Стартовая >> Архив >> Системы тепловидения

Визуальная чувствительность к пространственной частоте случайного шума - Системы тепловидения

Оглавление
Системы тепловидения
Назначение систем тепловидения
История систем тепловидения
Основы получения теплового изображения
Источники информации, пример системы
Теория теплового излучения
Пропускание излучения атмосферой
Теория линейной фильтрации
Сокращенная система обозначений в фурье-анализе
Эквивалентная полоса частот
Физиология зрительного восприятия
Пространственно-частотная характеристика
Визуальная чувствительность к пространственной частоте случайного шума
Интегрирующие свойства глаза
Влияние кадровой развертки на восприятие изображения
Обнаружение объектов на фоне случайных шумов
Субъективное восприятие резкости изображения
Обобщенные критерии
Минимальная разрешаемая разность температур
Параметры эффективности работы
Оптика
Оптические материалы для тепловизионных систем
Сканирующие устройства
Вращающиеся преломляющие клинья
Другие системы сканирования
Эффекты затемнения
Типы тепловизионных систем
Эвапорографы и видиконы
Инфракрасные квантовые счетчики
Выборка
Выборка в системах с коммутацией
Визуальное восприятие объектов
Разрешение эквивалентных штриховых мир
Вероятность обнаружения и опознавания
Эксперименты с обработкой на ЭВМ
Другие ограничения при наблюдении
Измерение характеристик систем
Тепловые изображения
    1. Визуальная чувствительность

к пространственной частоте случайного шума
Случайные шумы влияют на работу тепловизионной системы двояким образом. Во-первых, случайный шум влияет на способность наблюдателя обнаруживать и опознавать объект на экране индикатора. Во-вторых, некоторые виды шумов настолько неприятны сами по себе, что вообще не позволяют наблюдателю рассматривать экран индикатора. Поэтому важно знать, как воспринимается шум.
На различное восприятие глазом шумов, по-разному распределенных по пространственным частотам, первыми указали Мерц [30] и Болдуин [31]. Болдуин провел субъективные измерения восприятия различных по спектру телевизионных шумов, а Мерц по результатам этих измерений определил весовую функцию глаза применительно к восприятию шумов, т. е. чувствительность к пространственно-частотным составляющим случайного шума. Болдуин наблюдал своеобразный эффект независимости восприятия белого шума с резкой отсечкой граничной частоты /с от величины/с. По-видимому, это объясняется тем, что невосприимчивость высокочастотных шумов компенсирует увеличение амплитуды шумов, вызванное расширением полосы. Кольтман и Андерсон [32] проверили эти наблюдения, измеряя условия обнаружения телевизионных тест-объектов при наличии шумов. Полученные результаты они подытожили следующим образом: маскирующее действие белого шума зависит только от мощности шума на единицу полосы и не зависит от верхней предельной частоты спектра шума при условии, что эта частота превышает граничную частоту, определяемую свойствами глаза. Последняя равна ~0,3 мрад”1.
Барстоу и Кристофер [33, 34] исследовали видимость шумов, используя телевизионный экран размером 150 X 200 мм, рассматриваемый с расстояния 0,6 м; при наличии шумов наблюдались объекты яркостью 1—2 кд/м2 на фоне~10~2 кд/м2. Они обнаружили, что мощность шума, сосредоточенная в узком спектральном диапазоне, оказывает более неприятное воздействие, чем та же мощность, распределенная в более широкой полосе с той же центральной частотой. Шум в узком спектральном диапазоне на низкой частоте также более неприятен, чем шум той же мощности в высокочастотной области.
Барстоу и Кристофер дали яркое описание видимой картины шумов различного типа. На очень низких частотах шумы проявляются в виде раздражающих черточек и полосок. При увеличении частоты шума картина похожа на мелкозернистый фотографический шум, но «зерна» случайным образом перемещаются в пространстве, причем видимый размер зерен уменьшается с ростом частоты. Шум в узкой полосе напоминает «елочку». Сравнивая влияние шумов в различных узких полосах, они получили кривую чувствительности глаза к телевизионным шумам (фиг. 4.9). Эти исследования проводились в 1962 г. при соответствующем уровне телевизионной техники. Брейнард и др. [35] провели аналогичные эксперименты для изображения в 225 строк с частотой 30 кадр/с.
Брейнард [36] провел также измерения весовой функции шумов, используя телевизионное изображение со 160 строками в кадре и кадровой частотой 60 Гц для квадратного кадра размером 110 X X 110 мм, наблюдаемого с расстояния 0,8 м. Он обнаружил некоторые дополнительные тонкости по сравнению с результатами, полученными в работах [30, 33—35]. Брейнард установил, что глаз более чувствителен к шумам в узких полосах, центрированных на частотах, кратных строчной частоте, чем к шумам между этими частотами. Этот эффект наблюдается только в сканирующих системах телевизионного типа. Возможное использование этого факта применительно к системам FLIR заключается в следующем: шум на кратных строчной частоте частотах проявляется как изменение уровня яркости от строки к строке; в пределах одной строки этот уровень приблизительно постоянен. Тот же эффект будет наблюдаться, если от строки к строке меняется уровень по постоянному току или усиление по переменному току, что характерно для систем, в которых каждая строка формируется отдельным приемником излучения. Нежелательность наличия таких шумов при переходе от строки к строке очевидна из данных Брейнарда, обнаруживающих повышенную чувствительность глаза к такого рода шумам.

Фиг. 4.9. Кривая восприятия шумов по данным Барстоу и Кристофера [34].
ному току или усиление по переменному току, что характерно для систем, в которых каждая строка формируется отдельным приемником излучения. Нежелательность наличия таких шумов при переходе от строки к строке очевидна из данных Брейнарда, обнаруживающих повышенную чувствительность глаза к такого рода шумам.
Одно из наиболее интересных и всесторонних исследований влияния шумов было проведено Хуангом [37]. Хуанг рассматривал три неподвижные черно-белые картины (лицо, человека в рост, группу людей), к которым он добавлял характеризуемые гауссовым распределением резко ограниченные со стороны высоких частот аддитивные шумы, независимые в горизонтальном и вертикальном направлениях. Регулируя полосу независимо в каждом направлении, он мог получать кривые «равного качества», соответствующие различным комбинациям величин вертикальных и горизонтальных шумов, при которых наблюдалось одинаковое ухудшение изображения. Используя фотографии размером 90 X 90 мм с отношениями сигнала к шуму 26, 22 и 18 дБ (что соответствует линейным отношениям 19,95, 12,59 и 7,94) и с полосами шума в горизонтальном и вертикальном направлениях Nx и в диапазоне 1,076—1,908 мрад-1, наблюдатели классифицировали изображения при освещенности 320 лк. На фиг. 4.10 и 4.11 показана разница между кривыми равного качества для картин с умеренным (человек в рост) и большим (группа людей) числом деталей. По результатам обработки данных Хуанг установил, что весовая функция шума имеет такой же характер, как РСВ.

На основании своих исследований Хуанг сделал следующие основные выводы:

Фиг. 4.10. Кривые равного качества изображения на карте шумов для картины с умеренным числом деталей (человек в рост) [37].


Фиг. 4.11. Кривые равного качества изображения на карте шумов для картины с большим числом деталей (группа людей) [371.

  1. Шум определенной мощности в резко ограниченной полосе особенно неприятен, когда ширина полосы приблизительно равна 0,7 мрад-1; раздражающее действие шума уменьшается при сужении или расширении полосы. Таким образом, при постоянной мощности шума равномерное расширение полосы в обоих направлениях приводит к увеличению раздражающего действия шума, которое достигает максимума при
  2. 7 мрад-1, а затем уменьшается.
  3. Шум в виде горизонтальных штрихов менее неприятен, чем шум в виде вертикальных штрихов х).
  4. Шумы, частотный состав которых похож на частотный состав сигнала, оказывают меньшее раздражающее действие, чем другие шумы.


 
« Система обслуживания и ремонта оборудования энергохозяйств промпредприятий   Совершенствование управления энергетическим объединением на основе локальных вычислительных сетей »
электрические сети