Гаврилюк Андрій Іванович. Збільшення ймовірності розпізнавання в оглядових телевізійних системах

brief description

Гаврилюк Андрій Іванович. Збільшення ймовірності розпізнавання в оглядових телевізійних системах : Дис... канд. наук: 05.11.07 2008

Гаврилюк А.І. Збільшення ймовірності розпізнавання в оглядових телевізійних системах. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.07 оптичні прилади та системи. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2007.
Дисертаційна робота вирішує наукову задачу збільшення ймовірності розпізнавання оглядової телевізійної системи (ОТС) шляхом узгодження параметрів основних компонентів системи.
Розглянуто процес перетворення інформації від об‘єкта спостереження до очей спостерігача в ОТС, яка складається із об‘єктива, матричного приймача випромінювання (МПВ), електронного тракту та дисплею. Для дослідження ймовірності розпізнавання об‘єкта запропоновано використовувати двовимірний критерій Джонсона.
Обґрунтовано математичну модель ОТС з метою визначення ймовірності розпізнавання. Сформульовано загальні вимоги до математичної моделі. Для побудови повної математичної моделі системи «об‘єкт атмосфера ОТС спостерігач» розглянуто моделі окремих компонентів цієї системи. Отримано аналітичний вираз для модуляційної передавальної функції МПВ.
На основі розробленої математичної моделі ОТС отримано аналітичні вирази для деяких узагальнених характеристик системи. Розроблено методику розрахунку порогового потоку ОТС, яка спостерігає об‘єкт на нерівномірному фоні. Встановлено, що пороговий потік залежить як від дальності до об‘єкта, так і від дисперсії та розмірів флуктуацій яскравості фона. Отримано вираз для розрахунку ймовірності розпізнавання зображення об‘єкта на екрані дисплея, в основі якого лежить двовимірний критерій Джонсона. Дослідження цього виразу показало, що збільшити ймовірність розпізнавання можна за рахунок зменшення розмірів пікселів МПВ і збільшення фокусної відстані об‘єктива. Показано, рідкокристалічний (РК) дисплей має переваги перед дисплеєм з електронно-променевою трубкою (ЕПТ).
Розроблено метод та експериментальний стенд для вимірювання ймовірності розпізнавання об‘єкта ОТС з КР дисплеєм та дисплеєм з ЕПТ. При проведенні експериментальних досліджень було використано тест-об‘єкт у вигляді зменшеної моделі автомобіля. Експериментально підтверджено достовірність запропонованої математичної моделі ОТС.

В дисертаційній роботі вирішена наукова задача збільшення ймовірності розпізнавання зображення об’єктів, отриманих за допомогою оглядової телевізійної системи, шляхом розробки рекомендацій по узгодженню параметрів основних компонентів системи.
На основі проведених досліджень зроблені наступні висновки:
1. З відомих методик визначення ймовірності розпізнавання зображення, рекомендується використовувати «піксельну» модель, тобто визначати ймовірність розпізнавання по кількості пікселів матричного приймача випромінювання, на яких знаходиться зображення об‘єкта.
2. При моделюванні оглядової телевізійної системи слід розглядати два випадки, коли система функціонує як контрастно-обмежена система або як система, що обмежена шумами. Розраховуючи для цих випадків смугу пропускання просторових частот системи «оглядова телевізійна система оператор», можна визначити просторове розділення оглядової телевізійної системи. Менша із них і визначає дійсне просторове розділення оглядової телевізійної системи.
3. Вважається, що оглядова телевізійна система є лінійною та інваріантною. Застосування до такої телевізійної системи теорії просторового і часового спектрального аналізу дозволяє визначити модуляційну передавальну функцію системи як добуток модуляційних передавальних функцій окремих складових системи об‘єктива, матричного приймача випромінювання, електронної системи обробки відеосигналу, дисплею. Досліджено процес перетворення інформації в системі «об‘єкт атмосфера оглядова телевізійна система оператор».
4. Отримано на базі розробленої математичної моделі оглядової телевізійної системи нові аналітичні вирази. Дослідження цих виразів з метою збільшення ймовірності розпізнавання показало, що:
4.1. Пороговий потік оглядової телевізійної системи при спостереженні об‘єкта на нерівномірному фоні залежить як від параметрів самої системи, так і від флуктуацій яскравості фону та відстані до об‘єкта. Зменшити вплив флуктуацій нерівномірності яскравості фону рекомендується досягти за рахунок просторової фільтрації шляхом зменшення миттєвого поля зору.
4.2. Запропоновано вираз для визначення ймовірності розпізнавання, який дозволяє шляхом вибору параметрів та характеристик елементів системи моделювати оглядову телевізійну систему по критерію максимальної дальності розпізнавання. З результатів аналізу прикладів моделювання оглядових телевізійних систем, рекомендується збільшувати ймовірність розпізнавання за рахунок використання матричного приймача випромінювання з меншими розмірами пікселя матричного приймача випромінювання і об‘єктива з більшою фокусною відстанню при дотриманні необхідних вимог до енергетичних характеристик до цих елементів.
4.3. Рекомендовано використовувати в оглядовій телевізійній системі замість дисплея з електронно-променевою трубкою рідкокристалічний дисплей.
5. Експериментально підтверджено достовірність запропонованої математичної моделі оглядової телевізійної системи. Розроблено методику та експериментальну установку для вимірювання ймовірності розпізнавання. В процесі розробки стенду та проведення експериментальних досліджень було отримано ряд рекомендацій і висновків:
5.1. Слід уникати передискретизації відеосигналу в телевізійній системі. Якщо ж використовується система з оцифровуванням аналогового відеосигналу, необхідно вибирати пристрій обробки відеозображення з розділенням захвату зображення рівним або кратно більшим за розділення відеосигналу, який надходить з телевізійної системи.
5.2. Дисплей повинен мати розділення рівне або кратно більше за розділення відеосигналу на виході пристрою обробки відеозображення.
6. Результати дисертаційної роботи рекомендується використовувати при проектуванні телевізійних систем різного призначення, в тому числі у військовій справі, на оптико-електронних підприємствах України.