Оценка функции рассеяния точки на произвольном снимке методом слепого поиска Остриков В.Н.

Оценка функции рассеяния точки
на произвольном снимке методом
слепого поиска
Остриков В.Н.
Санкт-Петербургский филиал ОАО «КБ «Луч»
197376, г.Санкт-Петербург, ул.Академика Павлова, д. 14а
тел.: (812) 234-76-52
факс: (812) 234-76-51
ostrvad@mail.ru
luchspbf@rambler.ru
Оценка функции рассеяния точки (или ОПФ канала) – параметров
модели аберрационного размытия по произвольному вырезу
из исходного снимка посредством «слепого восстановления»
(существование решения теоретически строго обосновано:
2
P. Common (1994) – на базе аппарата анализа независимых компонент)
g   21{ 2 [ f ] 2 [h]}
Формирование изображения в частотной области
g,f
- Сформированный образ и входной энергетический портрет
2[], 21[] - прямое и обратное преобразования Фурье
Восстановление по Тихонову в частотной области

~
F ( x ,  y ) 
H * ( x ,  y )  G ( x ,  y )
H ( x ,  y )    x2   y2
2
 H 1G,
- параметр регуляризации, зависит от уровня шума на снимке, задается до начала поиска
Функция рассеяния точки
h(q)  {2[ p(q)]}2 , q  {qk }, k  0,1,..., K
Функция зрачка в полярных координатах
A(  , )  1,
(  , )  апертуре
p(  , )  A(  , ) exp[i
Фазовая функция
2
w(  , )],

K
w(  , )   qk zk (  , )
zk (  , )  ортогональные на круге полиномы Цернике
N 1 M 1
~
~ ~
~
~
~
~
Решение: F  arg{min
E ( f )    ~
p ( f ij ) log[ ~
p ( f ij )]
[ E ( f )]}G,
H 1
q~
k 0
i 0 j 0
Результат – набор оценок коэффициентов
k разложения фазовых возмущений в ряд Цернике
однозначно определяющих функцию рассеяния точки в ходе последовательного поиска
3
Структурная схема оценки функции рассеяния точки
(оптической передаточной функции канала) посредством
метода слепого восстановления
Выбор фрагмента
снимка
Оценка уровня шума
Задание
параметра
регуляризации
Цикл
перебора коэффициентов
фазовых возмущений
Пробное восстановление
фрагмента по Тихонову
Расчет энтропии
пробного восстановления,
поиск глобального минимума
Результат
восстановления
Найденные коэффициенты
фазовых возмущений канала по минимуму
энтропии пробных восстановлений
4
Восстановление снимка, полученного
телевизионной камерой с самолета
Восстановления представлены как результат поиска (по Тихонову), в общем случае могут
использоваться и методы более качественного собственно восстановления (например, итерационное)
Исходный фрагмент
Восстановленный образ
5
Восстановление оптико-электронного сканерного
космического снимка (QB)
Исходный фрагмент
Восстановленный образ
6
Пример восстановления фрагмента кадрового
оптико-электронного авиационного снимка
Исходный фрагмент
Восстановленный образ
7
Восстановление цветного оптико-электронного
авиационного снимка
Исходный фрагмент
Восстановленный образ
8
Применение высокочастотной инверсной фильтрации с расчетом
скользящей маски по оцененной функции рассеяния точки посредством
метода «слепого» поиска
Исходный фрагмент
Отфильтрованный образ
9
Восстановление данных ГСС
Локальное восстановление синтезированных образов применительно к ГСС
с авиационного носителя
Исходный образ
Восстановление расчетом
параметров по критерию
минимума энтропии
Восстановление расчетом
параметров по критерию
минимума
дифференциальной
энтропии
10
Восстановление данных ГСС отдельно на каждой спектральной линии
Исходный вырез из кадра (после
коррекции радиометрического шума)
Восстановленный вырез методом
инверсной скользящей фильтрации
11
Оценка линейного разрешения произвольного фрагмента исходного снимка
Общий теоретический подход соответствует известной теории дешифровщика
Линейное разрешение соответствует решению частотного уравнения вида
S / S p  POR  / T (  ),
S - разность экспозиций фотоприемного устройства от шпалы миры и промежутка на нулевой частоте
Sp
- чувствительность канала (пороговое значение сигнала, соответствующее уровню шума)

- линейный размер приемного элемента (дискретность оцифровки фотоизображений)
 0
T (  ) - функция передачи модуляции канала формирования изображения
 - коэффициент интегрирования глаза  POR - пороговое отношение сигнала к шуму
Линейное разрешение на местности rm связано с линейным разрешением на снимке ry  rm f /[ H / cos  ]
f - фокусное расстояние оптической системы H - высота съемки  - угол наблюдения
ry  1 / 2  o - линейное разрешение на снимке как решение частотного уравнения
В плоскости изображения
G /  o  8,05 / T (  )
Исходное изображение и его маска
 o - СКО шума
G
- градационный контраст
Исходная и эквивалентная тестовая мира
Оценка линейного разрешения произвольного фрагмента
посредством модельной генерации эквивалентной тестовой миры
Оценка сигнальных характеристик
Оценка оптической передаточной функции
методом «слепого» восстановления
Исходные вырезы из изображения и его маски
Оценка уровня шума
Расчет средних по объекту, фону и тени
Исходный вырез
Функция рассеяния точки
Коэффициенты разложения фазового
члена ОПФ по полиномам Цернике
Приведение сигнально-шумовых характеристик к нулевой пространственной частоте
и синтез эквивалентной тестовой миры
Визуальная и автоматизированная (по сегментированной мире) оценка разрешения
Среднее значение контраста объект - фон
12
Максимальное значение контраста объект - фон
Технологическая последовательность формирования
эквивалентной тестовой миры для оценки линейного разрешения
аппаратуры (ЛРА) по вырезанному фрагменту снимка
Высокочастотный «срез»
Высокочастотный «срез»,
эквализованный образ
13
Результат фильтрации – присутствие
«блочных» шумов фона
Функция рассеяния точки
Исходная тестовая мира
Наложение фонового шума на размытый
образ миры
14
Визуальная апостериорная оценка ЛРА по результатам
моделирования эквивалентной тестовой миры (ЭТМ)
ЭТМ с наложенным
отфильтрованным шумом
фона (оценка «сверху»)
ЭТМ с наложенным
гауссовым шумом той
же интенсивности
(оценка «снизу»)
ЭТМ по результатам
восстановления с гауссовым
шумом – потенциальный уровень
восстановления разрешения
1. Оценка «сверху» и «снизу»- (1.5-2) шпалы, ЛРА=1/((1.5-2)*2*p), для размера приемного
элемента в 11 мкм, ЛРА=(35-50) линий/мм
2. Применение разработанного метода восстановления приводит к потенциально реализуемому
разрешению аппаратуры в 1,25-1.3 раза
15
Использование восстановления для выявления
дефектов снимков
Восстановление сканерного снимка с авиационного носителя приводит к выявлению
(подчеркиванию) строчного шума
16
Анализ уровня строчного шума по произвольному
фрагменту, полученному средством КН
Вырез
Оценка ФРТ по вырезу
Исходный
фрагмент
а
б
в
Строчная
структура
восстановле
нного
фрагмента
Восстановленный
фрагмент
г
д
Оценка изменчивости формы ФРТ по полю
фотографического снимка
Локальные ФРТ
Частично рас фокусированный
участок (без наклонов)
Наиболее
сфокусированные
участки со
сдвигами ВФ
Наименее
сфокусированные
участки
17
18
Расчет ФРТ в локальных частях фрагмента
космического снимка (QB)
Анализ формы ФРТ, вычисленных фрагментарно, показывает, что правый нижний угол снят при наименьшем
наклоне волнового фронта (ФРТ практически симметрична, хотя и присутствует некоторая расфокусировка).
Левая половина фрагмента, включая его центральную часть, снята перспективно, под некоторым углом
(вытянута влево). Правая верхняя часть – вытянута преимущественно вверх.
Стрелки указывают положение центров
пробных вырезов, на основе которых
рассчитывались локальные величины ФРТ
19
Выявление скрытых надписей на снимке
по восстановленному фрагменту
«Проявление» скрытых надписей
Исходный фрагмент
Восстановленный образ фрагмента
Анализа восстановленного фрагмента космического
снимка – обнаружение царапин, текстуры информационного носителя,
следов неравномерности чувствительности приемной линейки,
специфических особенностей (влияние кодека)
Вероятно, снимок был подвергнут вторичному копированию, поскольку присутствуют дефекты, не
характерные для первичного снимка космического носителя (царапины в поле кадра), четкая
полосовая структура говорит о свойствах датчика
Полосовая
структура
неравномерности
чувствительности
“Рябь”
Исходный фрагмент
20
Восстановленный образ фрагмента
Оценка функции рассеяния точки
на произвольном снимке методом
слепого поиска
Остриков В.Н.
Санкт-Петербургский филиал ОАО «КБ «Луч»
197376, г.Санкт-Петербург, ул.Академика Павлова, д. 14а
тел.: (812) 234-76-52
факс: (812) 234-76-51
ostrvad@mail.ru
luchspbf@rambler.ru