Способ определения контраста наземного объекта - RU2629880C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к области испытаний приборов наблюдения и прицеливания, а именно к способам измерения контраста между объектом наблюдения и фоновым образованием, и может быть использовано при проведении испытаний приборов наблюдения и прицеливания вооружения военной техники, а также при разработке и испытаниях средств маскировки и образцов вооружения и военной техники в видимом диапазоне длин волн электромагнитного излучения.

Широко известно, что одним из важнейших параметров приборов наблюдения и прицеливания является дальность обнаружения, распознавания или идентификации целей (далее - дальность разведки). Значения указанных дальностей обуславливаются характеристиками самих приборов, состоянием внешней среды, типом (яркостью) фонового образования, на который проецируется объект наблюдения, а также отражательной способностью цели (объекта наблюдения). Наряду с другими факторами (освещенность на местности, коэффициент направленности освещенности, прозрачность атмосферы), видимый контраст между целью и фоном является одним из важнейших параметров, определяющих предельную дальность и время разведки объекта наблюдения (см. Н.П. Травникова. Эффективность визуального поиска. М. «Машиностроение, 1985, 128 с.).

На практике состояние фонового образования и параметры внешней среды во время проведения испытаний, которые могут занимать длительное время, не остаются постоянными и могут быстро изменяться в широких пределах, что априори приводит к изменению контраста между фоном и объектом наблюдения. В связи с этим при испытаниях набирают определенный статистический материал по дальности разведки целей, получаемый в различных условиях внешней среды и контраста между фоном и объектом наблюдения, который используется для приведения результатов натурных испытаний к нормированным условиям, задаваемым в требованиях на испытуемый прибор. Точность измерения контраста между фоном и объектом наблюдения фактически определяет точность его разведки.

Широко известен способ определения контраста между фоном и объектом наблюдения, заключающийся в установке рядом с целью фанерных щитков с известными коэффициентами отражения. Путем перебора щитков подбирается пара щитков, наиболее близких по яркости к объекту наблюдения и фону, затем по известному выражению рассчитывается видимый контраст между ними.

Недостатками указанного способа являются:

- нестабильность отражательной способности щитков, обусловленной влиянием внешних воздействующих факторов (влаги, пыли, осадков, трения при перевозках, старения самих щитков);

- ограниченным количеством щитков и невозможностью точного подбора соответствующего щитка;

- необходимость перевозки щитков к объекту наблюдения транспортным средством;

- принципиальная невозможность определения контраста в момент определения дальности разведки объекта наблюдения, что обусловлено длительным временем подбора соответствующих щитков при нестабильных условиях внешней среды и приводит к искажению результатов измерений.

Известен способ измерения контраста яркомером (см. ГОСТ P 50772-95 «Приборы ночного видения электронно-оптические», М., Госстандарт России, 1996), заключающийся в измерении с близкого (несколько метров) расстояния яркости объекта наблюдения и фонового образования в соответствии с методикой проведения измерений с последующим расчетом видимого контраста по выражению

где B_o - яркость объекта наблюдения;

В_Ф - средняя яркость фона, прилегающего к объекту.

При этом измерение яркости объекта наблюдения производится точечно в его центре, а яркость прилегающего фона измеряется дискретно в 4-х точках фона, расположенных по периметру объекта с последующим осреденением результатов измерений.

Недостатками этого способа являются:

- низкая точность определения контраста объекта в видимом диапазоне длин волн электромагнитного излучения, обусловленная ограниченным количеством точек, в которых измеряется яркость, и большой продолжительностью времени измерений в условиях изменяющейся освещенности, прозрачности атмосферы, коэффициента направленности освещенности;

- измерение яркости объекта наблюдения и фона принципиально не могут быть выполнены в момент определения дальности разведки цели на фактической дальности расположения испытуемого прибора;

- сложность проведения измерений;

- необходимость доставки яркомера к объекту наблюдения для проведения измерений.

Наиболее близким по технической сущности является способ определения контраста подводных объектов, находящихся на дне водной среды и используемый в системах технического зрения подводных роботов для решения задач их распознавания по имеющейся информации в базе данных, включающий операции одновременного фотографирования подводной фотокамерой объекта на дне и окружающего его фона с последующим определением средних значений яркости объекта и фона и вычисления контраста по выражению (1) (см. С.В. Сай, Н.Ю. Сорокин, В.В. Бородулин, Д.С. Черемис, Алгоритм поиска и распознавания искусственных объектов подводных изображений, ИНФОРМАТИКА, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА И УПРАВЛЕНИЕ, ВЕСТНИК ТОГУ. 2012. №3(26)).

Недостатками указанного способа применительно к способу определения контраста наземных объектов при определении предельной дальности разведки цели прибором наблюдения (прицеливания) являются:

- в способе не указаны дальности и направления фотографирования объекта и фона, размеры регистрируемого и обрабатываемого фонового образования, что может внести существенную ошибку в определении среднего значения яркости фона и, как следствие, значения контраста между фоном и объектом;

- параметры приземного слоя атмосферы (прозрачность, освещенность и ее коэффициент направленности), в отличие от водной среды, являются более нестабильными и могут быстро меняться в течение короткого промежутка времени, что приводит к изменению контраста между объектом наблюдения и фоном;

- фон, на который проецируется объект наблюдения, также не остается постоянным при определении предельной дальности разведки, так как испытуемый прибор наблюдения (в соответствии с методикой испытаний) должен перемещаться или к объекту наблюдения, или от него, что приводит к смене фонового образования за ним, и, как следствие, к изменению контраста между фоном и объектом.

Указанные факторы, в отличие от прототипа, требуют проводить регистрацию (фотографирование) объекта наблюдения с фоном именно в момент определения предельной дальности разведки наземного объекта наблюдения с того же направления и дальности, где был установлен прибор наблюдения, с ограничением размера окружающего объект наблюдения фонового образования.

Целью изобретения является повышение точности определения контраста наземного объекта с фоновым образованием.

Сущность изобретения заключается в следующем. В соответствии с методикой определения предельной дальности разведки наземного объекта испытуемый прибор наблюдения (установленный на подвижной платформе), перемещают к объекту наблюдения или от него. Оператор наблюдает объект через прибор и при установлении предельной дальности разведки объекта докладывает испытателю. После доклада оператора производят фотографирование объекта наблюдения и фонового образования вокруг него цифровой фотокамерой в оттенках серого. При этом фотографирование производят с места установки прибора наблюдения.

Полученное цифровое изображение в оттенках серого переносят с устройства памяти фотоаппарата в память компьютера, программой обработки изображения выделяют (см. рисунок) контуры объекта наблюдения 1 и прилегающего к нему фонового образования 2, ограниченного прямоугольником с размерами, в два раза превышающими наибольшую высоту и ширину объекта наблюдения. Центр прямоугольника совмещают с центром объекта наблюдения. Компьютерная программа рассчитывает средние значения яркости пикселей в пределах границ выделенных площадей объекта и фона и определяет контраст объекта наблюдения с фоновым образованием по выражению (1).

Предлагаемый способ может быть реализован с использованием цифрового фотоаппарата высокого разрешения с длиннофокусным объективом и обычного персонального компьютера со специальным программным обеспечением.

Преимуществами заявляемого способа перед известными техническими решениями являются:

- оперативность измерений;

- повышенная точность определения контраста объекта наблюдения с фоновым образованием по сравнению с прототипом за счет: измерения яркости фона в ограниченной зоне, прилегающей непосредственно к объекту наблюдения; привязки момента времени фотографирования объекта наблюдения с фоном к моменту времени определения предельной дальности разведки и местоположению испытуемого прибора наблюдения;

- сокращение трудоемкости и времени измерения яркости объекта наблюдения и фонового образования, фактически ограниченного временем получения цифрового кадра изображения.

Заявленный способ определения контраста наземного объекта был практически апробирован при проведении испытаний приборов наблюдения и прицеливания комплекса вооружения зарубежных боевых бронированных машин типа «Фречия» и «Кентавр» с использованием цифровой видеокамеры Levenhuk Т510 NG с длиннофокусным телескопом BRESSER Messier R-127S 127/635 с линзой Барлоу Bresser SA 5х.

Преимущества заявляемого способа расширяют возможности проведения испытаний приборов наблюдения и прицеливания и средств маскировки образцов вооружения и военной техники, обеспечивают повышение точности определения дальности разведки наземных объектов наблюдения, сокращение трудоемкости, стоимости и времени проведения испытаний и, в целом, обеспечивают автоматизацию процесса обработки данных по определению контраста.

Реферат

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения контраста наземного объекта. Способ включает в себя фотографирование в оттенках серого цифровой фотокамерой объекта наблюдения и окружающего его фона с последующим расчетом средних значений яркости объекта наблюдения и фона и вычислением контраста между ними. Фотографирование объекта наблюдения и фонового образования привязывают ко времени и месту определения предельной дальности разведки объекта через прибор наблюдения. Площадь фонового образования ограничивают прямоугольником с размерами, в два раза превышающими наибольшую высоту и ширину объекта наблюдения с его центрированием относительно объекта наблюдения. Технический результат заключается в повышении достоверности, сокращении времени и трудоемкости проведения измерений. 1 ил.

Формула