Порівняння якості роботи фільтрів для зменшення шумів зображень тепловізійного каналу оглядових оптико-електронних пристроїв

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorБалахонова, Наталія Олександрівна
dc.contributor.authorМикитенко, Володимир Іванович
dc.contributor.authorПашков, Ростислав Андрійович
dc.date.accessioned2019-12-03T14:47:57Z
dc.date.available2019-12-03T14:47:57Z
dc.date.issued2019
dc.description.abstractenOptoelectronic devices for remote sensing are becoming more common in various fields of science and technology. Taking into account significant reduction in the cost of infrared detectors, thermal imager is increasingly being introduced into the composition of such systems. It essentially increases the functionality of the entire surveillance system, and allows you to work without external lighting and in smoke. Temperature contrasts on an object are oftenly higher than contrasts in the visible range of the spectrum. But the sensitivity of infrared detectors is less than in visible range. Therefore, thermal images have a small signal-to-noise ratio. An obligatory stage of signal processing in a thermal imagers is noise reduction. A standard way to increase the signal-to-noise ratio is to use digital filtering. An obvious simple filtering method is the use of standard filters that have been developed for conventional visible images. But there is a question of the effectiveness of the use of such filters for thermal imaging. The possibility of using standard digital filters to reduce the noise of thermal images is investigated. Filters are implemented by embedded functions in the Mathcad software environment: medfilt (M), wiener2d (M), gaussconv (M), orthosmooth (M), orthosmooth5 (M), centsmooth (M). To evaluate the effectiveness of using filters based on real thermal imaging, statistical metrics MSE, PSNR, SSIM, CC were calculated. Filtered images with additive, pulsed and multiplicative types of noise are considered. Recommendations are given on the use of the considered digital filters for various types of noise. None of the considered filters is recommended to eliminate periodic noise. To eliminate the “salt and pepper” impulse noise, the median filter is most effective. To eliminate the multiplicative noise and noise distributed according to the Gauss law, it is more efficient to use a 3x3 convolution kernel filter. Comparison of filter operation can be applied when designing adaptive filters on microcontrollers to reduce image noise of a thermal imaging channel of surveillance optoelectronic devices. Keywords: thermal imager; digital image processing; Mathcad; median filter; Wiener filter; mask; Daubeci wavelet transform; metrics: MSE, PSNR, SSIM, CC.uk
dc.description.abstractruОптико-электронные приборы дистанционного наблюдения приобретают все большее распространение в различных областях науки и техники. В связи со значительным удешевлением приемников излучения инфракрасного диапазона спектра в состав таких систем все чаще вводят тепловизионный канал. Он существенно повышает функциональные возможности всей системы наблюдения, позволяет работать без внешнего освещения и в дыму. Температурные контрасты на объекте часто выше, чем контрасты в видимом диапазоне спектра. Но чувствительность инфракрасных приемников излучения ниже. Поэтому тепловизионные изображения имеют небольшое отношение сигнал/шум. Обязательным этапом обработки сигнала в тепловизионном канале является уменьшение шумов. Стандартным способом повышения отношения сигнал/шум является применение цифровой фильтрации. Очевидным простым способом фильтрации является использование стандартных фильтров, которые были разработаны для обычных изображений видимого диапазона спектра. Но возникает вопрос эффективности применения таких фильтров для тепловизионных изображений. Исследована возможность применения стандартных цифровых фильтров для уменьшения шумов тепловизионных изображений. Фильтры реализуются встроенными функциями в программной среде Mathcad: medfilt (М), wiener2d (М), gaussconv (М), orthosmooth (М), orthosmooth5 (М), centsmooth (М). Для оценки эффективности использования фильтров на базе реального тепловизионного изображения рассчитаны статистические метрики MSE, PSNR, SSIM, CC. Рассматриваются отфильтрованные изображения при аддитивном, импульсном и мультипликативном типах шумов. Даны рекомендации по использованию рассмотренных цифровых фильтров при различных типах шумов. Ни один из рассмотренных фильтров не рекомендуется применять для устранения периодического шума. Для устранения импульсного шума «соль и перец» наиболее эффективным является медианный фильтр. Для устранения мультипликативного шума и шума, распределенного по закону Гаусса, эффективнее использовать матричный фильтр с ядром свертки 3х3. Выполненное сравнение работы фильтров может быть применено при проектировании адаптивных фильтров на микроконтроллерах для уменьшения шумов изображения тепловизионного канала обзорных оптико-электронных устройств.uk
dc.description.abstractukОптико-електронні прилади дистанційного спостереження набувають дедалі більшого поширення в різних галузях науки і техніки. В зв’язку із значним здешевленням приймачів випромінювання інфрачервоного діапазону спектру до складу таких систем все частіше вводять тепловізійний канал. Він суттєво підвищує функціональні можливості всієї системи спостереження, дає змогу працювати без зовнішнього освітлення і в диму. Температурні контрасти на об’єкті часто є вищими, ніж контрасти у видимому діапазоні спектру. Але чутливість інфрачервоних приймачів випромінювання є нижчою. Тому тепловізійні зображення мають невелике відношення сигнал/шум. Обов’язковим етапом обробки сигналу в тепловізійному каналі є його знешумлення. Стандартним способом підвищення відношення сигнал/шум є застосування цифрової фільтрації. Очевидним найпростішим шляхом фільтрації є використання стандартних фільтрів, які було розроблено для звичайних зображень видимого діапазону спектру. Але виникає питання ефективності застосування таких фільтрів до тепловізійних зображень. Досліджено можливість застосування стандартних цифрових фільтрів для зменшення шумів тепловізійних зображень. Фільтри реалізуються вбудованими функціями в програмному середовищі Mathcad: medfilt(М), wiener2d(М), gaussconv(М), orthosmooth(М), orthosmooth5(М), centsmooth(М). Для оцінки ефективності використання фільтрів на базі реального тепловізійного зображення розраховані статистичні метрики MSE, PSNR, SSIM, CC. Розглядаються відфільтровані зображення при адитивному, імпульсному та мультиплікативному типах шумів. Дано рекомендації щодо використання розглянутих цифрових фільтрів при різних типах шумів. Жоден з розглянутих фільтрів не рекомендується застосовувати для усунення періодичного шуму. Для усунення імпульсного шуму «сіль та перець» найефективнішим є медіанний фільтр. Для усунення мультиплікативного шуму та шуму, розподіленого за законом Гауса ефективніше використовувати матричний фільтр з ядром згортки 3х3. Проведене порівняння роботи фільтрів може бути застосовано при проєктуванні адаптивних фільтрів на мікроконтролерах для зменшення шумів зображень тепловізійного каналу оглядових оптико-електронних пристроїв.uk
dc.format.pagerangeС. 26-35uk
dc.identifier.citationБалахонова, Н. О. Порівняння якості роботи фільтрів для зменшення шумів зображень тепловізійного каналу оглядових оптико-електронних пристроїв / Балахонова Н. О., Микитенко В. І., Пашков Р. А. // Вісник КПІ. Серія Приладобудування. – 2019. – Вип. 57(1). – С. 26–35. – Бібліогр.: 18 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1970.57(1).2019.172018
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/30205
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування, 2019, Вип. 57(1)uk
dc.subjectтепловізорuk
dc.subjectцифрова обробка зображенняuk
dc.subjectMathcaduk
dc.subjectмедіанний фільтрuk
dc.subjectфільтр Вінераuk
dc.subjectмаскаuk
dc.subjectвейвлет-перетворення Добешіuk
dc.subjectметрики: MSE, PSNR, SSIM, CCuk
dc.subjectthermal imageren
dc.subjectdigital image processingen
dc.subjectmedian filteren
dc.subjectWiener filteren
dc.subjectmasken
dc.subjectDaubeci wavelet transformen
dc.subjectmetrics: MSE, PSNR, SSIM, CCen
dc.subjectтепловизорru
dc.subjectцифровая обработка изображенияru
dc.subjectмедианный фильтрru
dc.subjectфильтр Винераru
dc.subjectвейвлет-преобразования Добешиru
dc.subject.udc681.7.013.8uk
dc.titleПорівняння якості роботи фільтрів для зменшення шумів зображень тепловізійного каналу оглядових оптико-електронних пристроївuk
dc.title.alternativeEvaluation of the noise reduction filters for thermal imaging channel of surveillance optoelectronic devicesen
dc.title.alternativeСравнение качества работы фильтров для снижения уровня шума изображений тепловизионного канала обзорных оптико-электронных устройствru
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VRr-B_2019_57_26-35.pdf
Розмір:
1.4 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.06 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 57(1)