Збільшення імовірності виявлення об’єктів малого розміру в оптично-електронних системах кругового огляду

Abstract

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, 2011. Дисертація присвячена вирішенню наукової задачі підвищення імовірності автоматичного виявлення об’єктів малого розміру за умов присутності фонів із неоднорідним розподілом яскравості випромінювання в оптично-електронних системах кругового огляду. Ця задача вирішена шляхом застосування узгодженої нелінійної фільтрації у просторі детальних коефіцієнтів розкладу вейвлет перетворення. В дисертаційній роботі розроблено удосконалену математичну модель формування фоноцільової обстановки та поширення випромінювання через оптично-електронний тракт системи із круговим оглядом, яка дає можливість досліджувати процес формування цифрового зображення. Запропоновано новий метод обробки цифрових зображень, який базується на використанні функції повної варіації для дослідження коефіцієнтів розкладу вейвлет-спектру та сформульовані рекомендації щодо адаптації базису вейвлет перетворення до характеристик оптично-електронної системи спостереження та наведення. Представлені результати експериментальних досліджень імовірності автоматичного виявлення об’єктів малого розміру, які спостерігаються на фоні із неоднорідним розподілом випромінювання в оптично-електронних системах кругового огляду.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 – оптические приборы и системы. – Национальных технический университет Украины “Киевский политехнический институт”, Киев, 2011. Диссертация посвящена решению научной задачи повышения вероятности обнаружения малоразмерных объектов в условиях наблюдения на фонах с неоднородным распределением яркости излучения в оптико-электронных системах кругового обзора. Исследованы процессы формирования, прохождения и преобразования сигналов в ОЭСКО с учетом фоноцелевых условий наблюдения и обнаружения объектов малого размера со слабым контрастом. Усовершенствован известный в теории метод автоматического обнаружения объектов, в части анализа сигналов с неоднородным распределением яркости фонового излучения, на основе чего создана новая методика синтеза согласованных с характеристиками систем фильтров для проведения нелинейной обработки. Обосновано применение вейвлет-преобразования для обнаружения объектов малого размера с известными характеристиками распределения яркости излучения. Применяя кратномасштабный метод анализа изображений, при условии использования согласованной с характеристиками ОЭСКО базисной функции, можно добиться устойчивых результатов обнаружения объектов на фонах с неоднородным распределением яркости. Разработана математическая модель описания неоднородного распределения яркости фонового излучения на основе распределения хи-квадрат. Предложенные аналитические выражения положены в основу анализа вероятностных характеристик обнаружения объектов в ОЭСКО. Разработана методика комплексного анализа вероятностных характеристик и параметров оптико-электронного тракта ОЭСКО. В основу методики положено согласование процессов формирования, прохождения и преобразования сигналов в ОЭСКО и требований к ее вероятностным характеристикам посредством минимального контраста наблюдаемых объектов. Посредством комплексного анализа процессов прохождения и преобразования сигналов в ОЭСКО разработан метод комбинированной нелинейной согласованной фильтрации на основе вейвлет-преобразования с применением фильтров Рудіна-Ошера-Фатеми. Обоснована методика адаптивного формирования коэффициента нелинейной фильтрации в зависимости от локальной мощности сигнала, пригодная для аппаратурной реализации. Показано, что использования комплексного метода анализа изображения способно привести к повышению вероятности обнаружения объектов, наблюдаемых на фонах с неоднородным распределением яркости излучения. Исследовано влияние на параметры оптико-электронного тракта ОЭСКО алгоритмов обработки сигналов. Сформированы рекомендации по адаптации 20 базисной функции вейвлет-преобразования к характеристикам ОЕСКО для задач обнаружения малоразмерных объектов с известными характеристиками распределения яркости. Проведен анализ влияния характеристик распределения яркости в излучении фонов на вероятность обнаружения малоразмерных целей, разработана методика сегментации изображения на регионы с нормальным и неоднородным распределением яркости излучения, что позволило создать быстрый и надежный метод автоматического обнаружения независимый от характеристик фонового излучения. Приведены оптимальные характеристики ОЭСКО и их предельные отклонения для задач максимизации вероятности обнаружения малоразмерных слабоконтрастных объектов. Для экспериментальной проверки рассмотренных в диссертации теоретических положений и полученных на их основе методик разработан макет ОЕСКО, методика проведения измерений и стендовая аппаратура. Приведены результаты измерения минимального отношения сигнал/шум и минимального контраста объектов разных размеров, их сравнение с результатами расчётов для макета ОЭСКО подтвердило полученные в диссертации теоретические выводы.

Thesis for the degree of candidate of technical science in specialty 05.11.07 – optical instruments and systems. – National Technical University of Ukraine “Kiev Polytechnic Institute”, Kiev, 2011. The thesis is devoted to the solution of the scientific problem of increasing the probability of automatic target detection in optoelectronic search and track systems for small sized objects in nonuniform clutter. The problem is solved by application of matched nonlinear filtering in the wavelet detail decomposition domain. The improved mathematical model of target environment forming and path in the optoelectronic search and track system is made for the investigation of the process of digital image forming. The new method for image processing which is based on total variation processing of wavelet details decomposition is proposed. The recommendations for adjusting the wavelet basis to the parameters of optoelectronic search and track system are formulated. The results of the experimental studies of the detection probability of small target observed at nonuniform clutter in optoelectronic search and track system are presented.