Ви є тут

Збільшення ймовірності розпізнавання в оглядових телевізійних системах

Автор: 
Гаврилюк Андрій Іванович
Тип роботи: 
Дис. канд. наук
Рік: 
2008
Артикул:
3408U001678
129 грн
Додати в кошик

Вміст

РОЗДІЛ 2.
МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ОТС
2.1. Загальні положення математичного моделювання
При проектуванні ОТС часто виникає потреба в математичному моделюванні системи з метою визначення просторового і енергетичного розділення, оцінки якості зображення, максимальної дальності розпізнавання, а також ймовірності розпізнавання. Таке моделювання дозволяє аналізувати, оптимізувати і синтезувати ОТС для отримання заданих узагальнених її характеристик. В цьому розділі розглядаються математичні основи теорії перетворення сигналів в ОТС від об'єкта спостереження до очей спостерігача. Математичний апарат, який застосовується для цих цілей, - це теорія лінійної фільтрації [56 - 58]. Теорія лінійної фільтрації є частина теорії аналізу зображення і необхідна при проектуванні любого ОЕП. Вона може застосовуватися до оптичних, електричних і механічних систем.
Метою математичного моделювання є заміна реальної ОТС, дослідження якої викликає значні труднощі із-за її складності, сукупністю більш простих елементів математичної моделі, що є допустимим для теоретичних досліджень. Математична модель простіша за саму систему, так як вона описує не усі особливості ОТС, а лише найбільш важливі для конкретного дослідження [42].
Незважаючи на різноманіття ОТС, задач і методів їх дослідження, в кінцевому рахунку в результаті математичного моделювання в теорії ОТС вирішуються три основні задачі:
* Описання процесу перетворення сигналів в ОТС в певних умовах під впливом зовнішніх факторів.
* Виявлення різноманіття структур ОТС і засобів впливу на них.
* Побудова математичної моделі при проектуванні ОТС з метою її аналізу, синтезу і структурно-параметричної оптимізації.
Ці задачі надзвичайно складні. Для їх розв'язання у повному обсязі створена математична модель повинна залишатися достатньо складною, щоб її властивості в необхідній мірі відповідали властивостям ОТС. Тому найважливіша вимога до математичної моделі є її адекватність досліджуваній реальній ОТС, тобто в правильному описанні властивостей системи згідно відповідним характеристикам. Адекватність математичної моделі оцінюється по її здатності відображати певні властивості ОТС з похибкою не більшою за задану. При цьому математична модель, яка є адекватною в одній системі характеристик, може бути неадекватною в іншій системі.
Одночасно математична модель ОТС повинна бути відносно простою, щоб її можна було описати і розв'язати з її допомогою задач аналізу, оптимізації і синтезу ОТС. Але, як правило, чим адекватніша модель до реальної ОТС, тим вона складніша. Тому вимоги адекватності і простоти в певному розумінні мають протиріччя. Проблема досягнення компромісу між ними є найбільш складною практичною задачею, розв'язання якої залежить тільки від інтуїції та досвіду дослідника. В результаті найбільш повне моделювання ОТС припускає побудову набору різних математичних моделей, кожна із яких описує лише деякі властивості системи.
Загальних способів побудови математичної моделі не існує. Створення математичної моделі ОТС вимагає глибоких знань не тільки математики, а перш за все фізичних процесів перетворення сигналів в ОТС. Одна і та ж ОТС може мати декілька нееквівалентних математичних моделей. Кожна із них визначається тим, які характеристики системи враховуються в моделі, і придатна для вивчення певного круга питань, пов'язаних із структурою та функціонуванням ОТС. При цьому особливу роль відіграє розуміння основних типів математичних моделей, що використовуються при аналізі, оптимізації та синтезі ОТС і зв'язку між ними.
Для побудови математичної моделі необхідно знати загальні фізичні явища перетворення сигналів в ОТС, які були розглянуті в п. 1.1. Первинним носієм інформації в ОТС є оптичне випромінювання об'єктів і фонів, яке формується за рахунок відбивання випромінювання, що створюється природними або штучними джерелами освітлення. Ця інформація сприймається і перетворюється ОТС для її подальшого аналізу оператором, або автоматичною системою. В основі прийняття відповідного рішення лежить оцінка трьох параметрів інформації про об'єкт: розміри, яскравість і контрастність зображення.
Для побудови повної математичної моделі процесу перетворення сигналів розглянемо детально окремі елементи узагальненої структурно-функціональної моделі ОТС, яка представлена на рис. 1.1 і 2.1.
2.2. Об'єкти спостереження
Типовими об'єктами, що спостерігає ОТС є: автомобілі, човни, літаки, військова техніка тощо. Об'єкти завжди розташовані на підстилаючому фоні (земна, водна поверхня, хмари та інше). Об'єкти та фони мають свої розміри та яскравості, коефіцієнти відбиття, які можуть змінюватись у часі і в залежності від стану атмосфери та пори доби. Об'єкти і фони будемо характеризувати енергетичними параметрами (яскравістю) і просторовими параметрами (геометричними розмірами). При цьому для об'єктів ці параметри описуються детермінованими функціями, а для фонів - випадковими.
Для математичного моделювання об'єктів використовують тест-об'єкти, функцію яскравості яких апроксимують прямокутною, синусоїдальною чи косинусоїдальною мірою. Число та період світлих та темних штрихів міри залежить від типу об'єкта та завдань, які вирішує ОТС (виявлення, розпізнавання). Так для вирішення задач виявлення використовують прямокутну міру, яка містить світлий і темний штрихи , а для розпізнавання - прямокутну міру, яка містить чотири світлих і чотири темних штрихів.
Більшість об'єктів і елементів місцевості дифузно відбивають світло по закону Ламберта. Такі ламбертівські поверхні об'єктів і фонів мають спектральну яскравість

, (2.1)
де - спектральна освітленість поверхні (природна або/і штучна); - спектральний коефіцієнт відбиття поверхні об'єкта або фона.
Реальні поверхні об'єктів і