Рабочая программа науки утверждена постановлением Совета Ферганского филиала Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада ал-Хоразмий от 30 августа 2022 года №1

Лекция-7. Многозональные тв системы

План:
7.1. Многозональные ТВ системы
Ключевые слова: телевизионные устройства, искусственные спутники Земли, спектрозональные телевизионные системы.
7.1. Многозональные ТВ системы
Спектрозональные системы служат для одновременного получения информации о распределении лучистого потока в двух или более зонах (областях) спектрального диапазона волн. В этом плане обычная телевизионная система должна быть отнесена к разряду «однозональных» систем. Спектрозональные телевизионные системы (СЗТС) широко используются в космическом телевидении для решения как наблюдательных (обнаружение и опознавание различных объектов на земле и акватории Мирового океана), так и измерительных задач. Применение в СЗТС оптической спектральной фильтрации позволяет увеличивать контраст входных изображений селектируемых объектов.
Наглядным примером таких систем являются системы многозональной съемки поверхности Земли и других планет с аппаратов космического базирования. Принципы построения таких ТВС показан на рис. 7.1. Изображение проецируется в плоскость детектора, состоящего из N однострочных преобразователей на базе ПЗС, где N — число спектральных зон регистрации (обычно N=4...8). Примерный вид спектральных характеристик таких преобразователей вместе со светофильтрами приведен на рис. 7.2.


Рис. 7.1. Многозональная регистратрация

Рис.7.2. Спектральные характеристики подвижного носителя многозональной ТВС

Как видно, они охватывают видимые и инфракрасные участки спектра. Кадровая развертка изображения осуществляется за счет непрерывного движения носи­теля (v,). В том случае, если необходимо иметь одновременно совмещенные сигналы отдельных зон, используют задержку сигналов на время, определяемое скоростью носителя и расстоянием между преобразователями отдельных каналов δ, т. е. , 2 ,.3 ..

Процедуры анализа определяются целевым назначением систем, и как правило, включают:
1). Выбор спектрального диапазона регистрации X_t- числа зон N, спектральных характеристик чувствительности преобразователей (включая зональные фильтры);
2) метризацию рабочего пространства автоматического анализатора, построение решающих правил.
Подход к анализу серии зональных изображений может быть различным. Используют совмещение изображений различных спектральных зон, окрашенных в определенные цвета, и визуальный анализ результирующей картины: аддитивное формирование цветного изображения в условных цветах с применением оптического или телевизионного метода совмещения изображений. Такие способы применяют при анализе аэрокосмических снимков, рентгенодиагностике и других областях.
Анализ многозональных изображений может быть осуществлен методами, аналогичными используемым в колориметрии.
Если аппарат теории функционального анализа, базируется на модели цветового зрения датчики должны отражать кривые спектральной чувствительности модели глаза. Именно это позволяет построить цветовое пространство, а после нормирования найти отображение на плоскости, адекватное ощущениям цветности.
Также спектральные характеристики могут быть представлены и в другом спектральном пространстве, например, они могут охватывать инфракрасную, ультрафиолетовую или другие области. Выбор сила поддиапазонов регистрации и функций (λ) определяется задачами исследований.
Аналогичная ситуация возникает и при сопоставлении чувствительности и разрешающей способности по цветности автоматических классификаторов и глаза человека, имеющих разные спектральные характеристики каналов регистрации. На эту особенность давно обратили внимание биологи, сравнивая чувствительность органов зрения различных животных (чувствительность субъективна и у разных организмов различна).
При оценке цветовых ощущений удобно использовать равноконтрастные диаграммы цветности, расстояния между точками на которых соответствуют степени различения в цветовых ощущениях. При построении автоматических систем, чувствительных к спектральным параметрам светового поля, в большинстве случаев отсутствует необходимость базироваться на различиях, адекватных цветовым ощущениям.
Изучение цветовых (трехзональных) характеристик таких изображении, как микропрепараты, цветные фотографии, изображения реальных объектов, наблюдаемых через толщу атмосферы (аэрокосмическая съемка), и др., показывают, что существенное влияние на цвет объектов оказывают не идентичность характеристик основы, на которой расположены микропрепараты, оптические свойства среды, расположенной между исследуемыми объектами и телевизионной системой. В ряде случаев к аналогичным изменениям цвета приво­дят разброс в длительностях технологических фаз изготовления изображений, времени и условий их хранения (микропрепараты), а также непостоянство во времени спектрального состава и нестабильность светового потока источника освещения. Нестабильность сигналов на выходе преобразователей изображений является следствием временной нестабильности и шумов цветоделенных каналов и других побочных факторов. В процессе автоматической классификации с использованием цвета или спектральных компонентов в качестве признаков вследствие указанных причин появляются ошибки в классификации.
Если отмеченные воздействия оказывают одновременное и коррелированное влияние на цвет всех элементов исследуемого изображения, то одним из способов уменьшения ошибок может явиться использование центрированных оценок (т₁ т₂) — координат измеренных относительно цветности определенных (эталонных) участков изображения. В биологической микроскопии ими могут быть цветность фона микропрепарата при телевизионной съемке в атмосфере или воде — цветность эталонных зондов или других объектов. При создании спектрозональных систем для экологического цветность эталонных зондов или других объектов. При создании спектрозональных систем для экологического мониторинга водных и воздушных сред с целью измерения концентрации посторонних веществ можно использовать оценки, адекватные концентрации поглощающего вещества (рис.7.3).

Рис.7.3. Пример цветовых характеристик

Таким образом, выбор рабочего пространства многозональных анализаторов изображения определяется задачами исследования или измерения. Связь между свойствами рабочего пространства анализатора и физическими характеристиками изучаемых сцен устанавливается ее характеристиками для каждой конкретной системы. При проведении однотипных исследований используют стандартизацию этих характеристик.

Принципиальной особенностью всех телевизионных устройств (многозональных сканеров) для систем ДЗЗ, отличающей их от других средств наблюдения Земли в оптическом диапазоне, является высокая фотометрическая точность измерений световых потоков в спектральных каналах, доходящая до единиц процентов. Помимо высокого отношения сигнал/шум, необходимого для реализации этих требований, должна быть обеспечена наземная и бортовая калибровка приборов и разработана система эталонированных средств и методов измерений. В НИИ-380, г. Ленинград в течение многих лет для этих целей создавалась и поддерживалась необходимая метрологическая база.
Для наземной отработки приборов и методик наблюдений Луны и планет и в особенности для систем ДЗЗ были созданы экспериментальные самолетные комплексы. На базе самолета АН-2 — комплексы «Фотосканер-1, -2, -3 , -4» для работы с геологическими и лесными службами (рис.7.4), и 24-канальный комплекс «АГРОС» для самолета-лаборатории ТУ-134СХ (рис.7.5).

Рис.7.4. Трехканальное сканирующее устройство высокого разрешения на ПЗС (1980 г.)


Рис.7.5. Самолетный 24-канальный комплекс АГРОС