3.6.9.2. Содержательная постановка задачи автоматического распознавания подвижных точечных объектов.

Имеется дискретное поле наблюдения (поле рецепторов, сетчатка). Выходные сигналы рецепторов этого поля в дискретные моменты времени могут отображать видеоизображение малоразмерного (точечного) объекта, перемещающегося на фоне других относительно неподвижных точечных объектов, называемых в дальнейшем статистическими помехами. Кроме того, на выходах рецепторов сетчатки имеются динамические помехи, зашумляющие и искажающие исходное изображение. Таким образом, информация представлена множествами сигналов рецепторов сетчатки, отображающих последовательность кадров.

Требуется автоматически осуществить поиск и распознавание помех и подвижных малоразмерных (точечных) объектов. Для решения этой задачи приняты следующие допущения:

• изображение объекта является точечным, то есть таким, проекция которого на поле наблюдения оптического приемника занимает не более одного элемента (ячейки) его разрешающей способности, то есть не более одного рецептора сетчатки;

• точечное изображение считается движущимся и называется далее “объект” или “подвижная точка”, если его скорость принимает значения в диапазоне V_max ³ V ³ V_min > 0, а форма траектории на соседних участках не имеет поворотов назад;

• яркость объекта отличается от яркости окружающего фона;

• яркость фона от неподвижных объектов, составляющих статические помехи, может превышать яркость объекта;

• сигналы объекта и динамических помех аддитивны;

• амплитуда сигналов динамических помех, зашумляющих изображение, некоррелирована во времени и по полю сетчатки и сравнима с амплитудой сигнала подвижного точечного объекта;

• интервал времени между соседними кадрами такой, что подвижная точка может появляться только в соседних по направлению движения ячейках поля наблюдения, то есть за это время невозможно “перескакивание” объекта через ячейки поля даже при максимальной скорости его движения (V_max);

• минимальная скорость объекта (V_min) допускает его перемещение из ячейки в ячейку за ограниченное время следования нескольких кадров;

• характеристики изображения объекта и рецепторов сетчатки таковы, что при пересечении точечным изображением границы рецептора сигнал на его выходе изменяется за время между соседними кадрами на величину, пропорциональную яркости объекта;

• априорных сведений о месте и времени возможного появления объекта не имеется.

В основе алгоритмов распознавания подвижных точечных объектов, реализованных в процедуре распознавания, используется свойство таких объектов изменять с течением времени яркость изображения от одной точки поля только к соседней в направлении перемещения. Если составить такие меняющие свою яркость точки друг за другом в порядке их появления, то получится траектория точки. Алгоритмы, используемые в данной процедуре, в процессе распознавания проверяют гипотезы о наличии или отсутствии участка траектории подвижной точки.

Учитывая принятые допущения, распознавание подвижных точечных объектов возобновляется с каждым очередным кадром по всему полю наблюдения. Первичная обработка оптической информации в данных алгоритмах распознавания осуществляется путем покадрового вычитания (временного дифференцирования) изображений. Такая операция позволяет отстроиться от статических помех, представляющих изображения других (в том числе и точечных) неподвижных объектов и выделить приращение яркости в ячейках поля. Эти приращения могут быть отображением подвижной точки. На последующих кадрах выявляется наличие сдвигов (элементарных перемещений) этих приращений яркости в соседние ячейки, и так далее до выявления участка траектории. Все “траектории”, характеризующиеся значением, меньше некоторой величины, отсеиваются, то есть идентифицируются как помехи.

Последовательный характер рассмотренной процедуры позволяет осуществить “многостадийный поиск”. При многостадийном поиске вначале осматриваются и анализируются с помощью простых операций все ячейки поля наблюдения, а затем более детальному анализу подвергаются лишь отдельные его участки и точки, которых на каждой стадии поиска становится все меньше. Анализ выборок признаков, представляющих возможные траектории, осуществляется параллельно с перебором их различных вариантов в пространстве и времени, начинающихся одновременно в данной ячейке поля. Сочетание последовательных процедур распознавания и многостадийного поиска позволяет значительно сократить количество поисковых усилий и объем обработки больших потоков оптической информации. При этом за счет поэлементного просмотра изображения увеличивается помехозащищенность системы распознавания.

Далее приводится описания различных алгоритмов распознавания подвижных точек. Программно эти алгоритмы реализованы в процедуре «Find» данной цифровой модели, вызов которой осуществляется в основной программе при каждом проходе цикла, работающего пока «ScreenNumber» < «MaxQuantScreen», строкой вида:

Find..