×
13.01.2017
217.015.8d73

СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра, а также может быть использовано в радиолокации, радиоастрономии и в оптико-электронных системах. Достигаемый технический результат - нахождение аппаратной функции по методу наименьших квадратов (МНК) при восстановлении изображений объектов. Способ восстановления изображений при неизвестной аппаратной функции заключается в умножении вектора наблюдений на матрицу весовых коэффициентов, вычисляемую предварительно на основе МНК-оценок аппаратной функции, найденных для эталонного изображения.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к радиотеплолокации, а именно к радиотеплолокационным системам наблюдения за объектами с помощью сканирующего радиометра [1, 2], а также может быть использовано в радиолокации, радиоастрономии и в оптико-электронных системах.

Известны способы восстановления изображений [3, 4] по результатам наблюдений с помощью сканирующей по угловым координатам (азимуту и углу места) антенны или фоточувствительного приемника. Моделью наблюдений в таких системах является свертка вида:

где y(ij) - результат измерения сигнала, принятого с i,j-го дискретного углового направления в координатах θ - угла места, φj - азимута и прошедшего тракт первичной обработки; 2m+1 и 2n+1 - ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) соответственно по углу места и азимуту (на уровне 0,5 мощности); α(i,j) - коэффициенты аппаратной функции, отражающие действие ДНА и преобразований в тракте первичной обработки; x(i,j) - искомые величины, имеющие смысл интенсивности излучения в i,j-м направлении объекта наблюдения; p(i,j) - шумы аппаратуры.

Совокупность X={x(i,j)}, , представляет матрицу искомого изображения объекта наблюдения, Y={y(i,j)} - матрицу наблюдений, P={p(i,j)} - матрицу помех, , Восстановление X осуществляется в пространственной или частотной областях [5] на основе наблюдений Y и аппаратной функции α(i, j), .

Проблема заключается в том, что аппаратная функция α(i,j) точно неизвестна, и для ее нахождения требуется проведение эксперимента. Известен метод нахождения аппаратной функции [5, с. 23], основанный на фильтрующем свойстве дельта функции δ(θ,φ) или функции Кронекера k(ij) для дискретной модели (1). Если в качестве x(i,j) взять точечный источник излучения с амплитудой U: x(i,j)=U·k(i-i0, j-j0), то измерения, полученные при сканировании относительно точки (i0,j0), повторяют форму аппаратной функции с точностью до помех: y(i,j)=Uα(i,j)+p(i,j). Однако значения аппаратной функции при таком подходе будут искажены действием помех, и требуется поиск оптимальных решений подавления помех.

Рассмотрим в качестве прототипа способ восстановления изображения [3] в пространственной области, который заключается в следующих матричных преобразованиях:

1. Матрица наблюдений Y построчно переписывается в (M-2m)(N-2n)-вектор , матрица искомого изображения X - построчно в MN-вектор , матрица помех P представляется (М-2m)(N-2n)-вектором , значения аппаратной функции α(i,j) располагаются в составе (М-2m)(N-2n)xMN-матрицы A по определенному правилу, изложенному, например, на языке MATLAB:

2. В принятых обозначениях выражение (1) принимает вид векторно-матричного уравнения:

Решением уравнения (2) по критерию минимума квадрата нормы ошибок восстановления:

то есть метода наименьших квадратов (МНК), является вектор оценок:

где T - символ транспонирования, Е - единичная матрица, δ - параметр регуляризации, необходимый для устойчивого обращения матрицы АT A, причем матрица весовых коэффициентов Н=(АTА+δE)-1 АT вычисляется на основе известной матрицы А.

3. Вектор построчно переписывается в матрицу , которая представляет восстановленное изображение объекта.

Рассмотренный способ, как и другие способы восстановления изображений как в пространственной, так и в частотной областях, обладает следующим недостатком. Ошибки восстановления сильно зависят от ошибок задания аппаратной функции, и способ оказывается неустойчивым к ошибкам аппаратной функции. Поэтому перед операциями восстановления требуется нахождение оптимальных оценок аппаратной функции α(i,j) с наименьшими ошибками оценивания, например, в смысле МНК.

Технический результат направлен на нахождение аппаратной функции α(i,j) по методу МНК при восстановлении изображений объектов.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается тем, что способ восстановления изображений при неизвестной аппаратной функции заключается в умножении вектора наблюдений справа на матрицу весовых коэффициентов Н, рассчитанную по МНК ошибок восстановления, что дает в результате оптимальный вектор искомого изображения , отличающийся тем, что перед операциями восстановления формируется вектор наблюдений эталонного изображения , который умножается справа на матрицу весовых коэффициентов W, рассчитанную для эталонного изображения по критерию МНК ошибок оценивания аппаратной функции, в результате получается оптимальный вектор оценок аппаратной функции , элементы которого используются при вычислении матрицы весовых коэффициентов Н.

Расчетная часть.

Модель измерения (1) записывается в виде:

или в векторно-матричной форме:

где - вектор-столбец измерений y(i,j), считанных построчно из матрицы Y={y(i,j)}; - вектор-столбец искомых значений аппаратной функции α(i,j), записанных построчно из матрицы {α{i,j)}; - вектор-столбец помех p(i,j); Х1-(M-2m)(N-2n)×(2m+1)(2n+1) - матрица элементов x(i,j), переписанных из матрицы X по определенному правилу, изложенному, например, на языке MATLAB:

Из (4) по критерию минимума квадрата нормы

то есть МНК, находится оценка вектора относительно и Х1:

умножением справа вектора на матрицу весовых коэффициентов:

При необходимости для обращения матрицы в (5) используется регуляризация: . Однако число наблюдений в у больше числа оцениваемых параметров в векторе и матрица хорошо обусловлена.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Предварительно выполняют следующие операции:

1.1. Известная матрица ХЭ={xЭ(i,j)}, , эталонного изображения представляется в форме матрицы Х1.

1.2. При сканировании поля эталонного изображения ХЭ по пространству получается матрица YЭ, которая переписывается в вектор .

1.3. По формуле (5) вычисляется матрица весовых коэффициентов W и вектор умножается справа на эту матрицу. В результате получается вектор оптимальных оценок , элементы которого записываются в матрицу оценок значений аппаратной функции .

1.4. Для найденной матрицы вычисляется матрица весовых коэффициентов .

2. В рабочем режиме при восстановлении изображения X выполняют следующие операции:

2.1. При сканировании поля искомого изображения X по пространству получается матрица наблюдений Y, которая переписывается в вектор .

2.2. Вектор умножается справа на матрицу Н, в результате получается вектор оптимальных оценок .

2.3. Элементы вектора построчно переписываются в матрицу , которая представляет восстановленное изображение объекта.

Замечание. Взятые из состава вектора оценки аппаратной функции можно использовать и при других способах восстановления изображений, например с помощью восстанавливающего фильтра Винера в частотной области [5].

Литература

1. Николаев А.Г., Перцов С.В. Радиотеплолокация (пассивная радиолокация). М.: Сов. радио, 1964. 335 с.

2. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы: в 2 т. / Т. 1. М.: ИКИ РАН, 2014. 544 с.

3. Патент RU 2292060.

4. Патент RU 2379706.

5. Василенко Г.И., Тараторин A.M. Восстановление изображений. М.: Радио и связь, 1986. 304 с.

Способ восстановления изображений при неизвестной аппаратной функции, заключающийся в умножении вектора наблюдений справа на матрицу весовых коэффициентов H, рассчитанную по методу наименьших квадратов (МНК) ошибок восстановления, что дает в результате оптимальный вектор искомого изображения , отличающийся тем, что перед операциями восстановления формируется вектор наблюдений эталонного изображения , который умножается справа на матрицу весовых коэффициентов W, рассчитанную для эталонного изображения по критерию МНК ошибок оценивания аппаратной функции, в результате получается оптимальный вектор оценок аппаратной функции , элементы которого используются при вычислении матрицы весовых коэффициентов H.
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
СПОСОБ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ НЕИЗВЕСТНОЙ АППАРАТНОЙ ФУНКЦИИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 95 items.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
27.10.2013
№216.012.781c

Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в медицинской практике для дистанционной регистрации процессов дыхания и сердечной деятельности пациента в реальном времени. Устройство для дистанционной регистрации процессов сердцебиения и дыхания пациента содержит в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496410
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7896

Способ формирования магнитотерапевтического воздействия и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для комплексной магнитотерапии. Способ заключается в размещении по всему телу пациента в два слоя, над и под ним, идентичных модулей в виде формирователей электромагнитного поля, подаче на них электрических сигналов регулируемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496532
Дата охранного документа: 27.10.2013
Showing 1-10 of 120 items.
20.08.2013
№216.012.5f0c

Способ определения показателей вариабельности сердечного ритма оператора в режиме реального времени и устройство для его осуществления

Изобретение относится к медицине. При осуществлении способа электрокардиосигнал фильтруют, дискретизируют по времени. В q первых кардиоциклах выделяют опорные точки, определяют длительности кардиоциклов, среднюю длительность кардиоциклов и число дискретных отсчетов N, соответствующее этой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489964
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.619c

Электростатический энергоанализатор заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела. Сущность изобретения заключается в том, что электростатический энергоанализатор заряженных частиц содержит коаксиально размещенные внутренний и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490620
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.61c3

Способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородно распределенного в пространстве и периодически изменяющегося во времени магнитного поля

Предложен способ неразрушающего объемного измерения векторной функции магнитной индукции неоднородного периодически меняющегося магнитного поля. В способе измерения мгновенных объемных состояний распределения неоднородного в пространстве магнитного поля осуществляются в местах, недоступных для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490659
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621d

Изотраекторный масс-спектрометр

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490749
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.621e

Электростатический анализатор энергий заряженных частиц

Изобретение относится к области энергетического анализа потоков заряженных частиц, возбуждаемых первичными электронами с поверхности твердого тела, и может быть использовано для улучшения аналитических и потребительских свойств электронных спектрометров, используемых для исследования объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490750
Дата охранного документа: 20.08.2013
27.08.2013
№216.012.65b7

Способ корректировки межконтактного зазора геркона

Изобретение может быть использовано в электронной промышленности при изготовлении герметизированных магнитоуправляемых контактов (герконов). Согласно данному способу в случае, когда магнитодвижущая сила срабатывания заваренного геркона не соответствует диапазону паспортных значений, производят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491676
Дата охранного документа: 27.08.2013
10.09.2013
№216.012.667c

Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство предварительной обработки электрокардиосигнала (ЭКС) содержит блок усиления (1), блок АЦП (2), вход которого подключен к выходу блока усиления (1), блок фильтра нижних частот (10). В устройство введены подключенные к выходу блока АЦП (2)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491883
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.09.2013
№216.012.687b

Устройство для вентиляции воздуха

Изобретение относится к системам продувки и очистки воздуха от пылевых, бактериальных и химических загрязнений в производственных помещениях. Устройство содержит коронирующие электроды, которые установлены между осадительными электродами один за другим в одной плоскости параллельно осадительным...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492394
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.09.2013
№216.012.6d4c

Способ обнаружения квантовых точек и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области диагностики полупроводниковых структур нанометрового размера и может быть использовано для обнаружения и классификации квантовых точек. Сущность изобретения: в способе обнаружения квантовых точек, расположенных на диагностируемом образце, образец пошагово...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493631
Дата охранного документа: 20.09.2013
20.10.2013
№216.012.7736

Способ образования двумерного линейного электрического поля и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496178
Дата охранного документа: 20.10.2013
+ добавить свой РИД