ПОРІВНЯННЯ ЯКОСТІ РОБОТИ ФІЛЬТРІВ ДЛЯ ЗМЕНШЕННЯ ШУМІВ ЗОБРАЖЕНЬ ТЕПЛОВІЗІЙНОГО КАНАЛУ ОГЛЯДОВИХ ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ПРИСТРОЇВ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.57(1).2019.172018Ключові слова:
тепловізор, цифрова обробка зображення, Mathcad, медіанний фільтр, фільтр Вінера, маска, вейвлет-перетворення Добеші, метрики, MSE, PSNR, SSIM, CCАнотація
Оптико-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.
Посилання
G. C. Holst, Electro-Optical Imaging System Performance, Fifth Edition. JCD Publishing, 2008.
M. M. Tarasov, YU. G. Yakushenkov, Infrakrasnyye sistemy «smotryashchego» tipa. Moskva, Rossiya: Logos, 2004. [in Russian]
V. H. Kolobrodov, V. I. Mykytenko, YE. H. Balinsʹkyy, Efektyvnistʹ infrachervonykh optyko-elektronnykh system sposterezhennya. Kyyiv, Ukrayina: Vik print, 2017. [in Ukrainian]
L. P. Yaroslavskiy, Vvedeniye v tsifrovuyu obrabotku izobrazheniy. Moskva: Sovetskoye radio, 1979. [in Russian]
Infrared and electro-optical system handbook. Ed. by J. S. Accetta, D. L. Shumaker. Bellingham, SPIE Press, 1993.
V. Ye. Koshelev, Samouchitel' Photoshop CS2. Moskva, Rossiya: Binom-Press, 2012. [in Russian]
N. V. Komolova, Samouchitel' CorelDRAW X4. Moskva, Rossiya: BKHV-Peterburg, 2015. [8] Ye. A. Kurbatova, MATLAB 7. Samouchitel'. Izd-vo: Vil'yams, 2005. [9] YU. S. Magda, LabVIEW: prakticheskiy kurs dlya inzhenerov i razrabotchikov. Moskva, Rossiya: DMK. Press, 2012. [in Russian]
Ye. A. Kurbatova, MATLAB 7. Samouchitel'. Izd-vo: Vil'yams, 2005. [9] YU. S. Magda, LabVIEW: prakticheskiy kurs dlya inzhenerov i razrabotchikov. Moskva, Rossiya: DMK. Press, 2012. [in Russian]
YU. S. Magda, LabVIEW: prakticheskiy kurs dlya inzhenerov i razrabotchikov. Moskva, Rossiya: DMK. Press, 2012. [in Russian]
About Image Processing Functions, PTC Mathcad Help [Електронний ресурс], Доступно: https://help.ptc.com/mathcad/en/index. html#page/ PTC_Mathca d_Help%2Fabout_image_processing.html%23 - 05.06.2018.
R. Gonsales, R. Vuds, S. Eddins, Tsifrovaya obrabotka izobra zheniy v srede MATLAB. Moskva, Rossiya: Tekhnosfera, 2006. [in Russian]
YU. V. Vizil'ter, S. YU. Zheltov, V. A. Knyaz', A. N. Khodarev, A. V. Morzhin, Obrabotka i analiz tsifrovykh izobrazheniy s primerami na LabVIEW IMAQ Vision. Moskva, Rossiya: DMK Press, 2016. [in Russian]
V. H. Kolobrodov, I. M. Kostyrko. «Metody zmenshennya shumiv zobrazhenʹ u teplovizorakh z mikrobolometrychnoyu matrytseyu» Visnyk Natsionalʹnoho tekhnichnoho universytetu Ukrayiny "Kyyivsʹkyy politekhnichnyy instytut". Seryya Pryladobuduvannya, Vyp. 47, S. 112-119, 2014. [in Ukrainian]
R. H. Vollmerhausen, D. A. Reago, R. G. Driggers, Analysis and evaluation of sampled imaging systems. SPIE press, 2010.
J. C. Leachtenauer, R. G. Driggers, Surveillance and Reconnaissance Systems: Modeling and Performance Prediction. Artech House, Incorporated, 2001.
V. H. Kolobrodov, V. I. Mykytenko, M. S. Mamuta, «Otsinka efektyvnosti bahatokanalʹnykh optyko-elektronnykh system sposterezhennya z kompleksuvannyam informatsiyi», Naukovi visti NTUU «KPI», №6(86), s. 127 – 131, 2012. [in Ukrainian]
V. YU. Ignat'yev, I. A. Matveyev, A. B. Murynin, A. N. Trekin, «Otsenka kachestva izobrazheniy pri povyshenii razresheniya na osnove prostranstvennogo spektral'nogo sinteza», Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Yestestvennyye nauki, № 1, s. 124-141, 2017. [in Russian]
P. G. Dolya, «Matematicheskiye metody obrabotki izobrazheniy», Khar'kovskiy natsional'nyy Universitet, s. 42, 2014. [in Russian]
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
