4.3.2 Представление сигналов в тс

Во всех ТС, независимо от их типа и назначения, на начальном этапе предполагается преобразование аналоговых входных оптических сигналов в совокупность дискретных электрических сигналов, пригодных для осуществления дальнейшей цифровой обработки изображений с применением средств вычислительной техники. Такое преобразование осуществляется в два этапа.

E(x,y) ⇒ U(xi ,yj ) ⇒ [Ei,j]

47

На первом этапе входной оптический сигнал изображения E(x,y),представляющий собой в общем случае двумерную непрерывную функцию непрерывных пространственных аргументов (координаты x,y),преобразуется в электрические сигналы U(xi ,yj ), то есть в двумерную непрерывную функцию дискретных пространственных аргументов xi ,yj. Сигнал U(xi ,yj ) представляет собой видеоимпульсы, на выходе матричного фотоприёмника (например матрица ФПЗС, фотодиодная матрица или КМОП матрица.

Заметим, что, если в телевизионном датчике используется так называемая «трубка бегущего луча» или любая другая вакуумная трубка, дискретизация изображения по вертикали (вдоль направления кадровой развёртки) происходит за счет структуры растра. При этом необходимая дополнительная дискретизация по горизонтали (вдоль строки) может достигаться путём применения специальной схемы выборки хранения. Для фотоприемника с накоплением энергии (например, матрица ФПЗС) величина напряжения сигнала видеоимпульса, снимаемого с i-того элемента j-той строки, определяется выражением:

U(xi ,yj) = xi ∫.xi+∆x yi ∫ yi+∆у STнE(x,y)dxdy

48

Здесь S – интегральная чувствительность фотоприёмника, выраженная через экспозицию; Tн – время накопления; xi, yi – координаты центра фоточувствительного элемента; ∆x и ∆x – размеры фоточувствительного элемента по горизонтали и вертикали соответственно.

Второй этап преобразования осуществляется с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП). Он заключается в квантовании сигналов U(xi ,yj) по уровням и формировании двоичных кодов соответствующих чисел Ei,j. Таким образом, в любой АТСН цифровой обработке изображений должны предшествовать преобразования входного оптического сиг нала E(x,y) в матрицу [Ei,j], представляющую собой двумерный массив целых чисел.

Очевидно, что всякое преобразование сигналовс помощью АЦП связано с нелинейными искажениями и появлением погрешности квантования, которую можно считать распределённой по равномерному закону в пределах ± h/2, где h – шаг квантования. Однако величина погрешности квантования предостаточной разрядности АЦП может быть значительно меньшедругих составляющих.

4.3.4. Автоматизированные телевизионные системы наблюдения

Понятие «Автоматизированные телевизионные системы наблюдения» (АТСН) включает в себя очень широкий спектр телевизионных систем (ТС), предназначенных для решения самых разнообразных задач, так или иначе связанных с наблюдением за объектами. Общей принципиальной особенностью АТСН в отличие от других видов ТС является их способность функционировать без участия человека оператора, т.е. полностью в автоматическом режиме на основе заранее определённых (на этапе разработки системы или на этапе её обучения) решающих правил. В таких системах визуальное представление информации на экране не является обязательным, хотя оно и может использоваться как дополнительная функция.

Н аучной основой для проектирования АТСН является теория статистических решений, включающая в себя, как известно, три основных раздела: теорию двуальтернативных решений (задачи обнаружения объектов), теорию многоальтернативных решений (задачи распознавания образов), теорию оценки параметров (задачи измерения параметров объектов и их положения в пространстве).

В соответствии с характером решаемых задач АТСН можно подразделить на три группы: АТС обнаружения, АТС распознавания, АТС измерения параметров и пространственного положения объектов.

Рисунок 101. Классификационная схема автоматизированных телевизионных систем наблюдения

Очевидно, что в рамках каждой группы могут быть представлены самые различные по назначению и областям применения системы. Некоторые из них в качестве примера приведены ниже на классификационной схеме (рис.91). Уделим внимание только наиболее общим вопросам, касающимся разработки аппаратных и программных средств практически любой АТСН независимо от её типа и назначения. В дальнейшем, на примере нескольких наиболее интересных видов АТСН проведём иллюстрацию практического применения рассмотренных приёмов и этапов проектирования