Спосіб дистанційної зйомки

Спосіб дистанційної зйомки аерокосмічних знімків, що ґрунтується на субпіксельній технології, який відрізняється тим, що при зйомці виконують кутове зміщення оптичної осі знімального приладу по напрямку рядків і стовпців фотоприй 3 в якому субпіксельний сигнал формується за допомогою додаткових дифракційних елементів з мікролінзами в кожному пікселі. Недоліком цього способу та пристрою також є висока складність конструкції. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є оптико-електронний пристрій та спосіб його функціонування [6], в якому здійснюється субпіксельний зсув зображення за рахунок додаткової оптичної системи. Цей спосіб й обрано за прототип. Недоліком цього способу є обмеження кількості субпікселів, що розрізняються, кількістю додаткових оптичних систем, що унеможливлює значне підвищення розрізнювальної здатності знімальної системи. Задачею винаходу є підвищення розрізнювальної здатності аерокосмічної зйомки і збільшення поля зору знімальної системи. Поставлена задача вирішується за рахунок створення способу дистанційної зйомки аерокосмічних знімків, що ґрунтується на субпіксельній технології, який відрізняється тим, що при зйомці виконують кутове зміщення оптичної осі знімального приладу по напрямку рядків і стовпців фотоприймача матриці на кількість позицій n з інтерваP лом: , fn де: Р - лінійний розмір сторони квадрата піксела матриці, f - фокусна відстань об'єктива цифрової камери,  = 206265" - кутова константа, при цьому при дешифруванні визначають рівень електричних сигналів від засвічування пряP P мокутних ділянок P пікселів, де - короткий бік n n прямокутної ділянки відповідно по напрямках рядків і стовпців, базуючись на групах пікселів з рівним рівнем сигналів від їх засвічування, переважно мінімального рівня, після чого по даних сигналах від прямокутних ділянок визначають рівень електричного сигналу для кожної ділянки піксела площиною P2 , що відповідає його засвічуванню і n2 таким чином поділяють кожний піксел ПЗЗ-матриці 2 на n субпікселів. Технічним результатом є підвищення розрізнювальної здатності аерокосмічних знімків по 2 площі в n разів за рахунок заміни пікселів субпікселами. Таким чином, при збереженні величини поля зору цифрової камери отримують підвищення розрізнювальної здатності або при збереженні розрізнювальної здатності отримують збільшення поля зору. На Фіг.1 представлена схема ОЕП для реалізації запропонованого способу дистанційної зйомки. 1, 2 - блок об'єктива; 3 - блок фотоприймальної матриці; 4 - блоки п'єзопластин; 5 - пружинні блоки; 6 - блок обробки інформації; 95696 4 7 - блок керування; 8 - програмний блок; 9 - блок комутації; 10 - блок субпіксельного дешифрування; 11 - блок формування цифрового зображення; 12 - блок запису та збереження інформації. Всі блоки розташовуються на борту носія. Блоки 1, 2, 3, 4, 5 жорстко встановлені відносно один одного в спільному корпусі, електронні блоки 6, 7, 8, 9, 10, 11 і 12 можуть розташовуватись або в тому ж корпусі, або окремо. Робота пристрою по запропонованому способу реалізується наступним чином: світлові промені від об'єкта зйомки надходять в блок об'єктива 1, 2 і фокусуються останнім на мішені фотоприймальної матриці 3. Блок З перетворює інформацію на електричні сигнали і через блок 6 спрямовує їх в блок керування 7. Блок керування 7 включає програмний блок 8, сигнали від якого перетворюються блоком 7 на керуючі команди і спрямовуються через блок 9 в блок 4. При цьому з блока комутації 9 по заданій програмі послідовно з заданим блоком 6 інтервалом часу у визначеному порядку подається напруга на блок п'єзопластини 4 (Фіг.2). Як наслідок утворюється дискретний зсув оптичної осі пристрою в напрямку однієї з осей матриці. Аналогічно здійснюється зсув оптичної осі пристрою в напрямку другої осі матриці перпендикулярно першій. Пружинні блоки 5 забезпечують демпфування деформації пластин 4. Цикли зсуву оптичної осі на n позицій виконують послідовно у напрямку взаємно перпендикулярних осей фотоприймальної матриці. При кожному зсуві виконують експозицію, знімаючи об'єкт (через блоки 1, 2, 3, 6, 7, 9). Після виконання підключення n пластин електричну напругу знімають і оптична вісь пристрою встановлюються у первісне положення. При зйомці з носія повторюють цикл за циклом, виконуючи 2n експозицій (пакет) для кожної ділянки місцевості з заданим перекриттям між пакетами кадрів об'єкта зйомки. Інформація, що приймається від об'єкта попередньо опрацьовується в блоці 6. Зауважимо, що в блок 6 з блока 3 надходять електричні сигнали від засвічування пікселів ПЗЗ-матриці - від кожного піксела, в блоці 6 виконується ранжування і кодування цих сигналів. Цю опрацьовану інформацію спрямовують до блока дешифрування 10. В блоці 10 аналізують відповідно сигнали по кожному рядку і кожному стовпцю для n зсувів оптичної осі пристрою. Розглянемо порядок визначення рівня засвічування субпікселів у рядку в блоці 10. При n зсувах отримують n+1 субпікселів прямокутної форми. Припустимо, що n=1. На Фіг.3a показаний фрагмент рядка з 8 пікселів (№№1…8). Контролер блока 10 вирішує задачу знайти групу рівносигнальних пікселів у рядку і вибирає групи суміжних рівносигнальних пікселів (не менше двох або трьох). Виконується порівняння значень електричних сигналів від засвічування пікселів в рядку. На Фіг.3 показані рівні сигналів, що умовно заповнюють кожний піксел штрихуванням. В даному випадку сигнали від пікселів 3, 4, 5 мають рівну вели 5 чину сигналу, яку можна визначити по шкалі сірого тону. В наведеному прикладі прийняті наступні рівні сигналів від засвічування пікселів (у відсотках максимальних рівнів): 1-100 %, 2-75 %, 3-50 %, 450 %, 5-50 %, 6-25 %, 7-50 %, 8-75 %. Після зсуву оптичної осі пристрою маємо зсув зображення на ПЗЗ-матриці на величину P , де n1 Р - лінійний розмір квадратного піксела. Наприклад при n=1 отримують сигнали від засвічування тих же пікселів, але тепер уже зсунутих у напрямку P лінії рядків на величину . 2 Представимо рівні цих сигналів як заповнені штрихуванням квадрати 0', 1', 2', … 7' (Фіг.3b) з приблизними значеннями рівнів відповідних двом суміжним пікселам у ряді 1…8. Отримаємо у відсотках: 1' - 88 %, 2' - 62 %, 3' - 50 %, 4' - 50 %, 5' 38 %, 6' - 38 %, 7' - 62 %. По даних сигналів в квадратах пікселів на Фіг.3a і 3b на Фіг.3c аналогічно можна сформувати рівні сигналів в прямокутниках з коротким боком P , позначені як 10', 11', 21', 22', 32', 33', 43', 44', 2 54', 55', 65', 66', 76', 77', 87'. Звернемо увагу, що на Фіг.3а рівносигнальну границю утворюють сигнали в квадратах 3, 4, 5; на Фіг.3b - в квадратах 3', 4' і на Фіг.3c - в прямокутниках 33', 43', 44', 54', кожний з яких дорівнює 50 % максимального рівня. Треба відзначити, що в рівносигнальній групі 33', 43', 44', 54' отримані значення і еквівалентність рівнів сигналів є більш точними і достовірними у порівнянні з іншими "напівпікселами" ряду. При цьому, чим більше є пікселів в рівносигнальних границях (у рядку, стовпцю) і більше таких границь, тим точніші результати визначення рівнів сигналів від усіх напівпікселів. Після цього, базуючись на рівносигнальну групу (33'…54'), визначають в блоці 10 рівні сигналів у всіх прямокутниках рядка (тобто у відповідних напівпікселах). При цьому контролюють отримані значення по інших рівносигнальних групах у даному рядку і при необхідності виконують обчислювальне урівнювання сигналів. По вищеописаній технології в блоці 10 визнаP чають (по сигналах в прямокутниках P ) сигнали 2 P P P в прямокутниках P , P , P і т.д. 16 32 4 Аналогічно виконують поділ рівня сигналу по стовпцях фотоприймальної матриці і визначають сигнали від прямокутних напівпікселів. Таким чином, в блоці 10 будуть визначені сигнали в напівпіP кселах P по рядках і стовпцях. 2 Розглянемо ситуацію в окремому пікселі. На Фіг.4 показаний квадрат піксела з визначеними в 95696 6 блоці 10 сигналами в прямокутниках: u1=a+b; u2=c+d; u3=a+d; u4=b+c; Якщо розглянутий квадрат (піксел) знаходиться в межах рівносигнальної групи (по рядках або стовпцях), наприклад, якщо u3=u4, то очевидним є u u те, що a  b  1 а; c  d  2 , то по даних алго2 2 ритмах визначають рівні сигналів від засвічування чвертьпікселів a, b, c, d в пікселі рівносигнальної групи. За межами цієї групи по виміряних і визначених значеннях згаданих сигналів чвертьпікселів визначають рівні сигналів від засвічування інших чвертьпікселів в рядках і стовпцях. Аналогічно в блоці 10 виконують розподіл сиг1 1 1 налу піксела від до , від до 1 і так 32 4 16 16 далі на площах P2 при значеннях n=16, 32 і т.п. n2 Треба відзначити, що можна визначити сигнали субпікселів при непарному n. Після перетворень в блоці 10 сигналів пікселів в сигнали субпікселів, останнім привласнюються відповідні новій (збільшеній) матриці номери і коди і передаються на вхід блока формування цифрового зображення 11, від якого спрямовують сигнали про формування зображення в блоці 6, а також зображення в блок 12 для запису і збереження. Таким чином, запропонований спосіб дистанційної зйомки дозволяє виконувати дистанційну зйомку і формування аерокосмічних зображень з підвищеною розрізнювальною здатністю за рахунок побудови субпіксельної аналізуючої матриці зображення. Джерела інформації: 1. Савиных В.П., Цветков В.Я. Геоинформационный анализ данных дистанционного зондирования Земли. - М.: Картгеоцентр-Геодезидат, 2001. 228 с. 2. Дорожинський О.Л. Основи фотограмметрії. - Львів: Видавництво Національного університету "Львівська політехніка", 2003. - 214 с. 3. Shiba H. Image registration method, image registration apparatus and recording medium / United States Patent No 6,434,279. - August 13, 2002. 4.Jackson W.B., Jared D.A., Basu S., Biegelsen D.K.Position sensitive detector based image conversion system capable of preserving subpixel information / United States Patent No 5,754,690. May 19, 1998. 5. Mendlovic D., Zaievsky Z., Konforti N., Marom E., Shabtay G., Levy U., Karako S. Super-resolving imaging system / United States Patent No 6,344,893. - February 5, 2002. 6. Waslowski К., Merettig G. Opto-electronic device and method for its operation / European Patent No 1821120. - 16.02.2007. 7 Комп’ютерна верстка А. Рябко 95696 8 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