CC BY
54
УДТС 6?1 397 7
ОЦЬНКА РАЗРЬШ АЮЩ ЬЙ CIIOLObHUC I И ВИДЬОКАМЬР ПО X APAKTFPH Ы M (Ь РА Г F HT А VI ФОРМ ИРУ FM hi X УЗОРРАЖРНИЙ
А. В. Каменский. М. Ю. Маланин,М. И. Курячий
Томский гпсудпрстлр.тшгунивврпмет систем управления и радиол чехтрлтжг,. Tourte, Россия.
Аннотация - В тенденциях развитая современного общества с каждым годом все больше устанавливается и виолптся и эксплуатацию ратичны» камеры пилРАнаблщтня, использующиеся для различные пелен (охранные системы вплеонаблюдения. дорожные камеры фпксаппп правонарушений. камеры контроля качества на производстве и т.д.).
R гиязи с чтпм иге чаще возникает иопрос как и иатуриыт усллтшят оп^нптк качества изображений формируемых видеокамерами. Для этой задачи нами предложена методика опенки разрешающей способности видеокамер по характерным фрагментам изображении. Проведен эксперимент по опенке значении контрагтно-частотныт тарактерпетнк программными средствами с целью опенки разрешающей способности видеокамер по выбранным фрагментам телевизионных изображении.
Ключраыс глаяа: телеипзпоиныр изображения, разрешающая способности, контраетио-частотная характеристика. реиерные объекты.
Т ВВЕДЕНИЕ
Для того чтобы количественно оценить разрешающую способность формируемых видеокамерами изображений. принято считать количество отдельно различимых вертикальных и горизонтальных линий. Таг как яр-кос-ная составляющая имеет более широкий (и 4 ряза} спектр чем цнетокодирующяу. то различают разрешающую способность в канале яркости и цвстоеос разрешение.
Для визуального измерения разрешения видеоизображения используют специальные настроечные тестовые таблицы, я которых изображаются группы линии переменной толщины - «клинья»
Для того чтобы полностью определить разрешение, нам нужно знать не ~исло. а функцию — зависимость контраста между черной и белой линиями от числа линии в кадре, так называемую контрастно-частотнук характеристику (FC4X) которую пезиоляет сформировать программа Tmatest [1 ]
Измерения производились по таблице стандарта ISO 12233. На график- КЧХв программе Imatest по сси ординат (оси Y) отложено значение контраста (1 - 100%, 0,Ь - М)%, 0,3 - 30%), а пс оси абсцисс (оси X) отложена частота следования линий r так называемых «циклах на пиксел» За один цикл принимается пара «черная линия — белая лкния;>. Таким образом, «предельный случай в 1080 TDJI (телевизионная линия)», когда одна линия приходится на один пиксел, соответствует 0,3 цикла на пиксел. Otcicда можно получить выражение для пере-нода числа «циклон на пиксели r TR.ÏÏ [7]
TDJI = (СРР/0,5) * 108С (Предельное разрешение в ТБЛ для камеры зысокой четкости е вертикальном направлении).
Здесь ГРР - число «циклои на пикселу на уротше 0 S
С использсванием программы Imatest была разработана мегодиханзмерення разрешающей спссобностк камеры высокой четкости evidence. JtVidence Apix-bullet / М2 Lite LfcD 3312 - двухмегапиксельная 1F-нидеокамера с ИТС-подсяеткой преднязначенняя для использования r уличных усовиях Качество изображения
которое обеспечивает Evidence Apix-Bullet' М2 Lite LED 3312. отвечает требованиям, предъявляемым к современным системам видсонаблюдсиш-. В ГР-вндсокамсрс EVidcncc имеется встрсснный детектор движения, при-мснясгсн 1Сллоло1ия не давления шум ив (DNR).
П. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ Провести лабораторные и натурные испытания методики измерения разрешающей способности видеокамер. Предложить методику измерения разрешающей способности для стационарно установленных видеокамер по характерным фрагментам реальных изображений.
Ш. ТЕОРИЯ
С помощью программы 1т21е${ сыла разработана методикаизмерения разрешающей способности 1Р-камеры еУк1епсг по таблице стандартаВО 12233, представленной на рис. 1 [3].
ATI Т.
V
I
.g,r TS LJ
^TrrervrEri' I; Г^Ш
UU U»
Рис. 1. üciibiiaicjibHax таблица стандарга ISO 12233 цдл измерения разрешающей способности и четкости телевизионного изображения
В системах обработки и анализа изображений в качестве одного из этапов обработки является предварительная фильтрация, производимая с целью повышения четкости, компенсации смаза. устранения турбулентности и др. Для этого необходимо иметь достаточно точную оценку характеристики искажающей системы — функции расссяння точки (ФРТ). Особенно ваасно решение этой задачи для активно-импульсных телевнзиоино-иы-шсли1е.1ьных. ежлем (API TBC), paooiaicimix в сложных мсаеоуиювиях [4].
В ходе испытании по таблице стандарта ISO 12233 было снято четыре изображения (изображения в фотобоксе с использованием тестовой таблицы, изображение с использованием реперов и два изображения в натурных условия?:).
Данные полученные с использованием тестовой таблицы стандарта ISO 12233. представлены на графике, приведенном на рис. 2.
о.оо
О.СО 5.25 0.50 0.7; Ш
Рис. 2. График КЧХ изображения, положенного с использованием тестовой таблицы
Рассчитав по формуле перевода числа «пиклоз на пиксел> в ТВЛ получим значение в 274.3 ТВ Л. Данное значение будет считаться предельным так, как было получено в идеальных лабораторных условиях.
Далее было получено изображение, отскятое в помещении, в котором заранее были размещены три репер-ных объекта одинакового размера в различных зонах измерения находящихся на разном расстоянии от камеры, которые создавали перепады от черного к белому и фиксировались ПО 1та1е$1 На рис. 3 приведен снимок помещения с искусственными репернымн объектами.
Рис. 3. Снимок помещения с искусственнымиреперами
На рис. 4 приведены графики КЧХ, полученные в ПО Ьпахевх с использованием искусственных реперных объектов.
Рис. 4. График КЧХ изображений полученных с использованием искусственных реперных объектов: 1- стена; 2- колонна; 3- доска
Далее были проведены экспериментальные исследования з натурных условиях (вид на стену спортивного комплекса - рис. 5; вид на грузовые контейнеры - рис. 7.
На данных изображениях были найдены естественные реперные объекты (перепады с темного на светлое). Зависимости КЧХ для этих случаев представлены на рис. б и рис. 8 соответственно.
Рис. 5. Снимок стены спортивного комплекса ТУ СУР
1.*0
Рис. 6. График КЧХ, полученных по изображению спорткомплекса ТУ СУР: 1-окно; 2-сайдинг 1; 3-сайдинг 2; 4-сайдинг 3; 5—труба
Рис. 7. Снимок грузовых контейнеров
Рис. 8 График КЧХ, полученный по изображениям грузового контейнера
IV. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ По результатам экспериментальных исследований построены КЧХ по всем изображения с учетом формулы перевода «цикл на пиксел» в ТВ Л, и получены следующие значения разрешения, которые приведены в табл. 1.
ТАБЛИЦА1
РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЛИЧЕСТВА ТВЛ ПО КЧХ ПО УРОВНЕ 0,5 ОТСНЯТЫХИЗОБРАЖЕНИЙ
Колттестяо ТТШ
Испытательная таблица 274,3
Изображение с использованием реперных объектов Стена 388,5
Колонна 287,3
Доска 302,4
Изображения спортивного комплекса Окно 92,2
Сяй/тинг 1 <05.4
Сайги нг 7 421?
Сайлинг 3 429.В
Труба 486
Изображения грузовых контейнеров 55.3
V. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ При усредненннлолученных результатов видно (табл. 2). чтс реперный объект, расположенный на стене лаборатории. находился ближе остальных, вследствие чего и было получено максимальное разрешение для данного эксперимента. Реперные объекты, расположенные в других областях измерение, также показали результаты. близкие к измерениям, проведенным на тестовой таблице в фотобоксе.
Из результатов, полученных с реальных изображений, снятых в натурных условиях.видно. что измерение по изображениям сайдинга корпуса и трубе, прилегающей е сайдингу. показали результаты приближенные к эксперименту с реперными объектами в помещении.
Эксперимент с изображениями грузовых контейнероз и окном на спорткомплексе не дал приемлемых результатов. Для изображения окна это связано : небольшой областью измерения и его размерами, а в случае с изображениями контейнеров из-за отсутствия приемлемого размера области измерения перепада.
ТАБЛИЦА 2
УСРЕДНЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ КОЛИЧЕСТВА ТВЛ ПО КЧХ ПО УРОВНЕ 0,5 ОТСНЯТЫХИЗОБРАЖЕНИЙ
Количество ТВЛ
Испытательная таблица 271,3
Изображение с ксиоль ¿онанием рсисрных орбьскюв 326,2
Изображения спортивного комплекса ТУ СУР 386,9
Изображения грузовых контейнеров 85,3
VI. ВЫЗОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Использование искусственных и естественных реперных объектов позволяет оценить разрешение видеокамер. не прибегая к их тестированию в лабораторных условиях, но нужно учитывать то. на каком расстоянии должен располагаться репер и егс размеры относительно самого изображения.
2. При измерениях разрешения по реатьным изооражениям с использованием перепадов, расположенных на них. видно, что изображение сайдинга. которым обшиваются многие здания в современных городах, могут бьиь использованы в ь^чссхвс еслесгвенных «рсисрных обьекгов» для измерения разрешения. Более мелкие
объекты, такие как изображение окна и края контейнера, на которых нет большого пространства для выбора области измерения, н поэтому нельзя провести оценку характеристик видеокамер
3. Поскольку оценка качества изображения уличных камер в больших городах является необходимой и востребованной задачей, то данные эксперименты позволят продолжить работу в данном направлении и разработать оптимальную методику для определения разрешающей способности видеокамер.
Исследовательские работы были выполнены при финансовой поддержке.
1. Минобрнаукн Росснн в рамках базовой части государственного задания №2014/225 на 2015 год по НИР «Исследование н разработка методов и средств повышения качества изображений актив н о -импульсных телеви-шонно-вычислительных систем видения в сложных метеоусловиях и малопрозрачных средах» (код проекта 3643).
2. РФФИ в рамках гранта по научному проекту №16-47-700939 «Исследование и разработка методов и средств повышения эффективности активно-импульсных те левн зноино-вычислительных систем мониторинга н обеспечения комплексной безопасности объектов».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каменский А. В.. Маланнн М. Ю. Измерение разрешающей способности в телевизионных изображениях с использованием программных средств // Научная сессия ТУСУР-2014: материалы Веер ос. техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. Томск, 14-16 мая 2014 г.Томск: В-С'пектр. 2014. Ч. 1. С. 79—S1.
2. Iraatest Documentation Ъу Norman Koren. URL: http://www.imatestcот/docs/ (дата обращения: 1.03.2016).
3. Конюхов А. Л..Костевич А. Г., КурячнйМ. И.Определение функции рассеяния точки по характерным фрагментам изображений // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиол лек-гроншш 2012:№ 2(26).С. 116-120.
