображения эталонного объекта, при заданной величине допуска ε.

Технический результат достигается тем, что в отличие от известного способа, заключающегося в получении исходных спектрозональных оптических изображений объекта, имеющих пространственное распределение яркости в k зонах регистрации с интервалами длин волн , где i=1,2…k, а x, y – пространственные координаты элементов изображения, причем, x=1,2…j…m, а y=1,2…l…n, где m и n - число элементов изображения, соответственно, по горизонтали и вертикали, формировании соответствующих спектрозональных сигналов , преобразовании их в цифровую форму с запоминанием цифровых кодов соответствующих элементов спектрозональных изображений в виде массива спектральных характеристик , сравнении этих цифровых кодов с соответствующими эталонными значениями и формировании при их совпадении бинарного изображения селектируемого объекта, дополнительно задают пространственные координаты x=a, y=b интересующего элемента изображения, запоминают в качестве эталона спектральную характеристику для заданного элемента изображения, а при сравнении значений цифровых кодов для соответствующих элементов спектрозональных изображений проверяют выполнение условия , где ε – априорно заданное пороговое значение, и формирование бинарного изображения (селекцию) осуществляют в случае выполнения данного условия.

Для достижения указанного выше технического результата предложен способ телевизионной спектральной селекции, включающий получение исходных спектрозональных оптических изображений объекта, имеющих пространственное распределение яркости в k зонах регистрации с интервалами длин волн , где i=1,2…k, а x, y – пространственные координаты элементов изображения, причем, x=1,2…j…m, а y=1,2…l…n, где m и n - число элементов изображения, соответственно, по горизонтали и вертикали, формирование соответствующих спектрозональных видеосигналов , преобразование их в цифровую форму и получение, тем самым, цифровых кодов соответствующих элементов спектрозональных изображений в виде массива спектральных характеристик , сравнение этих цифровых кодов с соответствующими эталонными значениями и формирование при их совпадении бинарного изображения селектируемого объекта, указывают пространственные координаты x=a, y=b интересующего элемента на одном из исходных изображений, запоминают в качестве эталона спектральную характеристику для указанного элемента изображения, при сравнении цифровых кодов проверяют выполнение условия , где ε – априорно заданное пороговое значение, а формирование бинарного изображения селектируемого объекта осуществляют при выполнении данного условия.

Таким образом, при сравнении разности текущих и эталонных цифровых кодов с пороговым значением для каждого элемента изображения осуществляется анализ формы спектральной характеристики. Точность анализа формы зависит от величины априорно задаваемого порогового значения ε. Максимальная точность достигается при минимальном значении ε, которое в свою очередь лимитируется отношением сигнал-шум для данной телевизионной системы.

Спектрозональные изображения для исследуемого документа могут быть получены, например, путем последовательного облучения поля зрения телевизионной камеры светодиодами с различной длиной волны излучения в диапазоне от 400 до 1000нм и фиксации изображений в компьютере через стандартное устройство видеозаписи, например, типа Aver EZ Capture фирмы Aver Media, подключаемое PCI-шине компьютера. В этом случае в качестве телевизионной камеры может быть использована практически любая ПЗС-камера стандартной чувствительности.

При получении эталонных цифровых кодов на одном из зафиксированных изображений, отображаемом на экране монитора, указывают курсором интересующий элемент изображения. Тем самым однозначно определяются пространственные координаты x=а, y=b и, соответственно, эталонная спектральная характеристика из соответствующих спектрозональных изображений.

Затем цифровые коды массива спектральных характеристик обрабатывают в компьютере программным путем в соответствии с выражением , и, в случае выполнения данного условия, элементы изображения, отображаемого на мониторе, помечают условным цветом, выделяют контуром или формируют отдельное бинарное изображение, соответствующее искомым элементам, тем самым, осуществляя спектральную селекцию объектов с заданной спектральной характеристикой.

Результирующее изображение может быть получено, например, путем программирования в среде стандартного пакета MATLAB или путем создания специализированной программы, например, в среде С++.

На фиг.1 приведены примеры изображений объектов, полученных в шести спектральных зонах, соответствующие цифровым кодам элементов спектрозональных изображений для i=1,2,3,4,5,6.

На фиг. 2 слева показано изображение объектов в одной из этих зон с произвольно указанным элементом, имеющим пространственные координаты x=a, y=b (точка 1 на изображении), справа показан результат спектральной селекции (бинарное изображение селектируемых элементов объекта помечено черным).

На фиг. 3 представлена эталонная спектральная характеристика (верхний график), построенная по исходным спектрозональным изображениям для указанного элемента 1, а также спектральная характеристика для селектируемых элементов изображения (нижний график). Цифровые значения на графиках и в таблице окна справа соответствуют яркости указанного элемента изображения в относительных единицах в диапазоне от 0 до 255 для каждой из шести спектральных зон. Как видно из графиков, эталонная спектральная характеристика по форме совпадает со спектральной характеристикой для селектируемых элементов при заданном пороговом значении ε=10.

Изображения представленные на фиг.1-3, получены, в частности, при помощи специальной программы ZONA, написанной в среде С++.

На фиг. 4 приведен пример структурной схемы устройства для реализации заявляемого способа. Устройство содержит объектив 1 и линейку 2 светофильтров, оптически связанных с телевизионной камерой 3, которая последовательно подключена к устройству 4 видеозаписи и компьютеру 5.

Устройство работает следующим образом. Световой поток проходит через объектив 1, в заднем рабочем отрезке которого размещается линейка 2 светофильтров. В простейшем случае линейку 2 светофильтров в заднем рабочем отрезке объектива перемещают вручную, устанавливая светофильтры перед фотоприемником телевизионной камеры 3 последовательно. Тем самым выделяют спектрозональные световые потоки и формируют на мишени фотоприемника пространственное распределение яркости в n зонах регистрации .

Каждое получаемое спектрозональное оптическое изображение последовательно преобразуется телевизионной камерой 3 в электрический сигнал , который в свою очередь преобразуется в цифровую форму стандартным устройством 4 видеозаписи, последовательно вводится в компьютер 5 и обрабатываются программным путем.

Введенные в компьютер исходные цифровые коды элементов n спектрозональных изображений цифровые коды образуют массив спектральных характеристик .

Далее на экран дисплея выводится по выбору одно из введенных спектрозональных изображений. Пространственные координаты x=a, y=b интересующего элемента на исходном изображении задают при помощи перемещаемого по экрану курсора. Программным путем запоминают в качестве эталона спектральную характеристику для указанного элемента, производят сравнение значений и и при выполнении условия , где ε – априорно заданное пороговое значение, осуществляют селекцию элементов изображения.

Проверка условия заключается в последовательном вычитании значений цифровых кодов текущего и эталонного элемента изображения для i=1,2…k (т. е. для всех спектрозональных изображений) и сравнении полученного модуля разности с порогом ε.

Условие считается выполненным, если для данного элемента изображений ни один из получаемых модулей разности не превышает заданной величины порога ε. Изменение величины порога ε обеспечивает изменение точности сравнения спектральной характеристики текущего элемента изображения с эталонной спектральной характеристикой .

Селекция элементов изображения заключается в формировании выходного бинарного изображения в соответствии с выражением .

Выделенные элементы используют для отображения результата селекции на экране дисплея компьютера, как в виде бинарного изображения, так и в виде оконтуренных или «залитых» условным цветом элементов отображаемого спектрозонального изображения.

Способ телевизионной спектральной селекции, заключающийся в получении исходных спектрозональных оптических изображений объекта, имеющих пространственное распределение яркости в k зонах регистрации с интервалами длин волн , где i=1,2…k, а x,y – пространственные координаты элементов изображения, причем, x=1,2…j…m, а y=1,2…l…n, где m и n - число элементов изображения соответственно по горизонтали и вертикали, формировании соответствующих спектрозональных видеосигналов , преобразовании их в цифровую форму, и получении тем самым цифровых кодов соответствующих элементов спектрозональных изображений в виде массива спектральных характеристик , сравнении этих цифровых кодов с соответствующими эталонными значениями, и формировании при их совпадении бинарного изображения селектируемого объекта, отличающийся тем, что задают пространственные координаты x=a, y=b интересующего элемента на одном из исходных изображений, запоминают в качестве эталона спектральную характеристику для заданного элемента изображения, при сравнении цифровых кодов проверяют выполнение условия , где ε – априорно заданное пороговое значение, а формирование бинарного изображения селектируемого объекта осуществляют при выполнении данного условия.