Назначение анализаторов изображений и их классификация

Анализатор изображения — устройство, служащее для извлечения из оптического сигнала в виде изображения наблюдаемого объекта (или поля объектов) информации о параметрах или свойствах этого объекта (или поля). Чаще всего в ОЭП имеют место плоские изображения, т. е. оптический сигнал описывается законом распределения освещенности, параметрами которого могут быть линейные координаты, длина волны излучения и время.

Обычно анализ оптических изображений осуществляется путем непрерывной или дискретной выборки значений сигнала — потока или освещенности в отдельных точках (участках) плоскости изображений. Такая пространственная выборка чаще всего реализуется путем последовательного во времени опроса (определения значений потока или освещенности) этих точек, выполняемого при сканировании - последовательном просмотре плоскости изображений.

Сканирование реализуется с помощью как оптико-механических, так и электронных развертывающих устройств. Поэтому процесс анализа изображений часто неразрывно связан с процессом сканирования, для их выполнения используются одни и те же элементы. В качестве таких элементов обычно служат оптические растры - диафрагмы с определенным законом распределения прозрачных и непрозрачных участков, а также координатные одноэлементные и многоэлементные приемники излучения, о которых говорилось в § 6.6 и 6.7. Поскольку развертка изображения осуществляется последовательно во времени, сигнал, приходящий на вход анализатора и являющийся функцией пространственных координат, после анализатора преобразуется в функцию времени.

Далеко не всегда выявление закона распределения освещенности в изображении наблюдаемого или исследуемого объекта является конечным результатом работы анализатора и ОЭП в целом. Важно определить какие-либо параметры или свойства объекта, связанные с законом распределения освещенности в его изображении, или изменения параметров или свойств объекта, однозначно связанные с изменением этого закона. Например, для нахождения координат объекта в пространстве предметов можно определить координаты его изображения в плоскости изображений — плоскости анализа. При перемещении объекта в угловом поле ОЭП закон распределения освещенности в плоскости анализа изменяется — смещается изображение, возможно перераспределение освещенности в изображении, изменяются размеры изображения и т.п. Если объект точечный, то вместе с изменением положения кружка рассеяния, являющегося изображением объекта, изменяется положение энергетического центра тяжести кружка, определяющего направление на объект. Для выявления этих изменений и служит анализатор.

Сигнал, параметры которого функционально связаны с параметрами наблюдаемого объекта, получается с помощью всего ОЭП или его системы первичной обработки информации, а не только с помощью анализатора изображения. Однако важнейшая роль в решении этой задачи принадлежит анализатору.

Иногда анализатором называютустройство, обеспечивающее анализ углового поля, просматриваемого прибором, и выработку электрических сигналов, однозначно соответствующих координатам излучателя. Такое определение относится скорее ко всему ОЭП, а не к отдельному его узлу или элементу, и ограничивает область применения анализаторов лишь измерениями координат.

Часто в ОЭП функции анализатора выполняются элементом, который одновременно осуществляет и модуляцию оптического сигнала. Как правило, такими элементами являются растры. Здесь кратко рассмотрим особенности работы таких звеньев прежде всего в качестве анализаторов.

Анализаторы, выполняющие одновременно функции модулятора и сканирующего устройства, обычно перемещаются относительно изображения, либо изображение перемещается относительно неподвижного анализатора. Общая теория подвижных анализаторов подробно изложена в монографии В. Л. Левшина [13]. С помощью таких анализаторов решается важнейшая для многих ОЭП задача — фильтрация полезных сигналов на фоне помех и шумов.

В основу классификации анализаторов изображения можно положить различные признаки. Наиболее распространена классификация по виду информативного параметра сигнала на выходе анализатора, т е. параметра, переносящего информацию об исследуемом изображении.

По виду информативного параметра различают:

- - амплитудные;

- - амплитудно-фазовые;

- - частотные;

- - времяимпульсные;

- - поляризационные и некоторые другие анализаторы.

По конструктивному признаку различают:

- - растровые анализаторы;

- - светоделительные анализаторы;

- - одно- и многоэлементные координатные (позиционно-чувствительные) и развертывающие анализаторы — приемники излучения, к которым часто относят и передающие телевизионные трубки и их аналоги, например ПЗС.

Достоинства растровых и светоделительных анализаторов:

- - конструктивная простота;

- - возможность работы в широком диапазоне оптического спектра с малыми потерями энергии;

- - высокая чувствительность и точность.

С помощью растров проще всего совместить функции анализатора, модулятора и пространственного фильтра в одном звене.

Достоинства координатных и развертывающих приемников излучения в качестве анализаторов:

- - достигается большое быстродействие;

- - появляются принципиальные возможности использовать более сложные алгоритмы обработки изображения, а также изменять эти алгоритмы в процессе работы ОЭП;

- - совмещение функций приемника и анализатора уменьшает потери потока излучения.

Недостатки координатных и развертывающих приемников излучения в качестве анализаторов - необходимость усложнять электронный тракт обработки снимаемых с приемника сигналов из-за недостаточного качества ряда современных координатных и развертывающих приемников.

В последние годы в ряде ОЭП стали применять анализаторы, основанные на использовании некоторых физических эффектов, в частности, поляризации, интерференции, дифракции [3, 10, 21, 30]. Однако большого распространения, за исключением поляризационных, эти анализаторы пока не получили.