Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об’єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об’єктах

Реферат: Винахід належить до пристроїв попереднього оброблення багатоспектральних аерокосмічних зображень, що отримуються системами дистанційного зондування Землі. Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах містить перший, другий та третій порти вводу-виводу з їх буферами, програмовану пам'ять команд, оперативну пам'ять, інтерфейс шини, центральний процесор з арифметикологічним 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, адрес та даних, 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 і додає до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором оброблений набір спектрів об'єктів сцени. Додатково містить блок калібрування, під'єднаний до шини даних та оперативної пам'яті, який містить постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування з набором спектрів спеціальних об'єктів сцени, оперативну пам'ять блока калібрування та детектор блока калібрування і додає до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором сигнал калібрування. UA 105221 C2 (12) UA 105221 C2 Винахід дозволяє реалізувати спосіб підвищення просторової розрізненості багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах. UA 105221 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до пристроїв попереднього оброблення багатоспектральних аерокосмічних зображень, що отримуються системами дистанційного зондування Землі, і реалізує відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] з доданою функцією автоматичного калібрування на спеціальних об'єктах та може застосовуватися в бортових системах попереднього оброблення багатоспектральних аерокосмічних зображень. Відомі спеціалізовані мікропроцесорні системи [2], що можуть бути побудовані на основі будь-яких сучасних цифрових програмованих багатопортових мікроконтролерів, наприклад, на основі мікроконтролерів 80С296хх [3] виробництва корпорації Intel. Такі системи містять центральний процесор, програмовану та оперативну пам'ять, порти вводу-виводу та необхідні допоміжні інтерфейси і контролери, що забезпечують їх функціонування, але не призначені для введення до потоку цифрових зображень в процесі оброблення додаткових даних. Це унеможливлює реалізацію відомого способу підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] з доданою функцією автоматичного калібрування на спеціальних об'єктах. Найбільш близьким до запропонованого є пристрій обробки зображення (прототип - Патент України на винахід № 96354) [5], що реалізує відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1], але не реалізує функцію автоматичного калібрування на спеціальних об'єктах. Пристрій, що пропонується, реалізує відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] з доданою функцією автоматичного калібрування на спеціальних об'єктах. Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах 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, аналізатор, під'єднаний до шини даних та оперативної пам'яті, та додатково, містить блок калібрування, під'єднаний до шини даних та оперативної пам'яті, який містить постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування з набором спектрів спеціальних об'єктів сцени, оперативну пам'ять блока калібрування та детектор блока калібрування і додає до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором сигнал калібрування. 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] з доданою функцією автоматичного калібрування на спеціальних об'єктах ілюструється на Фіг. 1 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 - блок калібрування; 26 постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування; 27 - оперативна пам'ять блока калібрування; 28 - детектор блока калібрування; 29 - буфер 3; 30 - порт 3. Реалізація пристрою (фіг.1) 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) та блок калібрування (поз. 25). 1 UA 105221 C2 5 10 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 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 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  15 20 25 30 35 40 45 50 55 1  j    j   r  d , (1)  j   j  (j) де r - інтегральна спектральна характеристика об'єкта в j-му спектральному діапазоні з (j) (j) (j) довжинами хвиль від  до  + ; 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). Блок калібрування (поз. 25) складається з постійного запам'ятовуючого пристрою блока калібрування (поз. 26), оперативної пам'яті блока калібрування (поз. 27), детектора блока калібрування (поз. 28). Блок калібрування (поз. 25) 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 спеціальних об'єктів - об'єктів, заздалегідь відібраних по критерію найбільшого відрізнення спектрів об'єктів між собою з метою однозначного їхнього визначення. Постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування (поз. 26) схематично представлений елементом блока калібрування (поз. 25). Результатом роботи блока калібрування (поз. 25) є сигнал калібрування, що передається в оперативну пам'ять (поз. 9) і формується детектором блока калібрування (поз. 28) в оперативній пам'яті блока калібрування (поз. 27) у разі відповідності набору спектрів спеціального об'єкта попередньо записаного в постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування (поз. 26) з набором спектрів об'єкта сцени. Детектор блока калібрування (поз. 28) може встановлювати відповідність набору спектрів спеціального об'єкта попередньо записаного в постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування (поз. 26) з набором спектрів об'єкта сцени за допомогою реалізації одного з відомих способів на основі кореляційного приймача або узгодженого фільтра [6]. 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] і перевіряє наявність сигналу калібрування в оперативній пам'яті (поз. 9). Відокремлено алгоритм оброблення відомого способу підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] складається з наступних кроків. Перше, встановлення системи коефіцієнтів передавання каналів сенсора за відомою формулою [1]: (j) (j) (j) Е = ·r , (2) 2 UA 105221 C2 де  - коефіцієнт передавання сенсора в j-му каналі; Е - радіометричне значення сигналу (j) в j-му спектральному діапазоні багатоспектрального аерокосмічного 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 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]. В пристрої для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах перший крок щодо встановлення системи коефіцієнтів передавання каналів сенсора виконується кожен раз при виникненні сигналу калібрування в оперативній пам'ять (поз. 9), що дозволяє уточнювати коефіцієнт передавання сенсора (j) в jму каналі на основі спеціальних об'єктів, тобто їх спектрів, які однозначно ідентифікуються (в детекторі блока калібрування (поз. 28), наприклад, кореляційним приймачем [6] або узгодженим фільтром [6]) і відрізняються для кожного спеціального об'єкта. Таким чином, виконується автоматичне калібруванням пристрою на спеціальних об'єктах. 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 способу підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] призводить до отримання відкаліброваного багатоспектрального аерокосмічного зображення підвищеної розрізненності. Через буфер 3 (поз. 25) порту 3 (поз. 26) мікроконтролера відкаліброване багатоспектральне аерокосмічне зображення підвищеної розрізненності та відповідний коефіцієнт передавання сенсора (коефіцієнт калібрування) виводиться з пристрою. Внутрішня синхронізація забезпечується тактовим генератором (поз. 20), який припускає множення 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 [7]. Таким чином, описаний пристрій дозволяє апаратно реалізувати відомий спосіб підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів [1] з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах. 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. Клингман Э. Проектирование специализированных микропроцессорных систем / Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - 364 с. 3. Козаченко В.Ф. Руководство по применению 16-разрядных микроконтроллеров Intel MCS196/296 во встроенных системах управления. - М.: ЭКОМ, 1997. - 688 с. 4. Кристоф А., Финкельштайн И., Мак Ги Д., Панофский Э. Устройство для обработки изображения (варианты) / Описание изобретения к патенту РФ № 2138852, 1999. - 12 с. (j) 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 (j) 3 UA 105221 C2 5 10 15 20 25 5. Попов М.О., Станкевич С.А., Ковальчук С.П., Ліхоліт М.І., Полежаев В.В., Тягур В.М. Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів / Патент України на винахід № 96354. - 25.10.2011. - 4 с. 6. Тихонов В.И. Оптимальный приём сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с. 7. 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. - 10 с. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Пристрій для підвищення просторової розрізненності багатоспектральних аерокосмічних зображень на основі класифікування спектральних сигнатур об'єктів з автоматичним калібруванням на спеціальних об'єктах, який містить перший, другий та третій порти вводувиводу 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, адрес та даних, 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 і додає до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором оброблений набір спектрів об'єктів сцени, який відрізняється тим, що додатково містить блок калібрування, під'єднаний до шини даних та оперативної пам'яті, який містить постійний запам'ятовуючий пристрій блока калібрування з набором спектрів спеціальних об'єктів сцени, оперативну пам'ять блока калібрування та детектор блока калібрування і додає до потоку цифрових зображень в процесі оброблення центральним процесором сигналкалібрування. Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 4