Научная статья на тему 'Сравнение способов оценки ошибки измерения координат изображения точечного объекта при пороговой обработке'

Сравнение способов оценки ошибки измерения координат изображения точечного объекта при пороговой обработке Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
79
18
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРОГОВАЯ ОБРАБОТКА / THRESHOLDING / ТОЧЕЧНЫЙ ОБЪЕКТ / СУБПИКСЕЛЬНАЯ ТОЧНОСТЬ / SUB-PIXEL PRECISION / ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ / CENTER OF GRAVITY / POINT-SOURCE

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Голиков В.В., Брондз Д.С.

Рассмотрены способы оценки среднего значения и дисперсии координат центра тяжести изображения точечного объекта при использовании пороговой обработки. Предложены более точные выражения для оценки среднего значения и дисперсии. Численным моделированием определена максимальная погрешность, получаемая при использовании различных оценок.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Intercomparison of estimation methods of measurement error of point-source image position with thresholding

Methods of mean and variance estimating of centroid position of point-source image with thresholding are considered. More precise expressions for estimating mean and variance are derived. By means of numerical simulation we found a maximal inaccuracy that we get when we use different estimators.

Текст научной работы на тему «Сравнение способов оценки ошибки измерения координат изображения точечного объекта при пороговой обработке»

Телевидение и обработка изображений

УДК 621.397.13

В. В. Голиков

Новгородский государственный университет им. Ярослава Мудрого

Д. С. Брондз ГУП ОКТБ "Омега"

и

Сравнение способов оценки ошибки измерения координат изображения точечного объекта при пороговой обработке

Рассмотрены способы оценки среднего значения и дисперсии координат центра тяжести изображения точечного объекта при использовании пороговой обработки. Предложены более точные выражения для оценки среднего значения и дисперсии. Численным моделированием определена максимальная погрешность, получаемая при использовании различных оценок.

Пороговая обработка, точечный объект, субпиксельная точность, центр тяжести

Современные твердотельные многоэлементные приемники изображения (МПИ), такие, как ПЗС- и CMOS-матрицы, благодаря жесткой геометрической структуре светочувствительных элементов и линейной световой характеристике широко используются для измерения координат изображений объектов с точностью до долей размера элемента матрицы. Наиболее универсальным является алгоритм вычисления координат центра тяжести [1]-[3]1, поскольку он не привязан к форме изображения и обладает высокой точностью. Анализу случайных и систематических ошибок измерения координат центра тяжести, вызванных воздействием шума, применением апертуры ограниченных размеров, пороговой обработки и т. д., посвящено большое количество публикаций. Однако в них для расчета среднего значения и среднеквадратического отклонения (СКО) ошибки используется численное моделирование либо выводятся упрощенные аналитические выражения [1]-[3]. При этом не уделяется достаточного внимания точности приближенных оценок, что особенно актуально для изображений малых размеров, характерных для точечных объектов.

В настоящей статье получены более точные выражения для оценки среднего значения и дисперсии координат центра тяжести изображения объекта при использовании пороговой обработки. Численным моделированием оценена их точность применительно к изображениям точечных объектов с учетом шумов, присущих МПИ. Рассмотрены влияющие на точность факторы.

1 Welch S. S. Effects of window size and shape on accuracy of subpixel centroid estimation of target images // Tech. Paper 3331. USA. NASA. 1993 // http://citeseer.ist.psu.edu/94732.html

© Голиков В. В., Брондз Д. С., 2007 43

Статья является основой для проведения дальнейших исследований, связанных с поиском оптимальной величины порога по критерию минимума дисперсии и среднего значения ошибки измерения координат центра тяжести изображения объекта.

Модель шума и методика оценки ошибки измерения центра тяжести. МПИ представляет собой двумерный массив светочувствительных элементов, выполняющих накопление зарядового изображения, соответствующего распределению освещенности в плоскости матрицы. Величина каждого отсчета сигнала изображения складывается из двух частей: пропорциональной интенсивности светового потока (в рабочем диапазоне осве-щенностей), падающего на соответствующий чувствительный элемент матрицы, и фона, обусловленного процессом термогенерации электронов [4]. Числа электронов А^ ^ , накопленных в отдельных светочувствительных элементах, подчиняются распределению Пуассона (флуктуационные шумы). Оно может быть аппроксимировано нормальным распределением со средним значением щ у = {А^ ^} и СКО = ^ш1{А~~У, где {А^ ^} -

среднее число электронов, накопленных в соответствующем элементе МПИ. Совокупность зарядов, представляющую двумерный массив случайных чисел Аг- j, МПИ преобразует в совокупность отсчетов сигнала яркости ■ j, причем для простоты полагаем 0 < Ш1 ^^ у} < 1. При этом к флуктуационным шумам добавляются шумы считывания, не

связанные непосредственно с числом накопленных электронов (шумы переноса в ПЗС-мат-рицах, шум считывания зарядов - кТС-шум и т. д.). Это преобразование (без учета квантования) описывается линейной функцией = (А^ у + NА, где N - шум считывания,

имеющий нормальное распределение с нулевым средним; А - нормирующий коэффициент, определяемый числом электронов, приходящихся на единицу яркости изображения ■ j . При независимости шумов отдельных ячеек МПИ СКО отсчетов сигнала яркости

ст8. (в относительных единицах) определяется как

', у

3 2 {А з/А} + М 2 {ЩА} = (1А)^ Ш1 {А, З } + а2н = (1/А ,

ан - СКО шума, независимого от числа накопленных электронов (измеряемое числом шумовых электронов2).

Под отношением "сигнал/шум" у понималось отношение среднего числа электронов для пикселя с наибольшим уровнем (Ш1 у} = 1) к СКО шума данного пикселя [3]:

у = 201в ( ). (1)

Оценка положения центра тяжести изображения объекта (далее "объект") рассчитывается для некоторой области ("окна") изображения, содержащей этот объект:

2 стн задается производителем МПИ. 44

Хс =

М N N

X X у X

] =1 I=1 _ i=1

V

М

у=1

х12-1 "г,у

с МЫ

X X'

у=11=1

М N

М N

X X

X]

1

(2)

ч,у

у=1 I=1

М ( N \

XX у у X уу X "

> =у=1 ■=1

с М N

У

у =К I=1 ^ _ >1

1

М N

X X у X X у

У=1 I=1 У=1 I=1

где Хс, 7с - оценка координат центра тяжести объекта относительно центра "окна"; М, N - размер "окна" (в пикселях) по осям у и х соответственно; х^, уу - координаты пикселей

относительно центра "окна"; Х1, 1 и Х2, 12 - числители и знаменатели выражений соответственно.

Далее рассмотрение ведется относительно Хс ; полученные результаты справедливы и для 7с.

На практике перед вычислением координат центра тяжести применяют пороговую обработку [1]-[2] с целью устранения фона (уменьшения систематической ошибки) и исключения из расчета пикселей с низким отношением "сигнал/шум". Пороговая обработка при одинаковой величине порога и для всего "окна" представляет собой нелинейное преобразование вида

_ К у- и, у >и; "Чу ~ [0, ^у < и.

После применения пороговой обработки плотности вероятности случайных величин

" у изменятся:

та(Чу} ):

и

тау}(г + и) + 5(г) | та{^,у}(х)ёх, Г > 0;

(3)

0, Г< 0.

Выражение (2) представляет собой отношение двух зависимых случайных величин Х1 и Х2, имеющих в практически интересных случаях близкое к нормальному распределение. Для двух нормальных зависимых случайных величин существует выражение, описывающее плотность вероятности их отношения. Однако, как показано в работе [5], для данного распределения не существует ни одного момента, поэтому даже в случае нормально распределенных случайных величин невозможно получить точное выражение для среднего значения и дисперсии их отношения. Для приближенного решения указанной задачи широко используется метод линеаризации функций [6], согласно которому функция Хс = / (Х1, Х2 ) = Хц/Х2 представляется

рядом Тейлора в окрестности точки (^ {Х1}, т1 {Х2}) с сохранением членов только первого порядка. При этом выражения для оценки среднего значения и дисперсии Хс примут вид

—00

М2 {XG} ^^-"" Со ^ , (5)

т {^с} - т {X}/т {Х2} = хСо, (4)

М2 {X:} -2XСоМ2 {X:, X2} + Хс2оМ2 {Х2} т2 {X2}

где М2 {■} - центральный момент второго порядка.

Данные оценки можно уточнить, если в разложении функции / (X:, X2 ) в ряд Тейлора оставить члены и второго порядка, учитывающие ее нелинейность. В этом случае

{ к } к XсоМ2 {X2} -М2 {^X2} (6)

т1 {Xс} - ^о +—--. (6)

т1 {X2}

Однако использование подобного подхода для уточнения оценки дисперсии Xc привело лишь к незначительному увеличению точности. Поэтому была получена оценка дисперсии Xc для случая, когда в ряде Тейлора функции / (X:, X2) учитывались все слагаемые первого, второго и третьего порядков:

М2 {X:} + X2 М2 {X2} -2XcоМ2 {X:,X2} XcоМъ {X22} М2 {Xc} «-о-г---+ 4-^->--

Щ {X2} т( {X2}

Xс2оМз {X2} + М3 {X2,X2} + ^ ЗМ4 {X2} -М2 {X2} + т3 {X2} со т4 {X2}

3М 4 {X2, X22} - М22 {X:, X2} 3М4 {X:, X2} - М 2 {X:, X2} М2 {X2}

+---г--2 Xc „

т4 {X2} °о т4 {X2}

М5 {X12,X2} -М2 {X1,X2}М3 {X1,X22} -2^2 М5 {X2} -М2 {X2}М3 {X2}

' т5 {X2} т5 {X2}

2М5 {X:, X24} -М2 {X:, X2}М3 {X2} -М2 {X2}М3 {X:,X22}

+2 Xс -^----^-+

Со т5 {X2}

М6 {X12,X24} М32 {X1,X2} + 2 Мб {X2} -М32 {X2}

+ ^-^--^-^ + X2IV16^2Í--

тб {X2} тб {X2} с° тб {X2}

Мб {X:,X25} -М3 {X:,X2}М3 {X2}

---б|~-1?_-2| ---3 I _ _ 1 ? _ _ 2 I---3 1 2)

2Xс -^--—^--, (7)

Со тб {X2} ,

где М/ {■} - центральный момент /-го порядка.

В известных авторам публикациях отсутствуют явные выражения для смешанных центральных моментов случайных величин X: и X2 второго порядка и более высоких порядков. В некоторых из этих работ используется допущение о том, что если центр "окна" совпадает с началом координат, т. е. координаты пикселей X/, у/ в (2) отсчитываются относительно центра "окна", то ковариация М2 {X:,X2} « о [2]. Обычно при этом также предполагается, 4б

что положение центра тяжести объекта Хс примерно совпадает с центром "окна", т. е. Ш1 {Х^} << Ш1 {Х2} [1], [2]. При данных допущениях выражение (5) сильно упрощается:

М2 {Xс} -М2 {Х1}/т? {Х2}. (8)

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Применительно к точечным объектам, изображение которых занимает несколько пикселей, использование (8) для оценки СКО Хс приводит к быстрому росту ошибки по мере удаления последнего от центра "окна". Моделирование показало, что смещение уже на ±0.5 пикселя для пятна диаметром 1.5 пикселя приводит к увеличению ошибки примерно на порядок.

Однако в выражении для оценки дисперсии Хс, полученном в [3], ковариация Х1 и Х2 учитывается неявно. Это достигается за счет совмещения начала координат не с центром "окна", а с положением центра тяжести изображения объекта внутри "окна".

С целью получения точных выражений для всех моментов случайных величин Х1 и

Х2, используемых в (5)-(7), был применен аппарат характеристических функций [7].

Пусть имеются две случайные величины гц и П2, представляющие собой линейные

N

комбинации одних и тех же N независимых случайных величин ..., N: П1 = XС/;

/=1

N

П2 = X , где СI - некоторые постоянные величины. / =1

Тогда двумерная характеристическая функция случайных величин гц и П2 ©Л1,л2 (уЬ у2 ) = т1

|_ V /=1 /=1 )_У

N

= ,, [(У1С1 + V2 ),..., (+У2 )] = П (+ V2 ),

/ =1

где 0^ ^ (VN) - ^мерная характеристическая функция совокупности случайных величин N; 0^ (V) - характеристическая функция случайной величины .

Подстановкой выражений для моментов , гц и П2 в найденные значения производных 0^1 ^2 (у1, у2) по V! и V2 при Vl = V2 = 0 были получены все необходимые в (7) моменты

случайных величин гц и П2 . Как показано в разделе "Результаты моделирования" настоящей статьи, слагаемые в (7), содержащие моменты пятого и шестого порядков, в большинстве случаев вносят незначительный вклад в оценку дисперсии Хс, поэтому они не приводятся.

М

Полагая гц = Х1; П2 = Х2 ; С = х^ и ^ = X зи , можно записать:

( N N \ " N Т

ехр / ^ С& +V2 X > = т1 • ехр (^ + V2 ) 1/

V /=1 / =1 ) _ /=1 1

] =1

N N N

М2 {Х1,Х2} = XхМ2 &}; Мз {Х2} = XМз &}; Мз {Х12,Х2} = XX/2Мз &}

/=1

/=1

/=1

Мз {Xh X2} = £XjMз fa}; M4 {X2} = 3Ml {X2} + X(m4 fa} - 3Ml fa}); i=1 i=1

( ) N i \ M4 {X12, X22} = M2 {Xi}M2 {X2} + 2M22 {Xi,X2} + XXi2 (M4 fa} -ЗМ22 })

i =1

( ) N i \ M4 {Xi, X23} = 3M2 {X2}M2 {Xi, X2} + XXi (M4 } - 3Ml fa});

i=1

M M

M2 {Si} = EMl (xJ}; M3 } = XM3 j};

J=1

M

M4 {Si} = 3M22 {Si} + E (M4 (\j } - 3M2 (su,j }) .

j=1

Моменты su несложно найти, учитывая (3):

i j

m1 кj}

a

i, j

/— ■ 2

exps'2 /21 +

<, j

a

i,j t

2 ,j

1 + erf (s'n i, J V!)

m2 {sui,J} = (a,2,j/^)Пj exp(-s'2J2) + (a2j72)(s^2 . +1

<, j

% j ,3

1 + erf (s,

m3 {sui, j} = (*3, j/^) (sn2, j + 2) exp (- sn2, J2) + (a3, j ^) (s£ j + 4; j)

m4 {sUi,j } = (a4 )(sn3,у + 5sn,j )exp(-s£ Jl)-

'ni, J & )

Пi, j/ Л )

1 + erf (^ UJ V2)

+ K J 2

s'4 + 6s'2 + 3

V ni,j ni,J

1 + erf s

где m^ {•} - нецентральный момент i-го порядка; a j - СКО si j до применения порога; s'n = (s' j - U у Of j - нормированное среднее значение s^ j с учетом порога;

2 x

erf (x) = —2= [exp (-t2 )dt - интеграл вероятности. Vn I

Центральные моменты случайных величин su

i, j

M2 {sui,j } = m2 {sui,j } - m1 {sui,j } ; M3 {sui,j } = m3 {sui,j } - 3m2 {sui,j } m1 {sui,j } + 2m3 {sui,j } ; M4 {su,j } = m4 {sui,j } - 4m3 {sui,j } m1 {sui,j } + 6m2 {sui,j } m12 {sui,j } - 3m

КJ } .

Ч ^

Результаты моделирования. Задачей численного моделирования являлось определение максимальной ошибки, получаемой при использовании оценок среднего значения (4), (б) и дисперсии (5), (7) координат центра тяжести Xc, рассчитанного в соответствии с

(2) при использовании пороговой обработки, а также определение области применения

48

полученных оценок. СКО шума считывания ан полагалось равным 40 электронам (примерное значение для лучших СМОБ-матриц). Использовалось изображение точечного объекта в виде гауссоиды, характерное для объектива, обладающего аберрациями

т\ {^ ]} = ехР {-п[(X - х0 )/Ь]2} ехР{-п (У] -Уо)/Ь 2}, где х1, у^ - координаты элементов

МПИ относительно центра "окна"; хо = -0.5...0.5 , уо = 0 - координаты центра тяжести; Ь -

диаметр кружка рассеяния по уровню 0.456 . В целях минимизации ошибки измерения ХС не

имело смысла использовать значение Ь < 1, так как при этом быстро возрастала систематическая ошибка, связанная с недостаточным шагом дискретизации изображения пятна4.

Точность оценки среднего значения ошибки измерения положения центра тяжести Хс

т>1 {ЛХС} (ЛХС = Хс - Х0 ), а также оценка СКО ох определялись численным моделированием. Оценки вычислялись как по приближенным формулам, так и по (2) для Ып = 80 000 реализаций шума:

1 N" г-~-

ёm {ЛХС} = — £(Хс. -xo); JXс =4M2 {Хс}

Nn i =1 ^

N„

Nn

1X (XCi - m {Xс}) 1 i=i

(9)

где ХС - оценка положения центра тяжести объекта по (2) для 1-й реализации шума.

Различия между оценками, полученными по приближенным формулам (4)-(5), (7) и (9), принимались за оценки ошибок, получаемых при использовании приближенных формул Дт1 {ЛХс}, Дее х .

В предположении о близости закона распределения случайной величины Хс к нормальному, задавшись доверительной вероятностью в = 95 %, можно вычислить доверительные интервалы для т1 {ЛХС} и ах (и, соответственно, для Дт1 {ЛХс} и Дех ):

m1 [AXc} = ° XС =4М2 { Xс } =

m1 {AXc} ± <ß

MM2 { Xc }

Nn

m {àXc}± Wo

1.96 _

==<j x

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ooo X с

i

M 2 {Xс} ( N„ -1)

x2

1

IM 2 {X с} ( N„ -1)

x2

= àX (0.9951; 1.0049),

2 2

где ¿р = 1.96 - 0.975-квантиль распределения Стьюдента, а х = 80 785 и Х2 = 79 217 -

2

квантили распределения х , соответствующие в = 95% при 79 999 степенях свободы.

Приближенные оценки тт {Хс} и МЛ2 {Хс} получены исходя из предположения о том, что функция / (Х1, Х2) = (Хц/Х2) может быть с приемлемой точностью заменена

Все пространственные величины нормировались к шагу светочувствительных элементов, полагавшемуся равным по обеим координатам ( Ax = Ay = 1) .

4 Welch S. S. Effects of window size and shape on accuracy of subpixel centroid estimation of target images // Tech. Paper 3331. USA. NASA. 1993 // http://citeseer.ist.psu.edu/94732.html

1

своим рядом Тейлора с ограниченным числом членов. Поэтому одним из наиболее существенных факторов (помимо числа членов ряда), ограничивающих применимость данных оценок, является область сходимости ряда Тейлора указанной функции.

Можно показать, что ряд Тейлора функции /(Х1,X2) = X (1/Х2)в окрестностях

точки с координатами (т {Х1}, т {Х2}) сходится для Х2 е (0,2т {Х2}] . Поэтому удобно проверять применимость выражений (4), (6) и (5), (7), вычисляя вероятность выхода случайной величины Х2 за пределы указанного диапазона: Р {Х2 > (2т {Х2} и Х2 = 0)}. По мере того, как растет эта вероятность, точность оценок быстро падает. Это связано с тем, что за пределами области Х2 е (0,2т {Х2}] сумма ряда начинает значительно отличаться от значений самой функции.

Пусть вероятность выхода за пределы области сходимости Х2 е (0,2т {Х2}]

р {Х2 > (2т {Х2} и Х2 = 0)} = Р0+Р1, (10)

Ж M

где P0 = P{X2 = 0} = ППi 1 - erf (sn\-l Л) , а P = р {X2 > 2ml {X2}} • Для вычисле-

1 12 _ \ ^J / /_ i=1 j=1

ния Pi необходимо знать плотность вероятности случайной величины X2, получить точное выражение для которой крайне сложно. Поэтому с учетом близости закона распределения X2 к нормальному ее интегральная функция распределения была аппроксимирована несколькими членами ряда, представляющего разложение по полиномам Эрмита [7]:

F (t) « 0.5 [l + erf (t/V2)] - (l/V2n) exp (-12/2) [(k/3!)(t2 - i) + (у/4!)(t3 - 3t)] ,

Pi = 1 -F(mi {X2}/4M2 {X2}) • где k - коэффициент асимметрии; у - коэффициент эксцесса.

На рис. 1 представлены зависимости при P = Po + Pi = 0.01 при b = 1.5 для "окна" размером 5^5 пикселей (рис. 1, а) и размером 7*7 пикселей (рис. 1, б). Кривая 1 - зависимость

ax (V) = max ах (^0 Л, полученная по (9); кривая 2 - зависимость порога U(у); c х0 е[-0.5,0.5]L c J

5 X ^ U М X c

0.75 -0.045

0.5 - 0.03

0.25 -0.015

0

3 Jr--

2

T /4

J_

10 20 а

5 X ^ U М X c

0.75 -0.045

0.5 - 0.03

0.25 -0.015

0

•T-T-H"

4 1 _I_L

30 у, дБ

Рис. 1

10

20

30 у, дБ

0

0

б

кривые 3 и 4 - зависимости Дах (у) = max

Д6

(x)].

полученные при использо-

x0e[-0.5.0.5]L

вании выражений (5) и (7) соответственно; кривая 5 - зависимость Летх (У). полученная

при расчете ах по (7) с исключением из него слагаемых. содержащих моменты пятого и

шестого порядков. Доверительные интервалы показывают границы. в которых с вероятностью 95 % находится точное значение Да х .

Из анализа кривых видно. что Дах практически не зависит от размера "окна". В области малых значений у вероятность P в выражении (10) определяется величиной P (поскольку Po ~ 0). которая вычисляется приближенно. а при больших значенях у - уже величиной P). которая находится точно. Поэтому наличие существенной зависимости Лах (У) области малых у связано. по всей видимости. с неточностью вычисления р.

На рис. 2. а показаны аналогичные зависимости для Дщ {ДХС} (у) и щ {ДХС} (у) ("окно" 5^5 пикселей; b = 1.5 ; P = 0.01). Кривая 1 - щ {ДХС}. полученная по (9). кривые 2. 3 - Ащ {АХС}. полученные при использовании (4) и (6) соответственно. Подобно рис. 1. на графике показаны максимальные значения Дщ {ДХС}(у. Х0 ) и щ {ДХС}(у. Х0) для x0 е [-0.5.0.5].

Максимальные значения Ащ {АХС} также практически не зависят от размера "окна". Дополнительные слагаемые второго порядка в (6) позволяют заметно увеличить точность оценки т {ДХс}; при этом Ащ {АХС} практически перестает зависеть от у.

Зависимости Дщ {ДХС} (P) для у = 20 дБ показаны на рис. 2. б. После того как вероятность выхода Х2 за пределы интервала (0. 2щ{Х2}] становится выше 0.01...0.04. точность щ {ДХс} быстро падает.

Подобным образом ведут себя и оценки с>х . На рис. 3 показаны зависимости Дах (P) при у = 20 дБ для "окна" размером 5*5 пикселей. b = 1.5 . Кривая 1 отображает

дщ {дхс}

0.02

0.01

т {дх с}

- 0.3 -

- 0.15 —

0 10 20 30 у. дБ а

Дщ {ДХ с} щ {ДХс } 1 1 - 1 1

0.03 - 0.45

0.02 - 0.3

0.01 - 0.15 2 W

0 0 -T-Tj4lt.i.T-TlH I

10 -4 10-3 10-2 10-1

Рис. 2

б

° X c 0.3 0.2

0.1

0

Ad X c

-0.075 - 0.05 1-0.025 К

I

П\ !2

_L

: I \ ' ..¿г- V

10

-4

10

-3

10

-2

10

- Pm

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Рис. 3

оценку <Ух , полученную по (9); кривые 2, 3

- при использовании выражений (5) и (7) соответственно; кривая 4 - оценку, полученную по (7) без учета слагаемых, содержащих моменты пятого и шестого порядка. Более высокая точность оценки сх , полученной на основе (5), при больших значениях P связана с тем, что с ростом числа слагаемых, учитываемых в ряде Тейлора функции fi (X2 ) = 1/X2 , ускоряется рост разницы между суммой ряда и точным значением функции (и, соответственно, <сх ) в области сходимости.

Таким образом, учет при линеаризации функции f (Хц, X2) = Хц/ X2 всех слагаемых первого, второго (для m {AXC}), а также третьего (для ссxc ) порядков ряда Тейлора, позволяет применительно к изображениям точечных объектов увеличить в 2-3 раза точность <<х

и в 5-10 раз точность m {AXC}.

В настоящей статье показано, что область применения полученных выражений ограничивается областью сходимости Х2 е (0,2m {X2}] ряда Тейлора функции f (Хц,Х2) . Вероятность P выхода за пределы этой области можно найти с использованием (10) для произвольного изображения точечного объекта и заданной величины порога. В области, ограниченной P < 0.01, выражения для m {AXC} и <<х обладают достаточно высокой точностью.

Численное моделирование показало, что в выражении (7) для оценки дисперсии координат центра тяжести M2 {Xc} слагаемые, содержащие моменты пятого и шестого порядков, вносят заметный вклад лишь при малых значениях у. Поэтому в большинстве случаев они могут быть отброшены без заметного влияния на точность, значительно упрощая (7). По этой причине в настоящей статье выражения для расчета указанных моментов не приводятся.

Библиографический список

1. Ares J., Arines J. Influence of thresholding on centroid statistics: full analytical description // App. Opt. IP. 2004. Vol. 43, № 31. P. 5796-5805.

2. Assen H. C., van, Egmont-Petersen M., Reiber J. H. C. Accurate object localization in gray level images using the center of gravity measure: accuracy versus precision // IEEE Trans. on Image Processing. 2002. Vol. IP-11, № 12. P. 1379-1384.

3. Grossman S. B., Emmons R. B. Performance analysis and size optimization of focal planes for point-source tracking algorithm applications // Opt. Eng. 1984. Vol. 23, № 2. P. 167-176.

4. Твердотельное телевидение: Телевизионные системы с переменными параметрами на ПЗС и микропроцессорах / Л. И. Хромов, Н. В. Лебедев, А. К. Цыцулин, А. Н. Куликов. М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

5. Cedilnik A., Kosmelj K., Blejec A. The distribution of the ratio of jointly normal variables // Metodoloski zvezki. 2004. Vol. 1, № 1. P. 99-108.

6. Вентцель Е. С. Теория вероятностей: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 2001. 575 с.

7. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники: В 2 ч. Ч. 1. М.: Сов. радио, 1966. 728 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.