Цифровая коррекция возмущений изображений, формируемых панхроматической оптико-электронной съемочной аппаратурой КА «Монитор»

Цифровая коррекция возмущений изображений,
формируемых панхроматической оптико-электронной
съемочной аппаратурой КА «Монитор»
С.В. Блажевич (1), В.Н. Винтаев (2), Н.Н. Ушакова (2), М.Ю. Жиленев (3)
(1) Белгородский государственный университет
ул. Победы, д.85, 308015, г. Белгород, Россия
blazh@bsu.edu.ru
(2)Белгородский университет потребительской кооперации, ул. Садовая, д. 116а, 308023, г.
Белгород, Россия
viktor.vn2010@yandex.ru
natush2006@yandex.ru
(3) Департамент МКА и спутниковых систем
ФГУП "ГКНПЦ им.М.В.Хруничева" ул. Новозаводская, д. 18., 121087, Москва, Россия
mka@khrunichev.com
Слайд-доклад
ЗАДАЧА
• В бортовой системе технического зрения – в
панхроматической оптико-электронной
съемочной аппаратуре (ПСА) КА «Монитор Э»
формируется цифровое изображение, при
масштабировании фрагментов которого для
анализа тонких и сверхтонких структур
контраста выявляется ориентированная
периодическая полосатость контраста
текстуры изображения с полосками шириной в
4-5 пикселов с глубиной модуляции контраста
в7% - 12 % .
Изображение с полосами
Увеличенный фрагмент
Изображение в окне масштаба
Постановка задачи
Исходя из гипотез:
а) о потере светочувствительными элементами матриц ПЗС первоначальных характеристик и,
главное, потери однородности распределения характеристик по полю транспаранта ПЗС;
б) о возникновении паразитной положительной обратной связи в тракте преобразования,
усиления и накопления полезного сигнала, приводящей к устойчивой и инициируемой
входными потоками внешнего освещения ПСА генерации ориентированной относительно
изображения волны периодических возмущений;
в) о несоответствии реальной частоты считывания данных со строк ПЗС частоте, определяемой
скоростью движения изображения на фокальной плоскости
предлагается, альтернативно линейным (в том числе и пространственно-частотным),
рекурсивным и т.п. фильтрам, а также фильтрам, корректирующим изображение на
основе статистического подхода - синхронная противофазная модуляция
(антимодуляция) с согласованной глубиной и пространственной частотой.
Вектор коэффициентов антимодуляции размерностью на порядки меньший размерности
пиксельного пространства рассматриваемого изображения (в силу принимаемой
гипотезы однородности возмущений вдоль модулирующих полос) определяется как
оптимальный опорный план задачи линейного программирования на системе ограничений,
построенной на переменных- пикселах изображения с целевыми функциями минимаксного
характера, формулируемыми на требованиях соблюдения метрологических
характеристик изображения:
• - минимума снижения радиусов пространственно-частотных спектральных портретов
линеаментов изображения;
• - минимума снижения среднего контраста изображения;
• -минимума снижения разрешающей способности по Фуко, предоставляемого
изображением.
Комментарии
Указанный подход, несмотря на принципиальную
сложность решения, ослабляет последствия,
вызываемые перечисленными выше крейсерскими
методами фильтрации, и борьбы с описанным и
подобными артефактами, существенное из которых –
это ощутимое искажение пространственно-частотного
портрета образов изображений в области спектров
тонкой структуры.
Решается задача антимодуляции изображения в
несколько итераций и в следующей
последовательности
Процесс обработки
На основе визуального анализа масштабированного в соответственной степени
изображения выдвигается гипотеза о покрытии изображения изоморфно (с
взаимно-однозначным соответствием пикселов) изображением полосатой
функции (уточняемой методом наименьших квадратов) действущим на
покрываемое изображение мультипликативно (хотя в общем случае может
быть и аддитивная добавка : изображения полос, если это аддитивная
добавка не есть модуляция), причем это покрывающее изображение есть в
промежутках зон наложения модуляционного эффекта единица в каждом
пикселе, а остальные меньше единицы в самих полосах, но можно и
вычислить средний контраст, тогда в полосах коэффициенты могут быть и
больше единицы и меньше.)
Далее по этому изображению находится его спектр Фурье (пространственных
частот). Следует заметить, что на данный момент сформулировать
функционал ,оптимизирующий полосатое наложение трудно, но эффект
полосатости – это субъективное восприятие интерпретатора изображения
(опробован как мера оценки полосатости в % веерный фильтр в заданном
направлении , выявляющий оси синфазности с заданным порогом и
оценкой энергетического уровня полос, в заданном направлении ,
выявленных фильтром).
Генерация адекватных полос
Генератор полос
Выполняемые операции
Корректор Фурье-портрета
Веерный фильтр полос
ПРОБЛЕМЫ ВЕЕРА И НЕЦЕЛОЕ
ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ
Особенности обработки
После конструирования модулирующего изображения (со стартом в
интерактивном режиме) и анализа его Фурье-представления производится
операция (внимание!!!! если изображения перемножаются то спектры их
сворачиваются, а если изображения вычитать, то спектры их вычитаютсяскладываются).
ВАЖНО, так как умножение – это многократное сложение, то можно выявив
полосатое изображение, просто найти корректирующие слагаемые по
принципу А*В=А+Х, где Х аддитивная добавка (УМНОЖЕНИЕ, СВЕРТКА,
ПАЛИТРА И РАЗРЯДНОСТЬ).
На каждой итерации изображение переводится в Фурье-образ, на спектре
подсаживаются по амплитуде гармоники соответствующие частоте повтора
полос, спектру каждой полосы, и направлению, эти же гармоники в других
направлениях на изображении не трогаются - далее обратное «фурье» и
вычитание попиксельное из исходного изображения на итерации, остаются
теперь только полосы. Но не совсем только- это ясно. Далее это изображение
полос инвертируется, попиксельно умножается на исходное в итерации, на
следующей итерации все повторяется.
Доказательство:
Любое воздействие на изображение ведется по принципу – пиксел в пиксел, а
при разных линейных фильтрах вычисляются средневзвешенные или свертки.
Коррекция результатов
Квадратичная или полиномиальная второй
степени результирующая функция
распределения плотности яркости
(гистограмма) подавляется мягкими
вычислениями на ОББО с сжимающим
преобразованием.
ПЕРВАЯ ИТЕРАЦИЯ
(инверсное первичное демодулирующее
изображение)
Вторая итерация
(демодулирующее изображение)
Третья итерация
Четвертая итерация
Пятая итерация (слои демодулирующего
изображения)
Шестая итерация (последнее
демодулирующее изображение)
Седьмая итерация (увеличенный ERDASфрагмент восстановленного изображения с сильной
(квадратичной) нелинейностью контраста)
Эквализация гистограмм
Результат
Исходный снимок
Результат в ERDAS-VIEWER
Результат снижения степени нелинейности
контраста (ERDAS-VIEWER)
Cравнение исходного снимка и
результата по тонкой структуре,
т.е. по высшим гармоникам
пространственных спектров
показывает удаление или сильное
ослабление полос,
осуществляющих модулирующий
эффект.