Методы повышения быстродействия и точности стабилизации изображения в прикладных телевизионных камерах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат наук Малашин, Дмитрий Олегович

• Малашин, Дмитрий Олегович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Малашин, Дмитрий Олегович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Список используемых сокращений

Введение

1 Обзор известных систем автоматической стабилизации изображения, постановка задачи

1.1 Виды современных систем стабилизации изображения

1.2 Системы автоматической стабилизации изображения на

основе косвенных методов измерения смещения изображения

1.3 Системы автоматической стабилизации изображения на

основе прямых методов измерения смещения изображения

1.4 Выводы и постановка задач исследования

2 Структурный синтез прецизионной быстродействующей системы стабилизации изображения

2.1 Структурный синтез фотоприемного блока прецизионного быстродействующего измерителя смещения изображения

2.2 Система автоматического управления в телевизионной камере с прецизионной быстродействующей системой стабилизации изображения

2.3 Выводы

3 Разработка методов повышения быстродействия и точности измерения смещения изображения

3.1 Разработка прямого метода измерения смещения изображения

с субпиксельной точностью

3.2 Разработка метода для определения интерполирующей функции ВКФ видеосигналов дополнительных фотоприемников при малых смещениях

3.3 Разработка алгоритма определения оптимальных параметров режекторного фильтра

Разработка алгоритма сокращения вычислительной сложности

3

вычислителя ВКФ

3.5 Разработка метода повышения частоты измерения смещения изображения

3.6 Выводы

4 Апробация и внедрение разработанных методов

4.1 Модельное исследование формы аппроксимирующей кривой АКФ изображений

4.2 Экспериментальная проверка формы аппроксимирующей

кривой АКФ изображений

4.3 Экспериментальная проверка точности прецизионного измерения смещения в зависимости от сюжетов изображения

4.4 Макет видеокамеры с субпиксельным измерителем

смещения

4.5 Выводы

Заключение

Список использованных источников

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г (Акты о внедрении)

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АКФ Автокорреляционная функция

АРВН Автоматическое регулирование времени накопления

АЦП Аналого-цифровой преобразователь

ВКФ Взаимно корреляционная функция

ВСнК Видеосистема на кристалле

ИС Измеритель смещения

ИУ Исполнительное устройство

КУ Комплекс управления

О Основание

ОБПФ Обратное быстрое преобразование Фурье

ОЦ Оптическая цепь

плис Программируемая логическая интегральная схема

пэ Подвижный элемент

СБИС Сверхбольшая интегральная схема

ско Среднеквадратичное отклонение

скси Система контроля смещения изображения

УСО Устройство стабилизации основания

УФ Устройство фиксации

ФП Фотоприемник

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы повышения быстродействия и точности стабилизации изображения в прикладных телевизионных камерах»

ВВЕДЕНИЕ

Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы видеоинформатики - стабилизации изображения в прикладных телевизионных камерах для использования, в первую очередь, в движущихся по неровным дорогам и бездорожью транспортных средствах. При этом акцент делался на частной, но достаточно актуальной задаче компенсации смаза изображения, вызываемого колебаниями визирной оси телекамеры при воздействии механических возмущений типа вибрации основания.

Актуальность темы. Актуальность этой работы связана с потребностью создания качественно нового класса телевизионных камер с автоматической стабилизацией изображения, способных компенсировать большие ускорения вибрации и обеспечивать высокую точность позиционирования исполнительного устройства в условиях жестких требований к масса-габаритным характеристикам изделия и призвана способствовать реализации федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России" на 2014-2020 г.

Узкий диапазон компенсируемых возмущений и собственно сама проблематика совмещения изображений — «вечная» проблема телевизионной техники. Одним из основоположников решения данной проблемы является У. Прэтт, рассмотревший вопрос совмещения изображений с точки зрения корреляционной и последовательной привязок. Группе задач посвященных автоматической стабилизации изображения и извлечению максимума полезной информации из телевизионного сигнала посвятил свои работы А. К. Цыцулин. В развитие методов цифровой и электронной стабилизации изображения вклад внесли труды Р. Вудса, Р. Гопсалеса, Ю. Б. Зубарева, В. П. Дворковича, Р. Е. Быкова и др. Проблематику совмещения аэрокосмических изображений методом локальной корреляции рассмотрели А. С. Потапов, И. А. Малышев, В. Р. Луцив. Задачи, связанные с

системами контроля смещения изображения, рассмотрели такие научные деятели, как: А. Хаяши, Я. Китогава, II. Е. Конюхов, Н. В. Кравцов, П. В. Николаев, Ю. Г. Якушев и др. В решение задач, относящихся к рассматриваемой проблеме, внесли вклад Д. Н. Еськов, М. И. Кривошеев, А. В. Петраков, Б. С. Тимофеев, И. II. Пустынский, И. П. Гуров, А. А. Бузников, М. Н. Голушко. Данная диссертация является развитием известных результатов в области стабилизации телевизионного изображения с акцентированием внимания на значительном расширении диапазона компенсируемых возмущений и повышению точности систем стабилизации.

Целью работы является улучшение качества изображения прикладных телевизионных камер в жестких условиях эксплуатации. Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1) разработка методов повышения быстродействия стабилизации изображения;

2) разработка методов достижения субпиксельной точности измерений в реальном времени малых смещений изображений;

3) апробация разработанных методов.

Основные методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы: меч оды теории оценивания, численные методы и методы математического моделирования.

Научная новизна. Научную новизну характеризуют следующие полученные научные результаты:

1. Предложен метод стабилизации изображений, основанный на прямом методе измерения смещения с субпиксельной точностью, отличающийся тем, что позволяет существенно расширить диапазон скоростей смещения визирной оси, при которых искажения смаза маскируются шумом.

2. Введена необходимость учета аппроксимации взаимно корреляционной функции изображений полиномом четвертой степени при субпиксельиых смещениях изображения.

3. Предложен алгоритм определения оптимальных параметров режекторного фильтра, основанный на нахождении компромисса между потерей точности и вычислительной сложностью фильтра.

Практическая значимость. Практическая значимость работы определяется выигрышами, достигнутыми благодаря эффективности разработанных методов повышения быстродействия и точности систем автоматической стабилизации изображения:

• предложенный метод измерения смещения изображений позволяет вплотную приблизиться к теоретическому пределу эффективности -маскированию шумом скоростного смаза (ошибок стабилизации);

• предложенная аппроксимация взаимно корреляционной функции полиномом четвертой степени, позволяет в зависимости от сюжета добиться точности измерения смещения изображения 0,006 ...0,07 пикселя;

• определены парамефы импульсной характеристики режекторного фильтра, обеспечивающие компромисс между потерей точности и вычислительной сложностью;

• расширение диапазона частот компенсируемых возмущений на 2 порядка за счет реализации системы измерения смещения изображения в виде ВСнК и распараллеливания считывания видеосигналов с линейных фотоприемников.

Диссертация содержит введение, четыре главы и заключение. Первая глава посвящена обзору известных систем автоматической стабилизации изображения, основанных на различных методах измерения смещения изображения [1]-[90]. Основной акцент в данной главе делается на существующие ограничения в рассматриваемых системах и ставится научная задача диссертации. Рассматриваются как системы стабилизации изображения, так и методы измерения смещения. Дается объективная оценка развития рассматриваемой области знаний на сегодняшний день.

Вторая глава посвящена структурному синтезу быстродействующей прецизионной системы стабилизации изображения. Рассматриваются

различные варианты построения фотоприемного блока, состоящего из основного и измерительных фотоприемников. Освещается создание следящей системы с отрицательной обратной связью в рамках разрабатываемых методов.

Третья глава посвящена разработке методов повышения быстродействия и точности измерения смещения изображения. Приводятся подробные данные о разработанной методике синтеза телевизионных камер со стабилизацией изображения. Аналитически обосновывается использование двух дополнительных ортогональных линейных фотоприёмников и предложенной аппроксимации корреляционной функции, позволяющее существенно расширить диапазон компенсируемых возмущений визирной оси. Показывается преимущества реализации измерителя смещения изображения в виде ВСпК.

Четвертая глава целиком посвящена апробации и внедрению разработанных методов. В ней представлены результаты, полученные в ходе проведения различных практических экспериментов позволяющие оценить достоверность используемой методики. Получены практические данные о форме аппроксимирующей кривой АКФ изображений, а также оценки измерения смещения изображения для различных сюжетов. Обоснованы различия в потенциальной точности определения координат сдвинутого изображения для основных и линейных фотоприемников.

Заключение подчеркивает внутреннее единство решенных задач, новизну и значимость полученных результатов и содержит выводы по диссертации, совокупность которых позволяет сделать вывод о решении поставленной задачи — разработки методов повышения быстродействия и точности стабилизации изображения в прикладных телевизионных камерах.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Предложенный способ построения телекамеры с множественными потоками информации на основе считывания видеосигналов не только с основного матричного фотоприёмника, но и с двух ортогональных линейных фотоприемников, позволяет повысить быстродействие прямого измерения

смещения изображения на два порядка по сравнению с телекамерой с единственным потоком видеоинформации.

2. Аппроксимация ВКФ полиномом четвертой степени при субпиксельных смещениях изображения средней детальности позволяет повысить точность измерения смещения изображения до 2 дБ по сравнению с аппроксимацией ВКФ полиномом второй степени.

3. Порядок режекторного фильтра обострения ВКФ должен определяться исходя из формализованного компромисса между потерей точности и вычислительной сложностью фильтра.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в разработках ООО «Пекод», НИР ОАО «НИИТ» и учебном процессе СПбГЭТУ «ЛЭТИ», о чём имеются акты внедрения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 2 из которых опубликованы в журнале, входящем в перечень ВАК, 4 работы содержатся в сборниках материалов научных конференций. Получен 1 патент РФ на изобретение. По одной заявке на изобретение имеется решение о выдаче патента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на:

- научно-технических конференциях СПбНТО РЭС имени A.C. Попова, СПб, 2012, 2013 гг.;

- международных научно-технических конференциях "Телевидение: передача и обработка изображений", СПб, 2012, 2013 гг.;

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2012, 2013, 2014 гг.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из списка используемых сокращений, введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 109 наименований. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 3 таблицы.

1 ОБЗОР ИЗВЕСТНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

1.1 Виды современных систем стабилизации изображения

Перед рассмотрением непосредственно систем стабилизации изображения, следует, прежде всего, отметить параметры возмущающих воздействий. При движении транспортного средства по бездорожью возникают высокочастотные колебания от 1000 Гц и выше. Конкретный диапазон возмущающих воздействий в каждом конкретном случае разный, он определяется такими параметрами как неоднородность почвы, состав почвы, скорость движения транспортного средства, масса транспортного средства и т.д. Как правило, основные вибрации присутствуют на частотах от О до 5 кГц. Данным диапазоном и ограничимся при постановке задач диссертации.

Современные системы стабилизации изображения можно классифицировать по множеству различных критериев: по типу исполнительного устройства, по диапазону компенсируемых возмущений, по виду используемого измерителя смещения изображения, по точности стабилизации и др.

В целом, все системы стабилизации можно классифицировать по следующим видам: оптическая, механическая, цифровая, электронная, программная. Также сюда можно отнести различные комбинации представленных систем.

Целенаправленный выбор предполагаемой схемы оптического прибора со стабилизацией изображения в основном определяется принципом построения системы управления, которая обязана с высокой чувствительностью реагировать на внешние возмущения широкого спектра частот, вызвавших смещение изображения. В этом случае, при создании

системы стабилизации, можно выделить два направления. Первое направление связано с применением различных лазерных или механических высокочувствительных гироскопов, фиксирующих перемещения подвижного основания в пространстве и выдающих соответствующие сигналы на следящие системы, управляющие исполнительными устройствами прибора и компенсирующие динамические сдвиги изображения. Ко второму направлению можно отнести использование различных информационных систем контроля смещения изображения в координатных осях фокальной плоскости и с созданием замкнутых систем управления непосредственно по изображению[1].

Вернемся к основной классификации систем стабилизации. Под программной стабилизацией изображения, как правило, понимают оперирование уже готовыми потоками видеоданных. Наиболее распространенными на сегодняшний день, являются программные продукты, которые по анализу смаза изображения на полученном кадре, восстанавливают исходное изображение. Данная обработка выполняется непосредственно на персональном компьютере и занимает большое количество времени. Не так давно появилось новое направление в системах автоматической стабилизации, а именно программные системы стабилизации реального времени. Иногда их относят к классу цифровых систем стабилизации, что, по моему мнению, является более правильным. Целесообразно называть их цифровые системы стабилизации реального времени.

Цифровая стабилизация изображения реального времени может быть разделена на 3 части, а именно: предварительная обработка изображения, глобальная система оценивания движения и система сглаживания/коррекции изображения [2].Предварительная обработка изображения, в основном, -низкоуровневая обработка изображения и характеризуется большим количеством входных данных и простых вычислений. Она включает в себя следующие составляющие: световую компенсацию, операцию сдвига,

операцию усреднения, операцию порога, генерацию таблиц соответствия и коррекцию гистограмм. Система оценивания движения отвечает за оценивание глобальных межкадровых векторов движения, которые направляются системе коррекции движения. Система компенсации движения выполняет стабилизацию последовательности изображений в соответствии с глобальной моделью движения.

На сегодняшний день, активно развивается огромное количество различных систем цифровой стабилизации изображения. Чаще всего, оценивание перемещения основано на алгоритме согласования блоков [3,4] и фазовом корреляционном алгоритме [5,6,7]. В алгоритмах согласования блоков, в частности, выделяют алгоритмы согласования точек, алгоритм согласования краев профилей, согласование разрядных матриц в коде Грея и блоковой фильтрации векторов перемещения. Но эти алгоритмы не столь эффективны при одновременно двух видах движения камеры: поступательного и вращательного. Для этой цели используется метод фазовой корреляции для оценивания перемещения, который позволяет достичь лучших качественных результатов.

Опишем краткий алгоритм метода фазовой корреляции[2] (смотри рисунок 1.1):

Определение корреляционного пространства:

- Поделить изображения / ^ _ ^ и I ^ (предыдущее и настоящее

изображение) на блоки пикселей 64x64, названные под-изображением,

- Выполнить двумерное БПФ (быстрое преобразование Фурье) над каждым блоком,

- Взять двумерное ОБПФ (обратное быстрое преобразование Фурье) и идентифицировать наиболее доминантный пик,

- Использовать координаты пика как предполагаемые вектора для сопоставления 16x16 блоков,

- Нормированное пересечение спектра двумерного ОБПФ - это фазовое корреляционное пространство.

Определение глобальных векторов движения:

- Анализ наибольших пиковых значений амплитуды и значений их координат, известных как локальный вектор движения,

- Взять среднюю величину двух наибольших локальных векторов движения четырех соседствующих пикселей

- Усреднение обнаруженного локального вектора движения, известно как глобальный вектор движения (ГВД).

Необходимо сказать несколько слов о практической реализации данного алгоритма (рисунок 1.2 и рисунок 1.3). В данном случае, это было реализовано в виде отдельного печатного узла, совместимого с PCI [2]. В качестве основных обрабатывающих микросхем были взяты 6 микросхем Virtex 2. Разрешение 320x240 пикселей(2006 г).

Теперь перейдем непосредственно к несколько другому методу стабилизации изображения, а именно электронному. Иногда, его тоже относят к цифровой стабилизации изображения.

Так какой же смысл несет в себе это понятие — "электронная стабилизация"? Данный термин появился сравнительно недавно в период бурного развития систем обработки информации. Этот метод предоставляет возможность отойти от использования различных исполнительных устройств (ИУ), применяемых в других видах стабилизации, что в свою очередь позволяет получить большую степень микроминиатюризации аппаратуры.

Альтернативный способ электронной стабилизации использует ту же концепцию "вырезания окна". Отличие заключается только в том, что активная (эффективная) область изображения формируется не из готовых кадров, а, образно говоря, на самой ПЗС матрице. На фоточувствительном элементе камеры выбирается центральная часть, на которой располагается эффективная область изображения, а боковые пиксели играют роль "буфера". При дрожании камеры, изображение начинает перемещаться по матрице. Блок обработки регистрирует эти перемещения, и открывает окно в той части матрицы, куда было произведено смещение.

Рисунок 1.1 - Расположение под-изображений, используемых для оценки

локального движения

Щ'ЙНЕ) Е£!<£> йЛШ &&ЯКШ □ а? Й Я V

Рисунок 1.2 — Пример программной стабилизации изображения реального

времени

CLOSE

STOP

ЕИУ (F) @2(E) ЙЖУ) E§a(H)

Рисунок 1.3 - Пример программной стабилизации изображения реального

времени

Захват Изображения

\ /

Деление кадра на шроблоки

л

аыполнение гространстоеена оценки

47

IСохранение пространолденных статистик

\

Выполнение оценки движения

¿охранение оценок движения

Интегрирование 6 глобальные бектора

ддижения

±

Обрез текущего изображения 3 соответствии с глобальными Лекторами движения

Рисунок 1.4 - Упрощенная блок-схема электронной стабилизации

изображения

На рисунке 1.4 представлена типичная упрощенная блок-схема электронной стабилизации изображения с вырезанием "окна". Прежде всего, происходит захват изображения. Потом кадр делится на макроблоки. Методом параллельной обработки выполняется пространственная оценка и оценка движения.

После того как эти характеристики интегрируются в глобальные вектора движения, происходит обрез текущего изображения в соответствии с этими векторами (рисунок 1.5) [8].

На сегодняшний день, производители электронных компонентов (к примеру, фирма РЬоитйэсш) активно развивают направления производства КМОП матриц с поддержкой формирования отдельных считывающих областей или окон, в том числе множественных областей считывания. Это дает возможность считывать данные с матрицы с разной кадровой частотой, что позволяет в свою очередь увеличить диапазон компенсируемых ускорений. Данную особенность необходимо осознать с целью лучшего понимания изложенного в основной части диссертации. Именно технологические возможности современных производств элементной базы электронных компонентов, в частности фотоприемников, обеспечивают ряд выигрышей в функционале и производительности которые можно достигнуть.

Широкое применение нашли системы оптической и механической стабилизации изображения. Суть этих систем достаточно точно отражают названия: "оптическая" и "механическая". Под механической системой стабилизации изображения чаще всего подразумевают автоматическую стабилизацию, в которой используется механическое перемещение отдельных частей камеры для компенсации сдвига изображения. На физическом уровне это достигается использованием специализированных приводных систем. Отличие оптической стабилизации от механической выражается в том, что компенсация нежелательного перемещения

1Н

IV

Рисунок 1.5 - Вырезание фрагмента изображения при электронной

стабилизации изображения

изображения происходит за счет использования оптической системы, представленной в виде линзы или системы линз.

Обе вышеуказанные системы стабилизации изображения используют специальные приводные механизмы. В оптической системе помимо погрешности позиционирования ИУ добавляются аберрации вносимые системой линз.

С другой стороны перемещение оптической линзы в целом гораздо менее энергоемко, нежели перемещение других частей телевизионной камеры, которые используются при механической системе стабилизации изображения.

В качестве примера типичной механической системы стабилизации изображения рассмотрим систему стабилизации, представленную на рисунках 1.6 и 1.7 [9] . Принцип действия достаточно прост. Компенсация смещения изображения осуществляется непосредственно перемещением печатной платы с закрепленным на ней фоточувствительным элементом. В роли приводов выступают специальные электрические магниты, расположенные на соседнем печатном узле.

В качестве системы измерения смещения используются датчики положения, основанные на Эффекте Холла. Главное достоинство этих датчиков заключается в отсутствии механических движущихся частей и высоком быстродействии (до 100 кГц). Благодаря этому датчики Холла отличаются высокой надежностью, долговечностью и не требуют физического контакта с измеряемой средой.

На рисунке 1.8 представлен график [9], иллюстрирующий отклики системы на возмущающие воздействия. График представлен для 3-х состояний магнитного материала: горячего, нормального и холодного. Это обусловлено изменением вязкости феррофлюида с изменением температуры.

Рисунок 1.9 [9] иллюстрирует величины возможного частотного диапазона компенсируемых возмущений опять же для 3-х различных температур (от горячего к холодному сверху вниз).

Рисунок 1.6-Система стабилизации изображения, использующая магнитную систему перемещения

I

X

Рг

Рисунок 1.7 - Система стабилизации изображения, использующая магнитную

систему перемещения. Вид сбоку

Г

0.2 0.3

Время(с)

Рисунок 1.8 -Зависимость времени отклика системы управления от величины

возмущений

Частота(Гц)

ш >

н X

с; с

пз ш

X I

си 3

0

1 н О

Рисунок 1.9 - Зависимость частоты компенсируемых возмущений от

отношения амплитуд

Очевидно, что использовать данный вид стабилизации при воздействиях выше 30 Гц представляется достаточно проблематичным. Данная система стабилизации может найти ограниченное применение для компенсации низкочастотных возмущений, например, в различных фотоаппаратах и телевизионных камерах дешевого сегмента.

Рассмотрим упрощенную схему (рисунок 1.10) оптической стабилизации изображения с использованием жидкостных линз [10]. Для компенсации возмущающих воздействий по каждой из осей требуется по две жидкостных линзы. Особенность жидкостных линз заключается в том, что они могут изменять своё фокусное расстояние под действием электрического тока. Такой подход позволяет создавать системы стабилизации изображения без использования механического перемещения линз. Недостаток данного подхода, при котором в качестве ИУ выступает жидкостные линзы, в относительно небольшом диапазоне компенсируемых возмущений. Это связано с недостаточной скоростью изменения фокального расстояния линз.

Популярной является система стабилизации изображения на линейных двигателях [11]. В ее состав входит непосредственно линза, перемещение которой и осуществляет коррекцию изображения, а также контроллер осуществляющий управление (рисунок 1.11). Данная система может компенсировать более высокие частоты вибраций за счет особенностей линейных двигателей.

К недостаткам данной системы можно отнести относительно низкую точность позиционирования ИУ, а также высокое энергопотребление и сложность обеспечения электромагнитной совместимости в аппаратуре. К несомненным достоинствам относится невысокая себестоимость производства изделия.

В качестве интересного ИУ для стабилизации визирной оси телекамеры можно использовать устройство компании Physik Instrumente - гексапод на пьезоприводах. На рисунке 1.12 показан общий вид устройства.

4„:ь

£

1 1........ - 1 —

Рисунок 1.11— Система стабилизации изображения на линейных двигателях

Данное изделие осуществляет перемещения на расстояние до 50 мм во всех плоскостях и позволяет компенсировать частоты порядка 1 кГц с субпиксельной (около 0.5 мкм) точностью. К недостаткам можно отнести чрезвычайно высокую стоимость и большие габаритные размеры.

На сегодняшний день существует множество более современных пьезоприводных систем отвечающих всем современным требованиям к микроминиатюризации, точности, надежности и скорости перемещений. Изделие, представленное на рисунке 1.13 (фирма Physik Instrumente, М-661), может осуществлять перемещения с ускорением до 20g при шаге перемещения 100 нм и диапазоне перемещения 20 мм. Это ИУ является, пожалуй, одним из лучших на сегодняшний день в серийном производстве. Это устройство обладает единственным недостатком — высокой стоимостью, однако для использования в системах стабилизации изображения специального применения может быть чрезвычайно эффективным.

Очевидно, что единственная причина, по которой отсутствуют высокоскоростные высокоточные системы стабилизации изображения, заключается в недостатках существующих систем измерения смещения, так как ИУ уже могут обеспечивать необходимую точность и быстродействие, а систем измерения смещения способных обеспечить необходимое быстродействие, по сути, нет.

Прежде чем непосредственно перейти к рассмотрению существующих систем измерения смещения, выделим несколько характерных концепций построения видеоинформационных систем [AI]:

•учёт семантической смены сюжета или концепция малокадрового телевидения, предложенная С. И. Катаевым и вошедшая в практику космического телевидения [12], позже получившая развитие в виде адаптации кадровой частоты к динамике сюжета для максимизации количества информации в кадре [13];

• учёт влияния подвижности изображения на разрешающую способность телевизионной системы [14], в том числе при наблюдении Земли из космоса

Рисунок 1.13 - Сверхскоростной миниатюрный пьезопривод

[15], позволивший формализовать требования к стабилизаторам изображений, в частности, в современных цифровых фотоаппаратах, где реализуются косвенные методы оценки возмущения визирной оси с помощью датчиков ускорений [16];

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Малашин, Дмитрий Олегович, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Под ред. Еськова Д.Н., Новикова В.А. - М.: Машиностроение, 1988. - 236с.

2. Bibhuti Bikramaditya, Ohyun Kwon, Sateesh Kumar Talapuri Venkata Sail, Benjamin Ryu, Joonki Paik. Reconfigurable VLSI architecture design for real time image stabilization // Electronic Journal «Technical Acoustics». — 2006, №1

3. J. K. Paik, Y. C. Park, D. W. Kim. An adaptive motion decision system for digital image stabilizer based on edge pattern matching // IEEE Trans. Consumer Electronics. - 1992. Vol. 38. - P. 607-615.

4. K. Uomori, A. Morimura, H. Ishii, Y. Kitamura. Automatic image stabilization system by full-digital signal processing // IEEE Trans. Consumer Electronics. - 1990. Vol. 36. - P. 510-519.

5. S. Erturk. Digital image stabilization with Sub-image Phase correlation based global Motion Estimation // IEEE Trans. Consumer Electronics. —2003. Vol. 49.-P. 1320-1325.

6. S. Erturk, T. J. Dennis. Image sequence stabilization based on DFT filtering // IEEE Proc. on Image Vision and Signal Processing. Vol. 127. - 2000. - P. 95102.

7. H. Foroosh, J. B. Zerubia, M. Berthod. Extension of phase correlation to subpixel registration // IEEE Trans. Image Processing. - 2002. Vol. 11. -P. 188— 200.

8. Pat. US2007/0236578 Al. Electronic video image stabilization / Raghavendra C. N., Narendranath M. Publ. 11.10.2007.

9. Pat. US2006/0018643 Al. Magnet Configuration for image stabilization / Stavely D.J., Baker P.B. Publ. 26.01.2006.

10. Pat. US2009/0141352 Al. Liquid optics image stabilization / Jannard J. H, Neil I. Publ. 04.06.2009.

11. Pat. US005786936A. Image stabilizing device / Baumann H., Craczyh W. Publ. 28.06.1998.

12. Брацлавец П. Ф., Росселевич И. А., Хромов JI. И. Космическое телевидение. - М.: Связь, 1973. - 248 с.

13. Хромов JI. И., Цыцулин А. К., Куликов А. Н. Видеоинформатика. - М.: Радио и связь, 1991. - 192 с.

14. Рыфтин Я. А. Телевизионная система. Теория. - М.: Советское радио, 1967.-271 с.

15. Бузников А. А., Купянский А. В. Динамическое совмещение полутоновых аэрокосмических и графических изображений.// Изв. Вузов, сер. «Геодезия и аэрофотосъемка», 1993, №3, с. 102-107.

16. Ушольд А. Системы стабилизации изображения.// Foto & Video, №7, 2007, с. 76-81.

17. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. - М.: Мир, 1982, кн. 1-312 е., кн. 2-480 с.

18. Березин В. В., Манцветов А. А. Система цифровой стабилизации телевизионного изображения //. Приборы и техника эксперимента. 1995, вып. 6, с. 74-78.

19. Воронцов М. А., Корябин А. В., Шмальгаузен В. И. Управляемые оптические системы. - М.: Наука, 1988.

20. Фахми Ш. С., Цыцулин А. К., Переспелое А. В. Патент РФ № 2384967. Способ стабилизации изображений // Опубл. 20.03. 2010 Б.И. № 8.

21. Pat. US2009/0003812 Al. Image stabilizer / ICawai S. Publ. 01.01.2009.

22. Pat. US2008/0273092 Al. Micro-optical image stabilizer / Chiou J., Lin Y., Chen Т., Tseng C., Tsai C. Publ. 06.11.2008.

23. Pat. US2013/0107064 Al. Sensor aided image stabilization / Venkatraman S., Puig C.M. Publ. 02.05.2013.

24. Быков P. E., Фрайер P., Манцветов А. А. и др. Цифровое преобразование изображений / Под ред. Профессора Р. Е. Быкова. - М.: Горячая линия - Телеком, 2003. - 228с.

25. Петраков А.В. Совмещение разноспектрозональных и прецизионных телевизионных растров,- М., Радиософт, 2009. — 208 с.

26. Parker - Smith N. N. Automatic Colour Television Camera // Sound and Vision Broadcasting. - 1970. Vol. 11, №2. P. 3-11.

27. Петраков А. В. Специальный телевизионный автомат съема информации с искровых камер // Информ. бюллетень СНИИП. 1969. №3. С. 45^49.

28. А. с. 283333 (СССР). Способ измерения стабильности растра передающей телевизионной трубки / А. В. Петраков, В. П. Горохов, В. А. Клевалин // Опубл. в Б. И., 1970, №31.

29. Петраков А. В., Горохов В. П., Клевалин В. А. Измерение нестабильности растра передающих телевизионных трубок // Техника кино и телевидения. 1971. №6. С. 52-53.

30. Петраков А. В. , Харитонов В. М., Горохов В. П. и др. Исследование основных характеристик телевизионного съема информации с искровых камер // Препринт Ереванского физического ин-та АН Арм. ССР. ЕФИ-ВИТ-1 (68). - Ереван: ЕФИ, 1968. - 28 с.

31. Петраков А. В. Исследование телевизионного метода регистрации ядерных частиц в искровых камерах. Дисс... канд. техн. наук. - М.: МИФИ, 1969.-205 с.

32. Петраков А. В. О быстродействии телевизионных комплексов бесфильмового съема информации с искровых камер // Изв. АН АрмССР. Сер. «Физика». 1974. Т. 9. С. 510-515.

33. Петраков А. В., Торбаев В. И. Об оптимизации совмещения растров камер цветного телевидения // Техника кино и телевидения. 1978. №1. С. 6567.

34. А. с. 260978 (СССР). Преобразователь координат треков искровой камеры в цифровой код / А. В. Петраков, В. П. Горохов, В. А. Клевалин, В. М. Харитонов // Опубл. в Б. И., 1970, №4.

35. А. с. 374649 (СССР). Преобразователь координат объектов в цифровой код / А. В. Петраков, В. А. Клевалин, В. И. Горелова // Опубл. в Б. И., 1973, №15. С. 116.

36. А. с. 384110 (СССР). Устройство для преобразования координат треков искровой камеры / В. А. Клевалин, Б. А. Лебедев, А. В. Петраков // Опубл. в Б. И., 1973, №24.

37. А. с. 424006 (СССР). Способ бесконтактного измерения размеров / А. В. Петраков, В. П. Горохов, В. А. Клевалин // Опубл. в Б. И., 1974, №14. С. 121.

38. А. с. 433651 (СССР). Формирователь отклоняющего напряжения для телевизионной развертки / В. П. Горохов, А. П. Петраков, В. И. Горелова // Опубл. в Б. И., 1974, №23. С. 169.

39. А. с. 457186 (СССР). Устройство для измерения неравномерности перемещения электронного луча передающих телевизионных трубок / А. В. Петраков, В. А. Клевалин // Опубл. в Б. И., 1975, №2.

40. А. с. 498759 (СССР). Устройство автоматического контроля параметров растра телевизионной трубки / А. В. Петраков // Опубл. в Б. И., 1976, №1. С. 182.

41. А. с. 634485 (СССР). Устройство для формирования сигнала момента смены телекиносюжетов / А. В. Петраков, В. И. Торбаев // Опубл. в Б. И., 1978, №43.

42. А. с. 653768 (СССР). Устройство контроля и стабилизации размеров и положения растра передающей телевизионной трубки / А. В. Петраков, В. И. Торбаев, 3. К. Белявская, В. Н. Петракова // Опубл. в Б. И., 1979, №11.

43. А. с. 896792 (СССР). Устройство для автоматического контроля совмещенности растров в многотрубочных телекамерах / А. В. Петраков, В. И. Торбаев // Опубл. в Б. И., 1982, №1.

44. А. с. 936455 (СССР). Способ регистрации излучения от объектов с регулируемой яркостью / А. В. Петраков // Опубл. в Б. И., 1982, №22.

45. А. с. 1154739 (СССР). Способ ориентации растра передающей телевизионной трубки относительно измеряемого объекта / // Опубл. в Б. И., 1985, №17. С. 191.

46. Системы технического зрения: Справочник / Сырямкин В. И., Титов В. С., Якушенков Ю. Г. и др. // Под общей редакцией Сырямкина В. И., Титова В. С. - Томск: МГП "РАСКО", 1992. - 367 с.

47. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2 т.: Пер. с франц. А. Ф. Горюнова, А. В. Крянева под ред. Н. Г. Волкова. -М.: Мир, 1983. Том 1. -311 с.

48. Бендат Дж., Пирол А. Применение корреляционного и спектрального анализа: Пер. с англ. А. И. Кочубинского, В. Е. Привальского под ред. И. Н. Коваленко. - М.: Мир, 1983. - 310 с.

49. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции: В 3 томах / пер. с англ. под ред. В. И. Тихонова, В. Т. Горяинова. - М.: Сов. Радио, 1972 - 1977.-Том 1.-744 с.

50. Цифровое кодирование телевизионных изображений / И. И. Цуккерман, Б. М. Кац, Д. С. Лебедев и др. // Под ред. И. И. Цуккермана. - М.: Радио и связь, 1981. - 239 с.

51. Быков Р. Е. , Гуревич С. Б. Анализ и обработка цветных и объемных изображений. - М.: Радио и связь, 1984. - 248 с.

52. Красильников H. Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. -М.: Радио и связь, 1986. -248 с.

53. Дуда Р., ХартП. Распознавание образов и анализ сцен: пер. с англ. Г. Г. Вайнштейна и А. М. Васьковского / под ред. В. Л. Стефанюка. - М.: Мир, 1976.-510 с.

54. Эндрюс Г. Применение вычислительных машин для обработки изображений / Пер. с англ. М.: Энергия, 1977. - 161 с.

55. Лебедев Д. С., Цуккерман И. И. Телевидение и теория информации. -М.: Энергия, 1965.-219 с.

56. Jain J. R., Jain А. К. Displacement measurement and its application in interframe image coding. // IEEE Trans. Commun. -1981. Vol. 29. - P. 17991806.

57. Методы вычислений на ЭВМ: Справочное пособие / Иванов В. В. -Киев: Наук. Думка, 1986. -584 с.

58. Королев Н. И. Достоверность корреляционного метода совмещения точечных изображений / Автометрия, 1993. № 5. - С. 103-110.

59. Ninomiya Y., Ohtsuka Y. A motion-compensatedinterframe coding scheme for television pictures. // IEEE Tran. Commun. - 1982. Vol. 30. - P. 201— 211.

60. Srinivasan R., Rao R. K. Predictive coding based on efficient motion estimation. // In ICC 1984. Proc. - 1984. - P. 521-526.

61. Paik J. K., Park Y. C., Park S. W. An edgeedge detector approach to digital stabilizer based on tri-state adaptive liner neurons. // IEEE Trans. Consumer Elec.- 1991. Vol. 37.

62. Березин В. В. Исследование методов и разработка устройств электронной стабилизации телевизионных динамических изображений. Дисс... канд. техн. наук. - СПб: ЛЭТИ, 1995. - 200 с.

63. Потапов А.С., Малышев И.А., Луцив В.Р. Совмещение аэрокосмических изображений с субпиксельной точностью методом локальной корреляции // Оптический журнал, 2004, вып. №5, С. 31-37.

64. V. N. Dvorchenko. Bounds on (deterministic) correlation functions with applications to registration // IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. PAMI-5. -1983. No. 2.-P. 206-213.

65. Q. Tian, M. N. Huhns. Algorithms for Subpixel Registration // Computer vision, graphics and image processing. - 1986. Vol. 35. - P. 220-233.

66. Тимофеев Б. С. Автоматическая настройка телевизионных систем с помощью микро-ЭВМ. - М.: Радио и связь, 1988. - 160 с.

67. Обухова PI. А. Субпиксельная оценка векторов движения // Известия высших учебных заведений России. Сер. Радиоэлектроника, 2007, вып. №3, С.53-63.

68. Катыс Г. П. Оптико-электронная обработка информации. - М.: Машиностроение, 1973. -447 с.

69. Козлов Ю. А. Устройства стабилизации и измерения линейных и угловых смещений изображений // Изв. ЛЭТИ. Автоматизация производственных процессов и установок, 1978, вып. 239, С. 69-76.

70. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. - М.: Мир, 1977. -216 с.

71. Ator J. Т. Image velocity Sensing with parallel-split reticles // Journal of the Optical Society of America. - 1963. Vol. 53. №12-P. 1416-1422.

72. Кравцов H. В., Чирков Л. E., Поляченко В. Л. Элементы оптоэлектронных информационных систем. - М.: Наука, 1970. - 223 с.

73. Мирошников М. М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. - Л.: Машиностроение, 1983. -420 с.

74. Павлов А. В. Оптико-электронные приборы. Основы теории и расчета. - М.: Энергия, 1974. - 359 с.

75. Якушенков Ю. Г. Оптические системы фотоэлектрических устройств. -М.: Машиностроение, 1966. - 160 с.

76. Конюхов Н. Е. , Плют А. А., Шаповалов В. М. Оптоэлектронные измерительные преобразователи. - Л.: Энергия, 1977. - 160 с.

77. Кравцов Н. В., Стрельников Ю. В. Позиционно-чувствительные датчики оптических следящих систем. - М.: Наука, 1969. - 117 с.

78. Николаев П. В., Сабинин Ю. А. Фотоэлектрические следящие системы. - Л.: Энергия, 1969. - 136 с.

79. Якушенков Ю. Г. Основы оптико-электронного приборостроения. -М.: Советское радио, 1977. - 270 с.

80. Белоглазов И. Н., Тарасенко В. П. Корреляционно-экстремальные системы. - М.: Советское радио, 1974. - 392 с.

81. Жовинский В. Н., Арховский В. Ф. Корреляционные устройства. -М.: Энергия, 1974. -248 с.

82. Катыс Г. П. Оптические информационные системы роботов и манипуляторов. - М.: Машиностроение, 1977. - 272 с.

83. Козубовский С. Ф. Корреляционные экстремальные системы: Справочник. — Киев: Наукова думка, 1973. -223 с.

84. Vander Ingt A. Optical Processing // Proceedings Development in Holography.SPIE. Seminar Proceedings. - 1974. № 9 - P. 740-733.

85. Fourner-Siere A., Cicourt C. Le FOC in instrument European pour le telescope spatial // L. Aeronautique et Г Astronautique. - 1980. № 4 - P. 59-70.

86. Алпатов Б. А., Бабаян П. В., Стротов В. В. Исследование двух методов слежения за фоновым изображением для бортовой видеоинформационной системы // 4-ая Международная конференция "Телевидение: передача и обработка изображений": сборник докладов, СПб, 2005, с. 93-94.

87. Brown L. G. A survey of image registration techniques // ACM Computing Surveys. - 1992. Vol. 24. № 4 - P. 325-376.

88. Бачило С. А., Дзягун Д. IO., Интенберг И. И. и др. Средства электронной стабилизации телевизионных изображений для подвижных систем наблюдения // Тез. докл. 4-й конф-DSPA. М.: МЦНТИ, 2002, с. 252254.

89. Rao М. Target recognition using cepstrum and inverse filtering // Proc. of SPIE. - 1995. Vol. 2484: Signal Processing, Sensor Fusion and Target Recognition IV.-P. 224-235.

90. Reddy B. S., Chatterji B. N. An FFT-based technique for translation, rotation and scale-invariant image registration // IEEE Trans, on Image Processing. .- 1996. Vol. IP-5. № 8 - P. 1266-1271.

91. Справочник по теории автоматического управления Цифровое кодирование телевизионных изображений / А. Г. Александров, В. М. Артемьев, В. Н. Афанасьев и др. // Под ред. А. А. Красовского. - М.: Наука, 1987.-712 с.

93. Солодовников В. В., Дмитриев А. Н., Егупов II. Д. Спектральные методы расчета и проектирования систем управления. - М.: Машиностроение. - 1986. - 440 с.

94. Солодовников В. В., Тумаркин В. И., Егупов Н. Д. Теория сложности и проектирование систем управления. -М.: Наука. - 1990. - 168 с.

95. Астроследящие системы / Б. К. Чемоданов, В. JI. Данилов, В. Д. Нефидов // Под ред. Б. К. Чемоданова. - М.: Машиностроение, 1977. - 304 с.

96. Николаев П. В., Сабинин Ю. А. Фотоэлектрические следящие системы. М.: Книга по требованию, 2013. - 138 с.

97. Первачев С. В., Валуев А. А., Чиликин В. М. Статистическая динамика радиотехнических следящих систем. - М.: Сов. радио. - 1973. - 488 с.

98. Иванова J1. А., Мелешко А. В., Пятков В. В., Ресовский В. А. Метод автоматической компенсации вибраций в теневом приборе с использованием оптимального дискриминатора // Изв. Вузов, сер. «Приборостроение», 2012, №7, с. 52-54.

99. Фалькович С. Е. Оценка параметров сигнала. М.: Сов. радио, 1970. -336 с.

100. Бачевский С. В., Иванова J1. А., Пятков В. В., Ресовский В. А. Методика анализа динамических ошибок в комбинированных телевизионных следящих системах // Вопросы радиоэлектроники, сер. «Техника телевидения», 2010, №1, с. 84-89.

101. Yamamoto К., Maeda Yu., Masaki Ya. A CMOS image sensor with high-speed readout of multiple regions-of-interest for an opto-navigation system // Proc. SPIE. - 2005. Vol. 5677. - P. 90-97.

102. Голушко M. H. Интерполяция дискретного видеосигнала в автоматических телевизионных системах. // Техника средств связи, сер. Техника телевидения, 1983, вып. №5, С. 63-71.

103. Huertas A, Medioni G. Detection of intensity changes with subpixel accuracy using Laplacian-Gaussian masks // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. Vol. 8(5). - P. 651-664.

104. Березин В. В., Умбиталиев А. А., Фахми LLI. С., Цыцулин А. К., Шипилов Н. Н. Твердотельная революция в телевидении. - М.: Радио и связь. -2006.-312 с.

105. Цыцулин А. К. Телевидение и космос. - СПб: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». -2003.-225 с.

106. Лабинер Р., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. / Пер. с англ. Зайцева А. Л., Назаренко Э. Г., Тетекина Н. Н. — М.: Мир, 1978.-848 с.

107. Фрэнке Л. Теория сигналов. М.: Мир. - 1974. - 344 с.

108. Тимофеев Б. С., Астратов О. С. Автоматическая настройка телевизионных систем. - СПб.: - ГААП, 1994. - 57 с.

109. Ванштейн Л. А., Зубаков В. Д. Выделение сигналов на фоне случайных помех. - М.: Советское радио. - 1960. - 448 с.

Авторский список литературы

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России'.

Al. Малашин Д. О. Автономная стабилизация изображений в процессе накопления видеоинформации [Текст] / А. К. Цыцулин, Ш. С. Фахми, А. А. Манцветов, Д.О. Малашин, И. А. Зубакин // Оптический журнал, 2012, вып. 11, с.67 - 75.

А2. Малашин Д. О. Экспериментальное исследование прямого метода измерения смещения изображения с субпиксельной точностью [Текст] / Д.О. Малашин // Известия высших учебных заведений России, сер. Радиоэлектроника, 2013, вып. 3, с.55 - 58.

Патенты

A3. Малашин Д. О. Видео система на кристалле для стабилизации изображения // Цыцулин А.К., Фахми Ш.С., Малашин Д.О. Патент России № 2486688. 2013. Бюл. № 18.

А4. Малашин Д. О. Устройство стабилизации изображения // Цыцулин А.К., Малашин Д.О., Зубакин И. А., Манцветов А. А. Заявка № 2012153097. Решение о выдаче патента от 15. 01. 2014.

Другие статьи и материалы конференций:

А5. Малашин Д.О. Скоростное измерение смещения изображения [Текст] / Д.О. Малашин // 67 научно-техническая конференция СПбНТОРЭС : труды конференции, СПб, 2012, с. 204-205.

А6. Малашин Д.О. Моделирование автокорреляционной функции реальных изображений при субпиксельных смещениях [Текст] / И. А. Зубакин, Д. О. Малашин // 9-ая Международная конференция "Телевидение: передача и обработка изображений": сборник докладов, СПб, 2012, с. 64-66.

А7. Малашин Д.О. Создание прикладных телевизионных камер с автоматической стабилизацией изображения на основе субпиксельного измерения смещения изображения [Текст] / Д. О. Малашин // 68 научно-техническая конференция СПбНТОРЭС: труды конференции, СПб, 2013, с. 248-249.

А8. Малашин Д. О. Исследование прямого метода измерения смещения изображения с субпиксельной точностью [Текст] / Д. О. Малашин // 10-ая Международная конференция "Телевидение: передача и обработка изображений": сборник докладов, СПб, 2013, с. 81-84.