24.08.2013 Views

Многоспектральные оптико-электронные системы.

Многоспектральные оптико-электронные системы.

Многоспектральные оптико-электронные системы.

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

ТАРАСОВ Виктор Васильевич, доктор технических наук<br />

ЯКУШЕНКОВ Юрий Григорьевич, доктор технических наук<br />

МНОГОСПЕКТРАЛЬНЫЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ<br />

В настоящей статье после рассмотрения некоторых терминологических вопросов делается попытка оценить<br />

целесообразность использования оптических спектральных методов при решении важнейшей задачи, стоящей перед<br />

многими <strong>оптико</strong>-электронными системами, а именно, выделения полезного сигнала на фоне помех.<br />

В последнее время в зарубежных и, что особенно прискорбно, в отечественных научно-технических публикациях и<br />

документах участились случаи использования терминов, смысл которых искажается авторами этих публикаций, а может<br />

быть, просто им не понятен. Иногда это связано с неоправданным и неправомерным заимствованием отдельных слов и<br />

словосочетаний из иностранных языков, например, термин “гиперспектральный” противоречит нормам русского языка<br />

(это что-то вроде “гимермасляного масла”) и физическому смыслу (могут быть термины “гиперзвуковой”, эквивалент<br />

которому “сверхзвуковой”, и “гиперразрешение” и т.д., но что такое “сверхспектральный”, если спектр – это физикоматематическое<br />

понятие, а не количественный показатель?).<br />

Поэтому, чтобы обоснованно пользоваться широко распространившимся термином “интеллектуальный”<br />

(“интеллектуальный робот”, “интеллектуальная система”, “интеллектуальное оружие” и т.д.), стоит вспомнить, что<br />

понятие “интеллект” складывается из многих составляющих, присущих высокоорганизованным субъектам живой<br />

природы – высшим животным и человеку, и поэтому при использовании термина “интеллектуальная <strong>оптико</strong>электронная<br />

система” или “интеллектуальное оружие” следует условится, какие свойства и особенности интеллекта<br />

высших животных и человека используются в этой системе или оружии.<br />

Использование созданного тысячелетней эволюцией интеллекта человека часто сводится к такой обработке<br />

информации об окружающем мире или каких-то свойствах тех или иных объектов, когда осознанно или неосознанно из<br />

всего объема информации выделяются наиболее существенные для решения конкретной задачи свойства (признаки)<br />

явления или объекта.<br />

Интеллект человека часто позволяет производить такую обработку информации наиболее рациональным образом, хотя<br />

и не всегда оптимальным. Технические средства, осуществляющие подобную обработку или работающие в тесном<br />

взаимодействии с человеком-оператором, можно назвать интеллектуальными. К их числу относятся прежде всего<br />

оптические и <strong>оптико</strong>-<strong>электронные</strong> <strong>системы</strong>, хотя бы потому, что 80 – 95% информации об окружающем мире живые<br />

существа и человек в их числе получают через зрительный аппарат [1].<br />

Продолжающееся уже не первое десятилетие быстрое развитие <strong>оптико</strong>-электронных систем (ОЭС) позволяет<br />

непрерывно расширять круг их применений и решать многие сложные задачи, в частности, еще не так давно<br />

недоступные для автоматических систем. Пути развития ОЭС технического зрения во многом совпадают с тем, что<br />

создала природа в виде зрительного аппарата высших животных и человека. Так, считается, что этот зрительный


создала природа в виде зрительного аппарата высших животных и человека. Так, считается, что этот зрительный<br />

аппарат взаимодействует с мозгом двояко: путем передачи образа для сличения его с эталонами известных образов<br />

(аналог – <strong>оптико</strong>-<strong>электронные</strong> корреляторы) или для анализа образа по ряду первичных признаков (аналог – ОЭС со<br />

спектральной оптической, пространственно-частотной и пространственно-временной фильтрацией).<br />

В последнее десятилетие ведутся многочисленные разработки ОЭС, строящихся на бионических (биокибернетических)<br />

принципах. Исследования этих принципов и создание элементной базы для их практической реализации – вот,<br />

пожалуй, основная тенденция развития современного <strong>оптико</strong>-электронного приборостроения. Разрабатываемые<br />

<strong>системы</strong> часто используют несколько параллельных каналов приема и первичной обработки информации,<br />

многоэлементные приемники излучения, сложные алгоритмы обработки сигналов, базирующиеся на<br />

специализированных логических и вычислительных устройствах. Все большее внимание уделяется адаптивным <strong>оптико</strong>электронным<br />

устройствам, реализующим обратные связи на параметрическом и схемотехническом уровне для<br />

управления чувствительностью, величиной угловых полей, параметрами оптических спектральных, пространственных и<br />

временно-частотных фильтров, а также другими характеристиками ОЭС. Здесь тоже широко используются<br />

биокибернетические принципы, используемые в живой природе.<br />

Анализ отдельных составляющих интеллекта, относящихся к зрительному аппарату высших животных и человека,<br />

неоднократно проводился в литературе. Можно вкратце напомнить некоторые существенные особенности зрительного<br />

аппарата высших животных и человека, важные с точки зрения их воспроизведения в ОЭС технического зрения,<br />

служащих для обнаружения, распознавания и классификации различных объектов.<br />

Наблюдениями психофизиологов установлено, что человек при опознавании образов пользуется, главным образом,<br />

принципом предпочтительности тех или иных признаков. С этой целью он производит сопоставление объектов одного<br />

класса, выделяя их общность и отбирая разделяющие признаки.<br />

Особенностью психофизиологических процессов восприятия зрительной (оптической) информации у высших животных<br />

и человека является декорреляция изображений в пространстве и времени в целях устранения статистических<br />

избыточных связей соседних элементов изображения и последовательных кадров уже в системе первичной обработки<br />

информации. Это позволяет использовать только наиболее информативные признаки распознаваемых образов и<br />

наиболее экономно закодировать информацию для передачи ее в систему вторичной обработки – в мозг.<br />

Зрительные органы большинства низших животных не обладают способностью различать цвет объектов и работают в<br />

сравнительно узком спектральном диапазоне. Исключением являются некоторые виды змей, например американская<br />

гремучая змея, у которой имеется аппарат “теплового зрения” с числом чувствительных элементов около 1000 и<br />

температурным разрешением ) t = 10 -3 °С.<br />

В сетчатке глаза человека имеется три типа колбочек с различными спектральными характеристиками (R, G, B).<br />

Адаптация каждого из этих типов к изменению освещенности происходит независимо друг от друга. На выходе так<br />

называемых биполярных клеток сигналы от колбочек с разными спектральными характеристиками s r , s g и s b<br />

преобразуются в суммарный ахроматический и два цветоразностных сигнала:


преобразуются в суммарный ахроматический и два цветоразностных сигнала:<br />

S = S +S + S ,<br />

Z R G B<br />

S = C S – C S ,<br />

RG G G R R<br />

S = G S + C S – C S ,<br />

RGB R R G G B B<br />

где S , C и C - весовые коэффициенты [2].<br />

R G B<br />

Благодаря линейности преобразования сигналов, определяемых изменением освещенности колбочек и<br />

пропорциональных отношениям приращения эффективной освещенности колбочки к ее среднему значению, т.е.<br />

контрастом, восприятие цветового тона и насыщенности изображения не зависит от яркости наблюдаемого объекта [2].<br />

Зрительный аппарат человека обладает свойством цветовой константности, т.е. способностью правильно узнавать<br />

различные цвета независимо от спектрального состава источника освещения [2].<br />

Другими особенностями зрительного аппарата интеллектуальных существ является адаптивный “обмен”<br />

чувствительности элементов сетчатки глаза на разрешающую способность (при росте освещенности изображения)<br />

благодаря накоплению сигнала, а также использование движений глаз (регулярных и случайных – тремора), что<br />

позволяет сжать информацию до 10 6 раз и передать в мозг только сведения об изменениях признаков изображения [1].<br />

Наиболее часто используется геометрическая интерпретация распознавания, в которой n признаков сигнала<br />

(изображения) образуют в n-мерном пространстве вектор признаков, т.е. точки или кластеры (совокупности случайно<br />

распределенных точек), характеризующие отдельные объекты или их изображения. Отнесение этих точек или<br />

кластеров к тому или иному объекту (классу объектов) осуществляется с помощью дискриминантных (разделяющих)<br />

функций [3, 4].<br />

Каждому классу образов (типу целей) соответствуют свои вектор математического ожидания и ковариационная<br />

матрица, учитывающие случайный характер признаков сигнала. Для образования n-мерного вектора признаков<br />

требуется теоретически минимальное число обучающих образов (эталонов), равное n + 1. (Иногда на практике при<br />

надежном распознавании особенно сложных образов требуемое число обучающих образов может достигать 10n и даже<br />

100n[3]).<br />

Вследствие случайной природы признаков, характеризующих самые различные объекты (классы объектов), и сигналов,<br />

приходящих на вход <strong>системы</strong> распознавания (ОЭС), для многих прикладных задач, особенно в области военной<br />

техники, требуется статистический подход к решению задач обнаружения, распознавания, классификации. Методы<br />

статистического распознавания образов, использующие функции распределения вероятностей признаков и классов<br />

образов, достаточно хорошо изучены и теоретически представляются наиболее перспективными для ОЭС<br />

интеллектуального типа различного назначения [1, 3, 4, 5 и др.].<br />

Форма представления класса распознаваемых объектов может определять вид алгоритма обработки информации,<br />

получаемой на выходе <strong>системы</strong> первичной обработки информации ОЭС. Так, если класс объектов представлен


получаемой на выходе <strong>системы</strong> первичной обработки информации ОЭС. Так, если класс объектов представлен<br />

детерминированным спектральным признаком или признаком, полученным в результате усреднения большого числа<br />

спектров (статистика 1-го порядка), то алгоритмы обработки информации могут быть достаточно простыми, например,<br />

определение спектральных отношений (отношений сигналов, приходящихся на отдельные спектральные рабочие<br />

диапазоны) может вестись путем квантования по уровню или путем использования линейных дискриминантных<br />

функций.<br />

В последние десятилетия стали использоваться алгоритмы, основанные на сравнении известных распределений<br />

множеств признаков в n-мерном пространстве с распределением, соответствующим изменениям признаков в реальной<br />

системе (статистика 2-го порядка). Дискриминантные функции при этом являются кривыми 2-го порядка.<br />

Обработка признаков в системах распознавания наиболее часто ведется тремя способами: отбором наиболее<br />

информативных признаков (отбором подмножеств), образованием отношений отдельных признаков (отношений<br />

отдельных компонент вектора признаков) и образованием линейных комбинаций отдельных признаков. Все эти<br />

способы достаточно просты для практической реализации. В теории распознавания иногда используется термин<br />

“существенная размерность”, обозначающий минимальное число измерений (выделяемых признаков), необходимое для<br />

точного представления множеств данных о распознаваемом объекте.<br />

Из-за часто возникающей на практике необходимости обрабатывать в реальном масштабе времени очень большие<br />

объемы “оптической” информации использование наиболее освоенных цифровых ЭВМ последовательного действия<br />

оказывается не всегда достаточно эффективным. Это, например, действительно при реализации методов выделения<br />

(обнаружении, распознавание) сложных изображений, наблюдаемых на неоднородных (“пестрых”) фонах. Уже сегодня<br />

известны адаптивные ОЭС с блоками выработки инвариантных информативных признаков на базе нейронных сетей [6].<br />

Для решения задач обнаружения оптических сигналов и образов, например изображения достаточно сложного по<br />

форме, спектру и другими признакам объекта, находящегося на сложном “пестром” фоне, в современных ОЭС почти<br />

повсеместно используется такое описание образов (совокупность обрабатываемых сигналов), которое содержит лишь<br />

ограниченное число отличительных признаков. Выбор признаков, наиболее существенно отличающих данный класс<br />

образов (объектов, изображений, сигналов), является важнейшей задачей при разработке ОЭС, работающих в составе<br />

интеллектуального оружия. Поэтому при разработке новых и совершенствовании существующих ОЭС очень важно<br />

отобрать минимальное число таких признаков, обеспечивающих заданные показатели качества работы ОЭС, но не<br />

усложняющих их конструкцию и тем самым не снижающих надежность работы систем и удорожающих их производство<br />

и эксплуатацию.<br />

На рис. 1 представлена структурная схема <strong>системы</strong> автоматического распознавания оптических образов (сигналов).<br />

Под приемником оптических сигналов подразумевается совокупность оптической <strong>системы</strong> и фотоприемного устройства,<br />

т. е. система первичной обработки информации [4].


Рис. 1. Структурная схема <strong>системы</strong><br />

автоматического распознавания оптических образов<br />

Наиболее часто используемыми группами признаков являются:<br />

- геометрические, выделение и обработка которых зависит прежде всего от пространственного разрешения ОЭС; к<br />

этим признакам относятся размеры и форма изображения; гистограммы распределений углов, хорд, длин сторон;<br />

геометрические моменты; пространственно-частотные спектры Фурье и Меллина; функции Уолша и др;<br />

- спектральные, выделение и обработка которых зависит от спектральной разрешающей способности ОЭС; к ним<br />

относятся поглощательная, излучательная и отражательная способности; цвет и др.;<br />

- энергетические, характеризующиеся обычно отношением сигнал/шум;<br />

- динамические, использующие информацию об изменении координат объекта, о скорости его перемещения и др.<br />

В каждом конкретном случае обнаружения, распознавания и классификации тех или иных объектов целесообразно<br />

использовать ограниченные совокупности устойчивых признаков, чтобы не усложнять конструкцию ОЭС.<br />

В литературе чаще всего рассматривается трехмерный массив информации, т.е. в большинстве разработок и попыток<br />

создать “интеллектуальные” ОЭС используется совокупность геометрооптических и динамических признаков объектов<br />

(пространственная и пространственно-временная фильтрация сигналов на фоне помех). В качестве первичных<br />

признаков используются параметры двумерного изображения – координаты в плоскости изображений, размеры<br />

изображения, форма изображения, геометрические моменты, и т.д., и один временной признак, например, скорость<br />

движения изображения, длительность сигнала и т.д. Пространственное разрешение ОЭС определяется параметрами и<br />

характеристиками оптической <strong>системы</strong>, от которых зависит качество создаваемого ею изображения, а также


характеристиками оптической <strong>системы</strong>, от которых зависит качество создаваемого ею изображения, а также<br />

параметрами приемника излучения (например, от шага многоэлементного приемника) и выбранным алгоритмом<br />

образования и обработки сигнала, снимаемого с приемника.<br />

Спектральные оптические признаки объектов и сигналов используются в большинстве случаев ограниченно – путем<br />

использования простой режекторной (полосовой, однополосной) или двухцветовой (двухполосной) спектральной<br />

оптической фильтрации. Очень мало известно о применении балансной спектральной фильтрации [4]. В то же время<br />

увеличение числа спектральных каналов (рабочих спектральных диапазонов) в составе ОЭС хотя бы до двух или трех,<br />

как это имеет место в зрительном аппарате человека (см. выше), может заметно повысить “интеллектуальность” этих<br />

систем и комплексов, в которые они входят, т.е. улучшить их показатели качества. Например, как сообщается в [7],<br />

одновременное использование двух спектральных диапазонов (3 ... 5 и 8... 13 мкм) в ОЭС, предназначенной для<br />

обнаружения и распознавания на пестром фоне целей типа “танк”, существенно увеличивает вероятность правильного<br />

обнаружения целей (на 5 ... 7%), по сравнению с той же вероятностью, обеспечиваемой при использовании только<br />

пространственных признаков в сочетании с обработкой сигналов в нейронной сети.<br />

Изменение признаков объекта и фона, на котором наблюдается объект, изменение условий приема сигналов от<br />

объектов, возникновение дополнительных помех, наконец, изменение параметров и характеристик самой <strong>системы</strong><br />

распознавания (ОЭС) – вот те факторы, которые прежде других делают целесообразным выбор и формирование таких<br />

первичных и вторичных признаков сигнала, которые, будут наиболее устойчивы (инвариантны) к указанным<br />

изменениям. К сожалению, в большинстве литературных источников, посвященных распознаванию оптических образов,<br />

рассматривается, в основном, устойчивость пространственных и пространственно-временных признаков объектов и<br />

оптических сигналов, но не спектральных оптических характеристик излучения объектов и соответствующих им<br />

сигналов. В то же время отмечалось, что такой “геометрический подход” оказался продуктивным только в простейших<br />

задачах, например, при распознавании стандартных шрифтов и образов, а при распознавании натурных сцен он явно<br />

не состоятелен [1].<br />

Можно отметить, что некоторые геометрооптические признаки объектов и их изображений, подлежащих<br />

распознаванию, имеют бимодальные и даже многомодальные функции распределения вероятностей, имеющие не один,<br />

а два или более максимума. В то же время спектральные отражательные и излучательные способности большинства<br />

объектов естественного или искусственного происхождения (целей, помех, фонов) описываются одномодальной<br />

функцией распределения вероятностей, чаще всего – Гауссовской (нормальной). Это заметно упрощает процесс<br />

обучения классификатора <strong>системы</strong> распознавания по этим признакам, т.е. спектральные оптические признаки могут<br />

оказаться предпочтительнее геометрооптических.<br />

В качестве примера сравнительно устойчивых признаков оптических сигналов, т.е. обладающих малым разбросом<br />

внутри их кластера, можно указать спектр солнечного излучения, обуславливающего свойства отраженного от этих<br />

объектов сигнала; спектры излучения многих объектов естественного и искусственного происхождения близких к<br />

черным телам (функции Планка); отражательные и излучательные способности многих материалов и покрытий,<br />

используемых при создании искусственных источников излучения (объектов).<br />

Хорошо известно, что одним из достаточно устойчивых и информативных признаков многих объектов является цвет.


Хорошо известно, что одним из достаточно устойчивых и информативных признаков многих объектов является цвет.<br />

Спектральное разрешение ОЭС зависит от количества рабочих спектральных диапазонов или “спектральных окон”<br />

<strong>системы</strong>, в которых собираются данные о просматриваемом поле (“сцене”). Очень важным является вопрос о<br />

количестве таких окон, необходимом для надежного распознавания. Из теории распознавания образов известно, что<br />

при возрастании числа спектральных окон, т.е. при увеличении так называемой “сложности измерений”, точность<br />

распознавания возрастает лишь до определенного момента, а затем, при дальнейшем увеличении этого числа, она<br />

падает [3]. Это объясняется тем, что при увеличении числа спектральных диапазонов необходима оценка множества<br />

статистик все более высокой размерности по ограниченному фиксированному числу спектральных выборок. При этом<br />

заметно усложняется система обработки данных в реальной системе, например, неоправданно увеличивается машинное<br />

время, необходимое для проведения сложных вычислений. Таким образом существует оптимальное число спектральных<br />

признаков. Например, при дистанционном зондировании природных ресурсов было установлено, что максимум<br />

вероятности распознавания по спектральным признакам достигается при трех признаках распознавания, а вероятность<br />

распознавания при использовании большего их числа, например, 12-ти признаков, существенно меньше [3].<br />

Одним из направлений дальнейшего развития многоспектральных ОЭС распознавания (“интеллектуальных”<br />

многоспектральных ОЭС) является использование числа спектральных каналов, близкого к существенной размерности<br />

функций, описывающих спектральные излучательную и отражательную способность обнаружения и распознаваемых<br />

объектов. Так например, в [3] утверждается, что существенная размерность многоспектральных данных в диапазоне<br />

0,4 ... 15,0 мкм, определяемая для явлений отражения и излучения энергии от поверхности Земли, близка к шести.<br />

При использовании спектральных признаков, присущих большинству распознаваемых на практике объектов, важно<br />

использовать высокую степень корреляции этих признаков, проистекающих из физической природы оптического<br />

излучения и детерминированности законов, описывающих эту природу, например, закона Планка. Этому соответствует<br />

большая вытянутость кластера n признаков в n-мерном пространстве, что можно использовать для получения вектора<br />

признаков в пространстве более низкой размерности без значительной потери информации. Это также приводит к<br />

выводу о возможности уменьшить число используемых спектральных признаков (спектральных окон, спектральных<br />

отношений) до трех – четырех, а иногда и до двух. Например, известно, что размерность вектора спектральных<br />

признаков, использовавшихся при работе многоспектральных сканирующих систем Ландсат-1 и Ландсат-2, составляла<br />

4 (четыре спектральных рабочих диапазона), однако, наибольшая контрастность деталей изображения земной<br />

поверхности, полученного с помощью этих систем, достигалась при использовании только двух окон [3].<br />

Отбор подмножества спектральных признаков ведется с помощью выделения такого рабочего диапазона работы ОЭС, в<br />

котором максимально энергетическое отношение сигнал/помеха. Хорошо известно образование отношения сигналов,<br />

приходящихся на два узких спектральных диапазона, – двухцветовая спектральная оптическая фильтрация. Описанная<br />

выше модель восприятия цветности зрительным аппаратом человека, является, по сути дела, реализацией способа<br />

образования линейных комбинаций трех монохроматических излучений (“чистых” цветов). Известный способ балансной<br />

спектральной фильтрации [4] может рассматриваться как образование линейной комбинации (комбинаций) сигналов,<br />

образующихся в двух или более сравнительно широких спектральных диапазонах.<br />

Менее известны <strong>системы</strong>, в которых числитель и знаменатель спектрального отношения представляют собой суммы или


Менее известны <strong>системы</strong>, в которых числитель и знаменатель спектрального отношения представляют собой суммы или<br />

разности сигналов, получаемых в двух спектральных диапазонах, что позволяет “вычитать” или “уменьшать” сигнал,<br />

образуемый нежелательным излучением фона или помехи. Такой метод может быть отнесен как к способу отношений,<br />

так и способу линейных комбинаций. Его реализация в ОЭС военного назначения представляет большой практический<br />

интерес.<br />

Учитывая возможные изменения оптического спектра (эффективной спектральной излучательной способности объекта<br />

или спектральной плотности освещенности изображения), связанные, например, с изменением режима работы<br />

энергетических установок на объекте, или с изменением условий прохождения оптического сигнала на трассе “объект –<br />

ОЭС”, или с изменением условий облучения объекта естественными посторонними источниками и т.д., целесообразно<br />

иметь гибкие эталоны спектральных признаков – спектральных отношений. В этом случае модель эталона становится<br />

инвариантной по отношению к случайным или детерминированным вариациям признаков сигнала в определенных<br />

пределах или диапазонах изменения указанных факторов. Возможности современной цифровой голографии позволяют<br />

использовать большие наборы таких необобщенных эталонов.<br />

Интерес может представить статистика распределения (гистограммы) первичных признаков типа протяженностей или<br />

площадей участков одного цвета.<br />

Энергетическое разрешение, определяемое как число разрешаемых уровней ярости объекта или освещенности<br />

изображения, выбирается в соответствии с требуемым отношением сигнал/шум. Хорошо известно, что вероятность<br />

обнаружения и распознавания увеличивается с ростом этого отношения. При этом следует учитывать взаимосвязь<br />

пространственного, спектрального и энергетического разрешения, имеющую место в реальных ОЭС. Например, если<br />

высокое пространственное разрешение достигается путем уменьшения размеров элемента изображения, то из-за этого<br />

на данный элемент будет приходиться меньшее количество энергии, которое необходимо для разделения ее по<br />

спектральным рабочим диапазонам и получению требуемого отношения сигнал/шум в каждом из этих диапазонов.<br />

Основными препятствиями на пути создания “интеллектуальных” многоспектральных ОЭС являются известные<br />

трудности создания сравнительно недорогих высокочувствительных широкодиапазонных (работающих в широком<br />

спектральном диапазоне) фотоприемных устройств (ФПУ) с высоким пространственным, спектральным и временным<br />

разрешением. Сюда же следует отнести трудности по созданию экономичных, долговечных, малогабаритных систем<br />

охлаждения ФПУ и ряд других проблем технико-экономического характера. Предпринимаемые попытки создать такие<br />

ОЭС в виде Фурье-спектрометров или многоканальных видеоспектрометров не всегда успешны, так как не<br />

обеспечивается, например, требование работать в реальном масштабе времени, да и ряд других требований.<br />

Очень важной остается проблема калибровки и обучения “интеллектуальных” ОЭС (самообучения) в изменяющихся<br />

условиях их эксплуатации и особенно при нестабильности параметров (признаков) наблюдаемых объектов и<br />

создаваемых этими объектами сигналов. При создании автоматических ОЭС распознавания целесообразно<br />

предусматривать участие человека не только на этапе сбора информации о различных признаках объектов и сигналов,<br />

но и в процессе обучения классификатора, что может заметно упростить этот процесс.<br />

Эффективность использования многоспектральных ОЭС во многом зависит от знания параметров и характеристик


Эффективность использования многоспектральных ОЭС во многом зависит от знания параметров и характеристик<br />

объектов, по которым они работают (сигнатур целей, помех, фонов). Не случайно данных о сигнатурах объектов<br />

военной техники в открытой литературе очень мало. В 1993 г. в разведывательном управлении Министерства обороны<br />

США был образован специальный отдел, занимающийся разведкой и созданием базы данных о cигнатурах<br />

разведываемых целей (Measurements and Signatures Intelligence – MASINT). Определение оптических сигнатур целей<br />

является одной из важнейших задач этого отдела, причем особое внимание, судя по публикации [8], уделяется сбору<br />

информации о спектральных оптических сигнатурах (признаках) целей. На вооружении Армии США имеются<br />

предназначенные для этого <strong>системы</strong> SYERS (Senior Year Electrooptical Reconnaissance System), работающая на борту<br />

самолета U-2 в семи спектральных диапазонах, и Cobra Brass, являющаяся многоспектральным датчиком изображений<br />

для инфракрасной <strong>системы</strong> космического базирования.<br />

Большое внимание в США уделяется разработке многоспектральных ОЭС с очень большим числом спектральных окон.<br />

Например, компания TRW разработала систему с 384 спектральными рабочими диапазонами. Такие <strong>системы</strong><br />

испытывались на борту беспилотных разведывательных летательных аппаратов, предназначенных для обнаружения<br />

танков, пусковых ракетных установок и других замаскированных и находящихся на “пестром” фоне военных объектов.<br />

Использование рабочих спектральных диапазонов в ультрафиолетовой области спектра позволит идентифицировать<br />

тип ракет противника по спектральному составу излучения компонент ракетного топлива.<br />

Отмеченное выше особенно характерно для военных и других полевых систем и комплексов. Тем не менее попытки<br />

приблизить ОЭС ближайшего будущего к уровню действительно интеллектуальных систем не прекращаются, а ряд<br />

полученных к настоящему времени результатов является достаточно оптимистичным.<br />

Сочетание <strong>оптико</strong>-электронных систем с радиоэлектронными, химическими, акустическими и др. средствами при<br />

наличии новых вычислительных средств с очень большой скоростью обработки многомерной информации, получаемой<br />

от этих систем, позволяет в реальном масштабе времени достаточно надежно решать задачи обнаружения,<br />

распознавания, классификации и идентификации самых различных объектов, т.е. решать эти задачи в интересах<br />

тактических звеньев сухопутной армии, авиации, флота.<br />

Литература.<br />

1. Левшин В.Л. Биокибернетические <strong>оптико</strong>-<strong>электронные</strong> устройства автоматического распознавания изображений. –<br />

М.: Машиностроение, 1987.<br />

2. Красильников Н.Н., Шелепин Ю.Е., Красильникова О.И. Математическая модель цветовой константности зрительной<br />

<strong>системы</strong> человека. – Оптический журнал, 2002, т. 69, № 5, с. 38 – 44.<br />

3. Дистанционное зондирование: количественный подход/Ш.М.Дейвис, Д.А.Ландгребе, Т.Л.Филипс и др. Под ред.<br />

Ф.Свейна и Ш.Дейвиса. Пер. с англ. – М.: Недра, 1983.<br />

4. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет <strong>оптико</strong>-электронных приборов. Изд. 4-ое, перераб. и доп. – М.: Логос, 1999.<br />

5. Мирошников М.М. Теоретические основы <strong>оптико</strong>-электронных приборов. Изд. 2-ое, перераб. и доп. – Л.:<br />

Машиностроение, 1983.<br />

6. McAulay A., Kadar I. Neural networks for adaptive shape tracking.- SPIE Proc., vol.1408 (1991), p.p.l19 – 134.


6. McAulay A., Kadar I. Neural networks for adaptive shape tracking.- SPIE Proc., vol.1408 (1991), p.p.l19 – 134.<br />

7. MIX and match for better vision/ L.A.Chan, A.Colberg, S.Der et al. – SPIE's OE Magazine, April 2002, p.p. 18 – 20.<br />

8. Journal of Electronic Defense. – 1998, № 8, p.p. 43 – 48.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!