А.В. Коренной¹, А.А. Кожевников², Е.А. Ященко³

1−3 ВУНЦ ВВС «Военно-воздушная академия им. профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)

Постановка проблемы. Широкое применение телевизионных и тепловизионных систем привело к необходимости совместного (комплексного) использования полученных в разных участках оптического диапазона изображений видимого и инфракрасного диапазонов, что повышает их информативность. Такой подход наиболее актуален при наличии естественных мешающих факторов (слабая освещенность, погодные условия, дефокусировка объектива и др.) или мер специального воздействия (дымовые завесы, аэрозоли и другие маскирующие эффекты). В таких условиях требуются дополнительные меры по повышению качества и информативности формируемых изображений. Причем эти меры должны быть комплексными, учитывающими свойства изображений в различных диапазонах. Возможным подходом к комплексному решению задачи восстановления искаженных изображений видимого и инфракрасного диапазонов является байессовский метод восстановления случайных полей, который предполагает наличие априорной информации об исходных изображениях.

Цель. Проанализировать возможность повышения качества и информативности искаженных оптических изображений видимого и инфракрасного диапазонов на основе их комплексной обработки.

Результаты. Предложено для решения задачи комплексной обработки изображений видимого и инфракрасного диапазонов представить эти изображения в виде двухкомпонентных случайных полей и воспользоваться методом оптимального восстановления случайных полей на основе байесовского подхода. С целью повышения качества восстановления искаженных изображений использован принцип микроперемещений формируемых изображений в плоскости регистрирующих устройств. Получены выражения для двухкомпонентного вектора комплексной оценки изображений видимого и инфракрасного диапазонов и для корреляционной матрицы ошибок. Построена структурная схема двухканального устройства комплексной обработки, реализующего синтезированный алгоритм комплексирования. Проведено его имитационное моделирование для определения эффективности функционирования синтезированного алгоритма. Выполнено статистического моделирования и получены комплексные оценки изображений в видимом и инфракрасном диапазонах, которые свидетельствуют о вполне удовлетворительном качестве восстановления искаженных изображений за счет микроперемещений формируемых изображений. Показано, что при комплексной обработке специфические особенности изображений того или иного диапазона проявляются на обоих восстановленных изображениях. Поведена количественная оценка эффективности функционирования алгоритма комплексирования изображений различных частотных диапазонов с использованием двух показателей: 1) дисперсии ошибки восстановления − для оценки качества; 2) энтропия полутонового изображения − для оценки информативности. На основе сравнительного анализа этих показателей с аналогичными, полученными при раздельной обработке изображений, сделан вывод о снижении дисперсии ошибки восстановления и приросте информативности.

Практическая значимость. Разработанный алгоритм совместной обработки изображений различных частотных диапазонов может быть использован в двухканальной оптико-электронной системе видимого и инфракрасного диапазонов для повышения качества и информативности формируемых изображений.

Коренной А.В., Кожевников А.А., Ященко Е.А. Комплексная обработка изображений видимого и инфракрасного диапазонов // радиотехника. 2021. Т. 85. № 4. С. 77−88. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202104-09

1. Патент №2273036 (РФ) по Заявке № 2003125383, опубликование 27.03.2006. Бюл. № 9. Патент РФ ОАО «ТКС-Оптика». Способ создания семейства комплексированных систем наблюдения распознавания и прицеливания, на основе семейства универсальных объективов и комплексированная система для его реализации. / Мельников Г.С., Донцов Г.А., Попов А.С., Ошарин А.А., Серов И.Н., Снурницына Н.Б., Архипова Л.Н., Гальперн Л.А., Тарабукин В.В., Васильев Е.А., Белобородов В.П., Козырева Т.А.
2. Мельников Г.С., Клишо Н.А., Самков В.М., Солдатов Ю.И., Панков Э.Д., Коротаев В.В. Метод реализации режима сверхразрешения при комплексировании субмиллиметрового и ИК-диапазонов на двух диапазонных QWIP матрицах // Известия вузов. Серия Приборостроение 9. 2008. 288 с.
3. Кидряшкин В.В., Сосулин Ю.Г. Автоматическое совмещение радиолокационного изображения с оптическим изображением и цифровой картой местности // Успехи современной радиоэлектроники. 2010. № 10. С. 59−71.
4. Василенко Г.И., Тараторин А.М. Восстановление изображений. М.: Радио и связь. 1986. 304 с.
5. Коренной А.В., Кожевников А.А., Ященко Е.А. Влияние движения регистрирующего устройства на процесс формирования неподвижного изображения в системах технического зрения // Радиотехника. 2020. № 1. С. 67−73.
6. Ярбус А.Л. Роль движения глаз в процессе зрения. М.: Наука. 1965. 166 с.
7. Коренной А.В. Обнаружение, распознавание и определение параметров образов объектов. Методы и алгоритмы / Под  ред. А.В. Коренного. М.: Радиотехника. 2012. 112 с.
8. Коренной А.В., Кожевников А.А., Ященко Е.А. Моделирование оптических изображений в инфракрасном и видимом диапазонах // Радиотехника. 2020. № 12. С. 5−12.
9. Коренной А.В., Кожевников А.А., Ященко Е.А. Определение показателей качества и информативности комплексных радиолокационных изображений при многочастотном зондировании земной поверхности // Радиотехника. 2018. № 11. С. 28−37.