350 rub
Journal Nonlinear World №9 for 2010 г.
Article in number:
Improvement Quality of Radio Images
Authors:
A.Yu. Zrazhevsky, A.V. Kokoshkin, E.P. Novichihin, S.V. Titov
Abstract:
Methods for the improvement of the spatial resolution [1] are very important in the processing and restoration of image quality. In particular, the pictures obtained by antennas operating in the millimeter wave band have restricted resolution due to small antenna dimensions. Here, a method for the improvement of thermal radio image quality in the millimeter wave band is discussed. The theory of upward filtration is applied in the processing of the Fourier spectrum of the image. It is known [1] that the ef-fect of antennae in receiving a radio image is to produce a modulation (filtration) of the spatial spectrum of the image. Thus, for the improvement of the spatial resolution, we consider an approach based on a knowledge of the hardware function system (HFS) used in receiving the radio image. By knowing the HFS and the Fourier spectrum of an etalon image one can restore the spatial spectrum of the original image and hence the picture of the detected object. Numerical simulation is used to demonstrate the effectiveness of the proposed approach. The spectrum of etalon image allows eliminating of spurious amplitudes in the spectrum of restoring image. These spurious amplitudes arise in the recovering procedure due to division by small numbers. Amplitudes in the small regions of the etalon spectrum are used in order to establish a threshold criterion for amplitudes of the recovering spectrum and to determine filter parameters. The subsequent filtration allows one to eliminate moiré in the resultant image and significantly enhance the spatial resolution. Numerical simulation is firstly used to deteriorate optical image in full analogy with the real radio image [2]. Different values of the restoring filter (Gauss filter) width ∆ are used to estimate the influence of inaccuracies in the determination of the HFS. The difference between the restored image and the original image is small if ∆=0.95-1,05∆0 Here ∆0 is the degradation filter width corresponding to original form. The restoration of the image is almost impossible if ∆>1.2∆0 or ∆<0.8∆0. So, the acceptable error in the restoring filter width is approximately not higher than 10%. The improvement of image quality is still possible in this case. Concerning the investigation of the noise effect, a model noise is added to the image in such a way that noise influences each pixel independently. The noise has normal (Gauss) distribution and varied standard deviation from the mean. The noise effect is insignificant if «signal to noise» ratio > 30 dB. The quality of the restoring image notably decreases if «signal to noise» ratio < 25 dB. The influence of the image scale was also investigated. The spatial resolution is not changed significantly if the scale difference between restoring image dimensions and etalon image dimensions is in the range 0.3-1.5. However the contrast range of the image is changed in this case. Numerical simulation shows that filtration of spurious amplitudes of Fourier spectrum of the restoring image based on usage of the etalon spectrum and on a knowledge of the HFS receiving the radio image (with 10% accuracy) permit improve the spatial resolution of image if signal-to-noise ratio is more than 25 dB. The proposed method of image restoration allows one to improve the image quality.
Pages: 582-589
References
  1. Infrared and Millimeter Waves. V.4: Millimeter Systems / edited by J. Button, J.S.Wilts. New York. AcademicPress. 1981.
  2. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера. 2005.
  3. Пирогов Ю.А., Гладун В.В., Тищенко Д.А., Тимановский А.Л., Шлемин И.В., Джен С.Ф.Сверхразрешение в системах радиовидения миллиметрового диапазона // Журнал радиоэлектроники (http://jre.cplire.ru), 2004. №3.
  4. Бейтс Р., Мак-Доннел М. Восстановление и реконструкция изображений / Пер. с англ. Б.С. Кругликова и С.Л. Ярославского/ под ред. Л.П. Ярославского. М.: Мир. 1989.
  5. Зражевский А.Ю., Кокошкин А.В., Новичихин Е.П., Титов С.В. Метод улучшения пространственного разрешения радиоизображений в миллиметровом диапазоне волн // Сб. докл.III Всеросс. научно-технич. конф. «Радиолокация и радиосвязь». Москва. 2009. Т. 1. С. 213-215. http://jre.cplire.ru/jre/library/3conference/pdffiles/r019.pdf)
  6. Pirogov Yu.A., Gladun V.V., Krivoruchko V.I., Kulikov A.P., Tychko A.P., Tischenko D.A. 11-element linear array of sensors for passive radio-imaging systems of 8-mm wave range. Proc.SPIE. «AeroSense-98». Orlando. FL. USA. Apr.13-17. 1998. P. 81-83.
  7. Пытьев Ю.П. Математические методы интерпретации эксперимента. М.: Высшая школа. 1998.
  8. Новейшие методы обработки изображений / под ред. А.А. Потапова. М.: Физматлит. 2008.
  9. Применение цифровой обработки сигналов / под ред. Э. Оппенгейма / пер. с англ. под ред. А.М. Разанцева.М.: Мир. 1980. (Applications of Digital Signal Processing. Allan V. Oppenheim, Editor, New Jersey, 1978).
  10. Зражевский А.Ю., Голунов В.А, Смирнов М.Т., Новичихин Е.П., Лоскутов В.С., Ермаков Д.М. Поляризационные радиотепловые портреты различных объектов в миллиметровом диапазоне волн // Изв. вузов. Радиофизика. 2005. Т. 48. № 10-11.
    С. 917 - 925.
  11. Зражевский A.Ю., Кокошкин А.В., Новичихин Е.П. Моделирование метода улучшения пространственного разрешения радиотепловых портретов различных объектов в ММ диапазоне волн // Тез. докл. XVI Междунар. конф. «Радиолокация и радиосвязь». Москва. 2008. С. 280 - 285.
  12. Зражевский A.Ю., Кокошкин А.В., Новичихин Е.П. Метод улучшения пространственного разрешения радиотепловых портретов в миллиметровом диапазоне волн // Труды Всеросс. семинара по радиофизике миллиметровых и субмиллиметровых волн. Н. Новгород. 2009
  13. Голунов В.А., Загорин Г.К., Зражевский А.Ю., Розанов Б.А., Соколов А.В., Черная Л.Ф.Пассивная радиолокация на миллиметровых волнах // Вопросы перспективной радиолокации. М.: Радиотехника. 2003. С. 393 - 463.
  14. Зражевский A.Ю., Голунов В.А., Гапонов С.С., Новичихин Е.П., Терентьев Е.Б., Чернушич А.П. Особенности и возможности поляризационного стереорадиовидения в ММ диапазоне волн // Радиотехника. №5. 2006. С. 19 -29.