Устройство для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности

(22)Заявлено 28.09.81 (2) 330380/18-25с присоединением заявки М -1)1 Й. О 01 Геаудерствекьв 1 кеактет СССР ао аеаам кзебретенкй(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГОНОИАЛИЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЪ ПОДСТ Изоб кой физ но; нап ичес.оваанционного верхностископленийвающих изструктуры ои пом .Ъи,ызы.нои 201 ение относится к те и может быть испол ер, в комплексах ди оиска аномалий морс (нефтяных загрязнен планктона и т.д.), енение пространстве волнения. Известна система дпя обнаружения о изменений пространственной структуры подстилающей поверхности, которая содержит расположенные на одной оп= тической оси лазер с коллиматором, кювету с Фотопленкой, объектив и.уст ройство регистрации, Кадры Фотоплен" ки последовательно вводятся в кювету и освещаются коллимированным лазерным лучом. В задней фокальной плоскости обьектива формируются спектры Винера которые фиксируются регистрирующимемы явтки и устроиством. Недостатком сист ляется низкая скорость обрабо невозможность работы в реалънм масв штабе времени1 1Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому является система для дистанционного обнаружения аномалий пространственной струк- туры подстилающей поверхности, кото", рая содержит последовательно соединенные датчик изображений, формирователь пространственных спектров, блок счи- тывания, вычислительный блок и дисплей, а также блок памяти эталонных спектров соединенный с вычислительным блоком. Система работает следующим обраэом. Входное изображение фиксируется датчиком изображений и поступает в форми рователь спектров, сформированные в оптической. системе спектры Винера фиксируются блоком считывания и регистрации и поступают в вычислительный блок. В вычислительном блоке производится сравнение анализируемого пространственного спектра с различными3 10009 эталонными спектрами, поступающими из блока памяти, и принимается решение о классификации анализируемых спектров. Результаты отображаются на дисплее 1 23Недостатком этой системы является низкая надежность обнаружения аномалий при изменяющихся условиях наблюдения, Например, спектр изображения морской поверхности как Фонового 10 так и аномального) изменяется при изменении характера освещенности, состояния поверхности моря, силы и наг правления ветра и т.д. В области солнечного блика двумерный спектр изоб ражения более вытянут по сравнению со спектром изображения вне блика и его максимальная ось ориентируется по направлению на Солнце,2 ОЦель изобретения - повышение надежности обнаружения аномалий при изменяющихся условиях наблюдения.Поставленная цель достигается тем, что в устройство для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности, содержащее последовательно соединенные датчик изображений, Формирователь пространственных спектров, блок счи- ЗВ тывания, вычислительный блок и дисплей, введены измеритель освещенностей, оперативная память освещемностей, блок сравнения, блок адресации и оперативная память спектров, причем вход измерителя освещенностей соединен с выходом датчика изображений, вход блока оперативной памяти освещенностей соединен с выходом измерителя освещенностей, входы .блока сравнения соединены с выходами оперативной памяти освещенностей и измерителя освещенностей, а выход блока сравнения соединен с входом блока адресации, выход которого соединен с оперативной памятью спектров, вход оперативной памяти спектров соединен с блоком считывания, а выход - с вычислительным блоком.Н чертеже приведена схема системы для дистанционного обнаружения изменений пространственной структуры подстилающей поверхности.Система для дистанционного обнаружения аномалий пространственной структуры подстилающей поверхности содержит последовательно соединенные датчик 1 изображений, состоящий из проекционного объектива и оптически управляемого транспаранта, формирователь 2 пространственных спектров,выполненный в виде оптической схемы,блок 3 считывания, выполненный в виде телекамеры, вычислительный блок 1,выполненный в виде Мини-ЗВИ, дисплей5, измеритель 6 освещенностей на базефотоприемника, оперативную память 7освещенностей, выполненную на приборах с зарядовой связью ПЗС , блок 8сравнения, выполненный в виде схемывычитания, блок адресации 9, оперативную память 10 спектров, выполненную в виде запоминающей электроннолучевой трубки,Вход измерителя б освещенностейсоединен с выходом датчика изображений, вход оперативной памяти освещенностей соединен с выходом измерителяосвещенностей, входы блока сравнениясоединены с выходами измерителя освешенностей и оперативной памятиосвещенностей, а выход блока сравнения соединен с входом блока адресации,выход которого соединен с оперативнойпамятью спектров, Вход оперативнойпамяти 10 спектров соединен с выходом блока считывания, а выходс входом вычислительного блока,Система работает следующим образом. Изображения подстилающей поверхности регистрируются датчиком 1 изображений и поступают в формирователь 2 спектров, Сформированные пространственные спектры изображений регистрируются блоком 3 считывания, а затем поступают в вычислительный блок 4 и блок 10 оперативной памяти спектров. Одновременно измерителем 6 освещенностей регистрируются освещенности подстилающей поверхности в плоскости изображений. Каждая зафиксированная величина освещенности сравнивается в блоке 8 сравнения с опорными значениями, хранящимися в блокеоперативной памяти освещенностей. В этом блоке в режиме накоп" ления фоновой выборки:значения освещенностей, отличающиеся друг от друга на величину, большую порогового уровня, На начальном этапе работы системы в качестве опорного берется первое зарегистрированное значение освещенности. Если разность между текущей величиной освещенности и величиной одной из опорных освещенностей меньше порогового уровня, то прежнее опор5 100097 ное значение освещенности заменяется в блоке 7 оперативной памяти освещенностей текущим значением. Если эта разность больше порогового уровня, то текущая величина освещенности эа поминается в блоке оперативной памяти освещенностей. В режиме накопления фоновой выборки в блоке 10 оперативной памяти спектров с помощью блока 9 адресации запоминаются опорные про О странственные спектры изображений, соответствующие опорным значениям освещенностей. Таким образом, в блоке 10 оперативной памяти спектров хранятся пространственные спектры иэоб ражений подстилающей поверхности при раэлицных освещенностях, соответствующих конкретной метеорологической обстановке. При изменении метеоусловий в блоке 7 оперативной памяти осве-. 20 щенностей запоминаются дополнительные опорные значения освещенностей, а в . блоке оперативной памяти спектров запоминаются соответствующие или опорные пространственные спектры, т,е. 25 система адаптируется и к конкретным условиям.В режиме обнаружения аномалий в вычислительном блоке ч происходит сравнение текущего спектра с одним ЗО из опорных, хранящихся в оперативной памяти 10 спектров. Выбор опорного спектра осуществляется путем вычисления разности текущей освещенности с величинами освещенностей,хранящихся в З 5 оперативной памяти освещенности 7 и выбора с помощью блока 9 адресации спектра, зафиксированного при освещенности минимально отличающейся от текущей. Этот спектр выбирается в ка о цестве опорного при анализе текущего спектра. Сравнение спектров может производиться, например, путем вычис. ления разности их информативных признаков. 45При возникновении на поверхности моря аномалий, вызванных, например, нефтяными пятнами, изменяются спектры изображений соответствующих участков морской поверхности. 50Если различие между информативны" ми признаками текущего и опорного спектров изображений, взятых при одинаковой освещенности больше порогового уровня, то изображение, соответствующее текущему спектру, классифицируется как аномальное. Результат обнаружения отображается на дисплее 65. В противном слуцае изображениеклассифицируется как фоновое.Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет производить обнаружение аномалии прос 1 рранственной структуры подстилающейповерхности при изменяющихся условияхнаблюдения и повысит надежность обнаружения,Изменение характера освещенностиприводит к заметным изменениям пространственных спектров изображенийподстилающей поверхности. Например,переход из зоны солнечного блика вобласть характеризуется налицием теней от облаков, приводит к возникновению контрастов одномерных спектров,Так, для пространственной частоты .М = 0,25 см " контрасты спектровК , "10 15где 1(1) - спектр при наличии облацности;5,(М) - спектр при солнечном2освещении,достигают величин КФ 7-10 дБ. К такимже величинам контрастов для Ф =0,25 см 1приводит к появлению нефтяных пятенна морской поверхности. Это вызываетувеличение ошибок ложной тревоги иделает задачу обнаружения нефтяныхпятен по изменение пространственныхспектров практически неразрешимой.8 том случае, если сравниваютсяспектры изображений, полученные,приодинаковом характере освещенности, из-менение пространственных спектров полностью характеризует изменение пространственной структуры подстилающей4поверхности, Сравнение зксперимен"тальных распределений контрастовспектров изображений частот морскойповерхности 5 п(4) к поверхности снефтяными пятаками(Я) по отношенлнию к среднему эначейию спектров чистом поверхности Р К: 1 пр НП5ф 5,ц,ч)но 2и Р К=-100 -- -приводит исреду.сюн,)ющйм оценкам величины ошибок обнаружения: вероятность ложной тревогиЙрк)1 щ рфк 1 дкт 0%,Ьк100074 Огде 6 к - порог обнаружеййя;Технико-экономическая эффективностьсистемы заключается в повышении надежности обнаружения за счет снижения 10вероятности ложной тревоги приблизительно в б раз, что подтверждаетсяследующим расчетом.При размере облака порядка 2 кмчто характерно для кучевых облаков) 1размере кадра обзора 300 х 300 мвероятность пересечения границы облач":)бзора составит около 0,3,В системе-прототипе при работе в 26таких условиях вероятность ложнойтревоги составит не менее 0,3, таккак каждое пересечение границы будетфиксиройаться как аномалия. В предлагаемой системе вероятность ложной 25тревоги будет определяться контрастомпри заданной вероятности пропускацели; вероятность ложной тревогисоставит, как указыуалось в описании,около 0,05, ЗОТаким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить вероятность тоевоги в б раз, что существенно повышает надежность обнаруженияаномалий подстилающей поверхности. оставитель Е.Городничееехред М, Коштура Корректор А.Дзятко Редактор Е,Пап 0 тираж 708НИИПИ Государственногопо делам изобретений13035, Москва, Ж. РаувПодписн омитета СССР открытийг Ужгород, ул, Проек лиал ППП "П веоаятность пропускания цели Формула изобретенияУстройство для дистанционногО обнаружения аномалий пространственнойструктуры подстилающей поверхности,содержащее последовательно соединенные датчик изображений, формировательпространственных спектров, блок считывания, вычислительный блок и дисплей,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения надежности обнаружения аномалий при изменяющихся условияхнаблюдения, в него введены измерительосвещенностей, оперативная память освещенностей, блок сравнения, блокадресации и оперативная память спектров, причем вход измерителя освещенностей соединен с выходом датчикаизображений, вход блока оперативнойпамяти освещенноствй соединен с выходом измерителя освещенности, входыблока сравнения соединены с выходамиоперативной памяти освещенностей иизмерителя освещенностей, а выходблока сравнения соединен с входомблока адресации, выход которого соединен с"оперативной памятью спектров, вход оперативной памяти спектров соединен с блоком считывания, авыход - с вычислительным блоком.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. "Арр 11 ед Орй 1 сз", ч. 19, 1980,М 15, р. 2497.