Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об’єктів

Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів, який містить перший, другий та третій порти вводу-виводу з їх буферами, програмовану пам'ять команд, оперативну пам'ять, інтерфейс шини, центральний процесор з арифметико-логічним пристроєм та математичним співпроцесором, таймер, тактовий генератор, інтерфейс пам'яті, контролер переривань, процесор подій, блок впорядкування інструкцій з буфером черги команд, що з'єднані між собою відповідними шинами команд, адреса та даних, який відрізняється тим, що додатково містить аналізатор, під'єднаний до шини даних та оперативної пам'яті, який містить постійний запам'ятовуючий пристрій аналізатора з набором спектрів об'єктів сцени, оперативну пам'ять аналізатора та суматор аналізатора, при цьому аналізатор виконаний з можливістю додавання до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором оброблений набір спектрів об'єктів сцени. UA (21) a201002315 (22) 01.03.2010 (24) 25.10.2011 (46) 25.10.2011, Бюл.№ 20, 2011 р. (72) ПОПОВ МИХАЙЛО ОЛЕКСІЙОВИЧ, СТАНКЕВИЧ СЕРГІЙ АРСЕНІЙОВИЧ, КОВАЛЬЧУК СЕРГІЙ ПЕТРОВИЧ, ЛИХОЛІТ МИКОЛА ІВАНОВИЧ, ПОЛЕЖАЄВ ВІКТОР ВІКТОРОВИЧ, ТЯГУР ВОЛОДИМИР МИХАЙЛОВИЧ (73) ДЕРЖАВНА УСТАНОВА "НАУКОВИЙ ЦЕНТР АЕРОКОСМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ ЗЕМЛІ ІНСТИТУТУ ГЕОЛОГІЧНИХ НАУК НАН УКРАЇНИ" (56) UA 76221 C2; 17.07.2005 RU 2138852 C2; 27.09.1999 UA 84877 C2; 10.12.2008 WO 2010005920 A1; 14.01.2010 WO 2008070544 A2; 12.06.2008 EP 1102180 A1; 23.05.2001 US 5657402 A; 12.08.1997 US 5748780 A; 05.05.1998 CN 1556374 A; 22.12.2004 C2 2 (19) 1 3 Найбільш близьким до запропонованого є пристрій обробки зображення [5] (прототип), в якому до потоку цифрових зображень в процесі оброблення додаються діагностичні дані, але вони використовуються лише для контролю якості цифрового зображення. Пристрій, що пропонується, реалізує відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1]. Пристрій може бути побудовано на основі будь-яких сучасних цифрових програмованих багатопортових мікроконтролерів, наприклад, на основі мікроконтролерів 80С296хх виробництва корпорації Intel. Пристрій для реалізації відомого способу підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] ілюструється на кресленні та включає: 1 - порт 1; 2 - порт 2; 3 - буфер 1; 4 - буфер 2; 5 - шину даних; 6 - шину адресу; 7 - шину команд; 8 - програмовану пам'ять команд; 9 - оперативну пам'ять; 10 - інтерфейс шини; 11 - інтерфейс пам'яті; 12 центральний процесор; 13 - арифметико-логічний пристрій; 14 - математичний співпроцесор; 15 буфер черги команд; 16 - блок впорядкування інструкцій; 17 - контролер переривань; 18 - процесор подій; 19 - таймер; 20 - тактовий генератор; 21 аналізатор; 22 - постійний запам'ятовуючий пристрій аналізатора; 23 - оперативна пам'ять аналізатора; 24 - суматор аналізатора; 25 - буфер 3; 26 - порт 3. Реалізація пристрою (креслення) починається з того, що комплект багатоспектральних аерокосмічних зображень високої і низької просторової розрізненності однієї і тієї ж сцени, в якому кожному елементу розрізнення багатоспектрального аерокосмічного зображення низької розрізненності поставлено у відповідність певну кількість елементів розрізнення багатоспектрального аерокосмічного зображення високої розрізненності, які просторово перекриваються з ним, у попіксельній послідовності через буфери (поз. 3, 4) портів 1 і 2 мікроконтролера (поз. 1, 2) надходять до шини даних (поз. 5) і зберігаються в оперативній пам'яті (поз. 9) та надходять в аналізатор (поз. 21). Аналізатор (поз. 21) складається з постійного запам'ятовуючого пристрою аналізатора (поз. 22), оперативної пам'яті аналізатора (поз. 23), суматора аналізатора (поз. 24). Аналізатор (поз. 21) може бути побудовано на основі будь-яких сучасних цифрових програмованих багатопортових мікроконтролерів, наприклад, на основі мікроконтролерів 80С296хх виробництва корпорації Intel, і постійного запам'ятовуючого пристрою, що зберігає спектральні бібліотеки. Постійний запам'ятовуючий пристрій аналізатора (поз. 22) схематично представлений (креслення.) елементом аналізатора (поз. 21). Результатом роботи аналізатора (поз. 21) є набір спектрів об'єктів сцени, що відібрані з постійного запам'ятовуючого пристрою аналізатора (поз. 22), попередньо записаних в оперативній 96354 4 пам'яті аналізатора (поз. 23) і оброблених в суматорі аналізатора (поз. 24). Суматор аналізатора (поз. 24) виконує перерахунок відібраного набору спектрів об'єктів сцени до спектральних сигнатур вказаних об'єктів на багатоспектральних аерокосмічних зображеннях високої і низької розрізненності за відомою формулою [1], а саме: r ( j)  1 ( j) ( j )  ( j )  r   d, (1) ( j ) (j) де r - інтегральна спектральна характеристика об'єкта в -му спектральному діапазоні з дов жинами хвиль від ( j) до ( j) + ( j) ; r   - відома спектральна характеристика відбиття (випромінювання) об'єкта. Перераховані суматором аналізатора (поз. 24) спектральні сигнатури вказаних об'єктів на багатоспектральних аерокосмічних зображеннях високої і низької розрізненності аналізатор (поз. 21) передає в оперативну пам'ять (поз. 9). Інтерфейс пам'яті (поз. 11) забезпечує доступ до програмованої пам'яті команд (поз. 8) та оперативної пам'яті (поз. 9) крізь шину даних (поз. 5), шину адресу (поз. 6) та шину команд (поз. 7). Через інтерфейс шини (поз. 10) центральний процесор (поз. 12) послідовно виконує команди програми, які витягаються з програмної пам'яті команд (поз. 8) та надходять до черги команд, що зберігаються у буфері черги команд (поз. 15), який входить до блока впорядкування інструкцій (поз. 16). Блок впорядкування інструкцій (поз. 16) забезпечує тривкий потік команд до конвеєра виконання. Арифметико-логічний пристрій (поз. 13) і математичний співпроцесор (поз. 14), що входять до складу центрального процесора (поз. 12), виконують послідовність команд оброблення, які зберігаються в програмованій пам'яті команд (поз. 8) та реалізують алгоритм оброблення відомого способу підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1], що полягає в наступному. Перше, встановлення системи коефіцієнтів передавання каналів сенсора за відомою формулою [1]: j   j  r j, (2) де ( j) - коефіцієнт передавання сенсора j-му (j) каналі; Е - радіометричне значення сигналу в j-му спектральному діапазоні багатоспектрального ае(j) рокосмічного зображення; r - інтегральна спектральна характеристика об'єкта в j-му спектральному діапазоні, що визначена за формулою (1). Для цього за одержаним набором спектральних сигнатур об'єктів сцени здійснюється радіометричне калібрування багатоспектральних аерокосмічних зображень високої і низької розрізненності [1]. Друге, на основі відповідності елементів розрізнення багатоспектральних аерокосмічних зображень високої і низької розрізненності виконується ресемплінг багатоспектрального аерокосмічного зображення низької розрізненності до просторової 5 розрізненності багатоспектрального аерокосмічного зображення високої розрізненності [1]. Третє, для кожного елемента розрізнення відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення високої розрізненності та ресемпльованого відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення низької розрізненності проводиться класифікування спектральної сигнатури елемента розрізнення за набором спектральних сигнатур об'єктів сцени одним із відомих способів [1]. Четверте, за одержаними результатами класифікування виконується корегування радіометричних значень сигналів для кожного елемента розрізнення кожного спектрального діапазону ресемпльованого відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення низької розрізненності за умови збереження середнього радіометричного значення сигналу у відповідному елементі розрізнення нересемпльованого відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення низької розрізненності [1]. Процесор подій (поз. 18) містить схему автоматичного інкрементування, яка дозволяє обчислити адрес наступної команди в залежності від поточності. Виняток складають команди переходу, виклику, повернення з підпрограм та обробки переривань, які генеруються контролером переривань (поз. 17) або таймером (поз. 19). Завершення четвертого кроку алгоритму оброблення відомого способа підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] призводить до отримання відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення підвищеної розрізненості, що через буфер 3 (поз. 25) порту 3 (поз. 26) мікроконтролера виводиться з пристрою. Внутрішня синхронізація забезпечується тактовим генератором (поз. 20), який припускає мно Комп’ютерна верстка В. Мацело 96354 6 ження тактової частоти зовнішнього кварцового резонатора на 1, 2 або 4. Тут же формується тактовий сигнал системного таймера (поз. 19) та окремі сигнали тактової частоти для периферійних пристроїв. Для систем на основі мікроконтролерів 80С296хх рекомендовано використовувати зовнішній кварцовий резонатор частотою 25 МГц і внутрішнє подвоєння частоти, що дозволяє обробляти 400-500 пар пікселів зображення на секунду [6]. Таким чином, описаний пристрій дозволяє апаратно реалізувати відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1]. Література 1. Попов М.О., Станкевич С.А. Спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів / Патент України на винахід № 84877.- 10.12.2008.- 6 с. 2. Устройство обработки изображения / Описание изобретения к патенту РФ №2113727, 1998.30 с. 3. Клингман Э. Проектирование специализированных микропроцессорных систем / Пер. с англ.- М.: Мир, 1985.- 364 с. 4. Козаченко В.Ф. Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS196/296 во встроенных системах управления.- М.: ЭКОМ, 1997.- 688 с. 5. Устройство для обработки изображения (варианты) / Описание изобретения к патенту РФ № 2138852, 1999, - 12 с. 6. Попов М.О., Станкевич С.А., Безкровний В.В., Воробйов А.І., Зайцев О.В. Спосіб виявлення аномалій яскравості на цифровому зображенні та пристрій для його здійснення / Опис до патенту України на винахід №76221, 2006.- 10с. Підписне Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601