Підвищення роздільної здатності сенсорів видимого діапазону для систем моніторингу з субпіксельною обробкою зображень

Abstract

В дисертаційній роботі вирішено актуальне наукове завдання підвищення роздільної здатності сканерів видимого діапазону систем моніторингу з субпіксельною обробкою зображень. Для цього проведено оцінку методів підвищення роздільної здатності систем моніторингу видимого діапазону; оцінено вплив форми пікселів та ряду інших факторів на якість зображень; удосконалено матричну модель процесу субпіксельного формування зображень, яка, на відміну від відомих, враховує вплив апертури пікселя та параметри руху КА для сенсорів видимого діапазону систем моніторингу, що дозволяє покращити якість зображення та підвищити просторову роздільну здатність. Удосконалено метод і алгоритм підвищення роздільної здатності багатоспектральних зображень, розроблено практичні рекомендації щодо застосування структури сканера та алгоритмів обробки зображень. Проведено експериментальну перевірку результатів субпіксельної обробки зображень на основі комп’ютерного моделювання. Розроблено структурну схему процесорного модуля цифрової обробки сигналів, який реалізує запропонований удосконалений метод і алгоритм субпіксельної обробки зображень. Розроблено програмні продукти для реалізації запропонованого алгоритму, методу субпіксельної обробки зображень та алгоритму підвищення роздільної здатності багатоспектральних зображень з використанням програмного забезпечення Matlab. В диссертационной работе решена актуальная научная задача – повышение разрешения сканеров видимого диапазона систем мониторинга с субпиксельной обработкой изображений. Для этого проведена оценка методов повышения разрешающей способности систем мониторинга видимого диапазона; оценено влияние формы пикселей и ряда других факторов на качество изображений; усовершенствована матричная модель процесса субпиксельного формирования изображений. Эта модель, в отличие от известных, учитывает влияние апертуры пикселя и других параметров, которые влияют на модуляционную передаточную функцию для сенсоров видимого диапазона систем мониторинга, это позволяет улучшить качество изображения и повысить пространственное разрешение. Усовершенствовано метод и алгоритм повышения разрешения многоспектральных изображений за счет использования субпиксельной обработки изображения панхроматического канала, разработаны практические рекомендации по применению структуры сканера и алгоритмов обработки изображений. Проведена экспериментальная проверка результатов субпиксельной обработки изображений на основе компьютерного моделирования, проведено сравнение времени работы и качества исходного изображения, предложенного метода и известного. Длительность обработки удалось сократить в среднем в 2,2 раза. Разработана структурная схема процессорного модуля цифровой обработки сигналов, который реализует предложенный усовершенствованный метод и алгоритм субпиксельной обработки изображений. Разработаны рекомендации по технической реализации процессорного модуля, что позволяет обеспечить математические операции по формированию изображений с субпиксельной обработкой, свертке изображений, восстановлению изображений видимого канала, устранению влияния апертуры пикселя, фильтрации шумов, выбора оптимального значения коэффициента регуляризации при восстановлении изображений видимого диапазона волн. Разработаны программные продукты для реализации предложенного алгоритма и метода субпиксельной обработки изображений, а также алгоритма повышения разрешения многоспектральных изображений с использованием программного обеспечения Matlab, что дает возможность автоматизировать процесс повышения разрешения изображений, полученных сканерами видимого диапазона. In the dissertation the actual scientific problem of resolution increasing of visible range scanners of monitoring systems with sub-pixel image processing is. For this, evaluation of the resolution increasing methods for visual range monitoring systems is conducted; evaluated impact of pixels shape and other factors on the image quality; improved the matrix model of sub-pixel imaging process, which, in contrast to the known, takes into account the pixel aperture effect for the visual range sensors of remote sensing systems. That increase the image quality and spatial resolution. The method and algorithm of resolution increasing of multispectral images are improved. Practical recommendations of usage of the scanner structure and the image processing algorithms are developed. Based on computer simulation experiment the verification of sub-pixel images processing results is conducted. The block diagram of the digital processing module which implements the improved proposed algorithm of sub-pixel imaging is developed. The software implementations of the algorithm, the method of sub-pixel image processing and the algorithm of the resolution increasing of multispectral images are developed with Matlab software.