CC BY
105
CREA TION OF SYSTEM OF VIDEO ANALYTICS
V.L. Tokarev, D.A. Abramov
Questions of creation of system of video analytics for recognition of emergency situations are investigated. The method of allocation of images with moving objects is offered.
Key words: video analytics system, allocation of moving objects.
Tokarev Vyacheslav Leonidovich doctor of technical science, docent, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Abramov Dmitry Alexandorovich, postgraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University.
УДК 681.7.06
ПАРАЛЛЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ ТЕПЛОВИЗОРОМ
Е.В. Филиппова, Т.А. Акименко, А.Ю. Смирнов
Определен спектр сигнала на выходе тепловизора с известными конструктивными параметрами тепловизора с параллельным сканированием и параллельной обработкой сигналов
Ключевые слова: тепловизор, обработка сигналов, параллельное сканирование, модулятор.
Тепловизионные приборы, предназначенные для наблюдения объектов по их собственному излучению, для преобразования оптического сигнала ИК-диапазона в электрический сигнал используют принцип оптико-механического сканирования (ОМС) или электронное сканирование. В тепловизорах первого типа используются одноэлементные или многоэлементные ИК приемники излучения (ПИ) мгновенного действия, а в тепловизорах второго типа в качестве ПИ используются ИК видиконы, пирико-ны, и матричные приемники излучения (фокальные матрицы), работающие в режиме накопления зарядов и основанные на различных физических принципах.
При параллельной обработке сигнала необходимо задать характеристики полезного сигнала, и фона и определить сигнал или спектр сигнала на выходе тепловизора с известными функциональной схемой и конструктивными параметрами и характеристиками. [1,2] В качестве примера рассмотрим тепловизор с параллельным сканированием и параллельной
обработкой сигналов, функциональная схема которого представлена на рисунке 1.
Рисунок 1. Функциональная схема тепловизора с параллельным сканированием, параллельной обработкой сигналов и параллельной разверткой изображения.
На рис.1. изображено: 1 - оптическая система; 2 - блок оптикомеханического сканирования; 3 - линейка ПИ; 4 - система охлаждения; 5 -электронный блок; 6 - линейка светодиодов; 7 - блок оптикомеханического сканирования; 8 - окуляр.
Модельное описание такого тепловизора, как объекта проектирования, в линейном приближении представлено в виде структурной схемы на рис. 2.
Рисунок 2. - Структурная схема модельного описания тепловизора с параллельным сканированием, параллельной обработкой сигналов и параллельной разверткой изображения
На рис.2. изображено: 1 - источник сигнала; 2 - оптическая система; 3 - оптический фильтр; 4 и 10 - пространственные фильтры; 5 - идеализированный ПИ; 6 и 9 модуляторы; 7 и 8 - временные фильтры; 11 - генератор шума.
Следует отметить, что в силу сделанного допущения о линейности, преобразование сигнала и аддитивного шума ПИ в данной модели произ-
277
водится в отдельных параллельных каналах. Определяющей особенностью тепловизора с параллельным сканированием является то, что закон сканирования для этого случая представляется системой параметрических уравнений вида [1]
rect
( tЛ V T1J
* Vxt
® — comb
Tk
( 1 Л V Tk J
jyv = const
а модулирующая функция определяется выражениями
m(xv, yv, t ) = mi (yv )m2 (t),
mi (yv ) = — comb
y
m2 (t ) = rect
( t Л V Tl J
ґ \ yv
T VTy J
1
rect
® — comb
Tk
i \ Уу_
T VTy J
t
Tk
k
С учетом выше изложенного сигнал на выходе модулятора (поз.6) структурной схемы, изображенной на рис. 2, может быть представлен в виде выражения
+ ¥ + ¥
и (ху, уу, і) = кхшх (уу) І |Ен (х - ху, у' - уу, і)Япн (х, у)йх йу =
— ¥ —¥
kl[EH (xv, yv,t ) * H пи (xv, yv )]m1(yv ) = u (xv, yv,t )щ(yv)
2 / \ где ki =p sin saSxmATMe jta (l)
31?(1;T)
3T
Ti
dl - коэффициент, числен-
но равный амплитуде ДЦМ полезного сигнала от объекта без учета линейных искажений, которые вносят звенья тракта тепловизора; * - символическое обозначение операции взаимной корреляции.
С учетом линейных искажений, которые вносит реальный ПИ и электронный тракт тепловизора, сигнал после модулятора 9 описывается как
и2(ху,Уу>1 Ыи1 (ху,Уу,1)® Н(*)® нэ(*)]т2(*).
Полезную составляющую сигнала на выходе ВКУ можно представить выражением вида
¥
ьВ(x1,Уl,I) = ^ВАВ \и2(ху,Уу,I)нв(х1 - ху,У1 - Уу )^у ,
тт i \ i (Xi yi Л
гДе HB (x1, Уі )^— rect
cd V c d
импульсный отклик прямоугольных
площадок светодиодов, каждая из которых имеет размеры ей = АВ .
О
¥
С учетом выше описаных формул выражение можно представить следующим образом
¥ ¥
Ьв(хъУьг) = 8вАв ! !и(ух,туу,г)нв(х1 - Ух,т,у1 - у,)*
( \ ( \ r \ Си. \
* — comb Уу rect Уу rect t —comb t -1
T V Ty nTy V y J VTJ T v Tk j
dyvdt
Более наглядным для целей анализа является выражение для пространственно-временного спектра сигнала. Если вычислить трехмерное преобразование Фурье от выражения и пренебречь уширением спектра, обусловленного конечными размерами поля наблюдения, то получим
LB = (vx , vy ,v )= k2 H B (vx, vy )*
* I U
m,n=-¥
m
x VxTk ’ y
'X? 7'
n
T ’ y
v
m
T
k
Ht
\
v
m
vxVx +------
Tk J
/ \ m
vxVx +-------
v Tk J
¥ —¥
¥
где k2 =
SBAB
УхТкТу
С учетом инерционности зрительной системы человека, которая характеризуется передаточной функцией вида
Нзр(,К+о т .
1 +1 2рт зр
Выражение Ьв приближенно можно представить следующим образом
~В (ух,Уу, V)= к2нв (,х,Уу )*
\
н, (,хух )н э (Ух^х )Н зр (V)'
‘ I U
m,n=-¥
А ^
n m
vx, vy--------, v-------
x y Ty Tk
у ;
Полученное выражение учитывает тот факт, что за счет пространственной и временной дискретизации входного оптического сигнала в спектре появляются дополнительные составляющие, которые при несоблюдении условия теоремы Котельникова приводят к необратимой потере информации. Это иллюстрируется рисунком 3, на котором изображено сечение пространственно-временного спектра сигнала на выходе тепловизора.
Аддитивный шум, который присутствует в выходном изображении, обусловлен в основном шумом ПИ, который обычно принимают гауссовским. Преобразование шума ПИ в тракте тепловизора в принятом модельном описании нижней ветвью структурной схемы тепловизора, как объекта проектирования, изображенной на рис. 2. Генератор шума 10 на этой схеме
характеризует шум ПИ. Можно показать, что спектр мощности шума в изображении на экране ВКУ описывается следующим выражением
2
(ух,Уу, У) = ——к2~И (ух^х )ИВ (ух,Уу ) |Иэ (ух^х | |Изр (у) .
ЧУу 0 ' ' '
1
где Ууо = — - частота пространственной дискретизации по координате у;
Ту
Ри (ух^х) - Фурье-образ от нормированной корреляционной функции шума ПИ.
Рисунок 3. Сечение пространственно-временного спектра сигнала
на выходе тепловизора
Таким образам, представлена функциональная и структурная схема тепловизора с параллельным сканированием, параллельной обработкой сигналов и параллельной разверткой изображения, получено выражение для пространственно-временного спектра сигнала.
Список литературы
1. Красильников Н.Н. Теория передачи и восприятия изображений: Теория передачи изображений и ее приложения. М.: Радио и связь, 1986. 248 с.
2. Логвиненко А.Д. Чувственные основы восприятия пространства. М.: МГУ, 2005. 223 с.
Филиппова Екатерина Вячеславовна, аспирант, [email protected]. Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Акименко Татьяна Алексеевна, канд. техн. наук, доцент, ШпШп[email protected].ги, Россия, Тула, Тульский государственный университет
Смирнов Алексей Юрьевич, магистр, уоитеп1001@,2таИ. сот, Россия, Тула, Тульский государственный университет
PARALLEL SIGNAL THERMAL IMAGERS
E.V. Filippova, T.A. Akimenko, A.Y. Smirnov
The spectrum of the signal at the output of the thermal imager with known structural parameters of the thermal imager with a parallel scan and parallel signal processing
Key words: thermal imaging, signal processing, parallel scanning, the modulator.
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, postgraduate, kisskin ahk.ru. Russia, Tula, Tula State University
Akimenko Tatiana Alekseevna, candidate of technical science, docent, tan-ta^l^maUm, Russia, Tula, Tula State University,
Smirnov Aleksey Yurievich, master, voumen1001@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University.
