CC BY
11
УДК 621.397.13
М.А.Калитов
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ СПЕКТРОЗОНАЛЬНОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ДЛЯ
ЦВЕТОВОЙ СЕЛЕКЦИИ ОБЪЕКТОВ
Рассматривается метод дифференциальной спектрозональной визуализации. Проводится компьютерное моделирование метода дифференциальной спектрозональной визуализации применительно к задаче цветовой селекции объектов. В результате получены разностные изображения, иллюстрирующие зависимость цветовой селекции объектов от комбинации зон регистрации.
Ключевые слова: спектрозональная визуализация, обработка спектрозональных изображений, цветовая селекция объектов
Методы спектрозональной визуализации в настоящее время представляют большой интерес, поскольку
позволяют в значительной мере расширить возможности оптико-электронных систем (ОЭС), формирующих изображения в различных диапазонах спектра, за счет извлечения дополнительной визуальной информации о наблюдаемых объектах интереса. В литературе [1-9] достаточно полно представлен арсенал таких методов.
Из перечисленных методов наибольший интерес представляет метод дифференциальной спектрозональной визуализации, заключающийся в формировании дополнительных разностных изображений, соответствующих узким участкам спектрального диапазона, из исходных широкодиапазонных изображений [2], поскольку позволяет получить дополнительную информацию о наблюдаемых объектах без увеличения аппаратных затрат. Это обстоятельство является немаловажным, поскольку в основе идеологии построения ОЭС не в последнюю очередь учитывается принцип минимальной достаточности спектральных каналов, обеспечивающих адекватную оценку ситуации на местности, с учетом наиболее общего критерия оптимальности «стоимость-эффективность».
Сущность метода дифференциальной спектрозональной визуализации заключается в том, что из светового потока в общем спектральном интервале Х^Х^с. оптическим путем выделяют п спектрозональных световых потоков в расширенных зонах регистрации, соответствующих интервалам длин волн Х^Х^^., Х2^Хмакс., •••, Хп-^Хмакс., причем, Х^Х^.^Х^Х,^. . Затем формируют электрические сигналы, пропорциональные яркости света в элементах спектрозональных изображений, и получают соответствующие цифровые коды U1,
U2 ...Un , из которых формируют разностные выходные цифровые коды ивых , = Ui — U 2,
вых 1 Zr
U^k 2 = U2 — U3, •••, Uвъlхn = Un—i — Un, соответствующие узким зонам регистрации Х^Х2, Х2^Х3, ..., Хп-1-Хп [2].
В известной литературе этому методу не уделено достаточного внимания, имеется явный дефицит в опубликованных результатах его моделирования и применения.
Целью данной работы является ознакомление с результатами компьютерного моделирования метода дифференциальной спектрозональной визуализации применительно к задаче цветовой селекции объектов.
Ниже приведены результаты моделирования процессов получения разностных изображений и RGB компонент цветного изображения с целью оценки возможности и целесообразности извлечения из них дополнительной спектрозональной информации рассматриваемым дифференциальным методом.
При моделировании из исходного цветного изображения выделялись RGB компоненты (рис. 1) и формировались разностные изображения: R-G, G-B и B-R (рис. 2). Разностные изображения характеризуются сужением зоны регистрации, что обеспечивает цветовую селекцию объектов в соответствии с их спектральными свойствами.
Действительно, в разностном изображении R-G наблюдается только красный объект, разностном изображении G-B наблюдается желтый и зеленый объект, причем, уровень сигнала от желтого объекта является преобладающим, а разностном изображении B-R наблюдается только синий и зеленый объект, причем, преобладающим является уровень сигнала от синего объекта.
Таким образом, дифференциальный метод может быть использован, в частности, для цветовой селекции объектов при использовании RGB компонент цветного изображения.
Кроме этого формировались разностные изображения R-G-B, G-B-R и B-R-G (рис.3) с дополнительно суженными зонами регистрации. Дополнительное сужение зон регистрации проявляется, в частности, в подавлении сигнала от желтого объекта в зеленой области спектра, и в подавлении сигнала от зеленого объекта в синей области спектра.
Рис. 1. Исходное цветное изображение (слева) и его RGB компоненты
Г*
/
Рис.2. Разностные изображения, полученные из исходных RGB компонент: R-G (слева), G-B (в центре),
B-R (справа)
£0 100 150 200 250 50 109 150 200 250 50 100 150 200 250
Рис.3. Разностные изображения, полученные из исходных КОБ компонент: Я-О-Б (слева), О-Б-Я (в
центре), Б-Я-О (справа)
Выводы
Проведенное моделирование процессов преобразования изображений по дифференциальному методу спектрозональной визуализации [2] показывает дополнительные возможности его эффективного использования с целью расширения сервисных функций телевизионной спектрозональной аппаратуры.
При соответствующем выборе расширенных зон регистрации метод обеспечивает дополнительную возможность цветопередачи визуализируемого объекта.
Применение дифференциального метода для RGB компонент цветного сигнала обеспечивает возможность цветовой селекции визуализируемых объектов.
1. Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С., Сагдуллаев Т.Ю. Спектрозональные методы и системы в космическом телевидении // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Техника телевидения». 2009. № 1. С. 47-64.
2. Сагдуллаев Ю.С., Сагдуллаев Т.Ю. К вопросу выбора зон регистрации в спектрозональном телевидении // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Техника телевидения». 2011. N° 2. С. 20.
3. Быков Р.Е. Основы телевидения и видеотехники: учебник для студентов вузов, обучающихся по специальности «Радиотехника» направления «Радиотехника». М.: Горячая линия—Телеком, 2006. 399 с.
4. Зубарев Ю.Б., Селькин В.В. Перестраиваемый ПЗС датчик в спектрозональной телевизионной системе // Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения». 1980. № 5. С. 30-34.
5. Зубарев Ю.Б., Зайцева З.В., Главач А.А. и др. Оптимизация спектрального фильтра в оптическом звене прикладной телевизионной системы // Техника средств связи. Сер. «Техника телевидения». 1991. № 3. С. 33-41.
6. Козин С.Д., Сагдуллаев Ю.С. Спектрозональное телевидение и тепловидение в задачах селекции и идентификации объектов // Вопросы радиоэлектроники. Сер. «Техника телевидения». 2013. № 2. С. 123-135.
7. Dyer J. et al. Multispectral Imaging in Reflectance and Photo-induced Luminescence modes: A User Manual. The British Museum, 2013. 192 p.
8. Levenson R.M. et al. Multiplexing with Multispectral Imaging: From Mice to Microscopy // ILAR J. 2008. Vol. 49(1). P. 78-88.
9. MacDonald L. et al. Multispectral Imaging of Degraded Parchment // Proc. of "Computational Color Imaging 2013". Springer, 2013. P. 143-157.
References
1. Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S., Sagdullaev T.Yu. Spektrozonal'nye metody i sistemy v kosmicheskom televidenii [Spectrozonal methods and systems in space television]. Voprosy radioehlektroniki, "Tekhnika televideniya"ser., 2009, no. 1, pp. 47-64.
2. Sagdullaev Yu.S., Sagdullaev T.Yu. K voprosu vybora zon registratsii v spektrozonal'nom televidenii [Choice of registration areas in the spectrozonal television]. Voprosy radioehlektroniki, "Tekhnika televideniya"ser., 2011, no. 2, p. 20.
3. Bykov R.E. Osnovy televideniya i videotekhniki: uchebnik dlya studentov vuzov, obuchayushchikhsya po spetsial'nosti "Radiotekhnika" napravleniya "Radiotekhnika" [Fundamentals of television and video: a textbook for university]. Moscow, 2006. 399 p.
4. Zubarev Yu.B., Sel'kin V.V. Perestraivaemyy PZS datchik v spektrozonal'noy televizionnoy sisteme [Tunable CCD sensor in a spectrozonal television system]. Tekhnika sredstv svyazi, "Tekhnika televideniya" ser., 1980, no. 5, pp. 30-34.
5. Zubarev Yu.B., Zaytseva Z.V., Glavach A.A. i dr. Optimizatsiya spektral'nogo fil'tra v opticheskom zvene prikladnoy televizionnoy sistemy [Optimization of the spectral filter in the optical link of an applied Television System]. Tekhnika sredstv svyazi, "Tekhnika televideniya" ser., 1991, no. 3, pp. 33-41.
6. Kozin S.D., Sagdullaev YU.S. Spektrozonal'noe televidenie i teplovidenie v zadachakh selektsii i identifikatsii ob"ektov [Spectro-zone television and thermal imaging in issues of selection and identification of objects]. Voprosy radioehlektroniki, "Tekhnika televideniya" ser., 2013, no. 2, pp. 123-135.
7. Dyer J. et al. Multispectral Imaging in Reflectance and Photo-induced Luminescence modes: A User Manual. The British Museum, 2013. 192 p.
8. Levenson R.M. et al. Multiplexing with Multispectral Imaging: From Mice to Microscopy. ILAR J., 2008, vol. 49(1), pp. 78-88.
9. MacDonald L. et al. Multispectral Imaging of Degraded Parchment. Proc. of "Computational Color Imaging 2013". Springer, 2013, pp. 143-157.
Kalitov M.A. Application of the method of differential spectral visualization for colour selection of objects. The method of differential spectral visualization is considered. A computer simulation of the method of differential spectral visualization in relation to the problem of colour selection of objects is carried out. As a result, the difference images illustrating the dependence of colour selection of objects on the combination of registration zones are obtained.
Keywords: spectral visualization, processing of spectral images, colour selection of objects.
Сведения об авторе. М.А.Калитов — аспирант НовГУ им. Ярослава Мудрого по направлению 11.06.01 — электроника, радиотехника и системы связи, mikhail.kalitov@yandex.ru.
Статья публикуется впервые. Поступила в редакцию 30.08.2018.
