<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<rss version="2.0"
	xmlns:content="http://purl.org/rss/1.0/modules/content/"
	xmlns:wfw="http://wellformedweb.org/CommentAPI/"
	xmlns:dc="http://purl.org/dc/elements/1.1/"
	xmlns:atom="http://www.w3.org/2005/Atom"
	xmlns:sy="http://purl.org/rss/1.0/modules/syndication/"
	xmlns:slash="http://purl.org/rss/1.0/modules/slash/"
	>

<channel>
	<title>Электронный научно-практический журнал «Современные научные исследования и инновации» &#187; ФПЗС</title>
	<atom:link href="http://web.snauka.ru/issues/tag/fpzs/feed" rel="self" type="application/rss+xml" />
	<link>https://web.snauka.ru</link>
	<description></description>
	<lastBuildDate>Fri, 17 Apr 2026 07:29:22 +0000</lastBuildDate>
	<language>ru</language>
	<sy:updatePeriod>hourly</sy:updatePeriod>
	<sy:updateFrequency>1</sy:updateFrequency>
	<generator>http://wordpress.org/?v=3.2.1</generator>
		<item>
		<title>Способ обработки изображений на основе матриц ФПЗС</title>
		<link>https://web.snauka.ru/issues/2017/06/83380</link>
		<comments>https://web.snauka.ru/issues/2017/06/83380#comments</comments>
		<pubDate>Thu, 01 Jun 2017 11:49:19 +0000</pubDate>
		<dc:creator>ingmgb</dc:creator>
				<category><![CDATA[05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ]]></category>
		<category><![CDATA[ложные пространственные объекты]]></category>
		<category><![CDATA[матрица фоточувствительных приборов с зарядовой связью]]></category>
		<category><![CDATA[неоднородность чувствительности]]></category>
		<category><![CDATA[нестационарный фон]]></category>
		<category><![CDATA[слабоконтрастные объекты]]></category>
		<category><![CDATA[ФПЗС]]></category>

		<guid isPermaLink="false">https://web.snauka.ru/issues/2017/06/83380</guid>
		<description><![CDATA[В телевизионных системах при обработке малоконтрастных изображений уменьшается отношение сигнал/шум и возрастает влияние неоднородности приёмников изображений [1]. В видеокамерах на основе ФПЗС выходной сигнал может отличаться на разных участках матрицы из-за того, что при изготовлении невозможно достичь абсолютной точности толщина электродов МОП &#8211; накопителя, размеров фоточувствительных ячеек.  Значение данных факторов меняется от ячейки к ячейке [...]]]></description>
			<content:encoded><![CDATA[<p><span>В телевизионных системах при обработке малоконтрастных изображений уменьшается отношение сигнал/шум и возрастает влияние неоднородности приёмников изображений [1].</span><br />
<span>В видеокамерах на основе ФПЗС выходной сигнал может отличаться на разных участках матрицы из-за того, что при изготовлении невозможно достичь абсолютной точности толщина электродов МОП &#8211; накопителя, размеров фоточувствительных ячеек. </span><br />
<span>Значение данных факторов меняется от ячейки к ячейке и характеризует шумы ФПЗС. Шумы подразделяются на флуктационные и детерминированные.</span><br />
<span>Флуктуационные шумы &#8211; это шум переноса и шум выходного устройства, который пропорционален корню квадратному из емкости узла считывания. </span><br />
<span>Детерминированные шумы &#8211; это помехи от тактового питания и геометрические шумы, вызванные неоднородностью чувствительности ячеек ФПЗС и распределения темнового тока (рис. 1). </span></p>
<div align="center"><span><img class="alignnone size-full wp-image-83427" title="ris1" src="https://web.snauka.ru/wp-content/uploads/2017/06/ris14.png" alt="" width="313" height="173" /></span></div>
<div align="center"><span>Рисунок 1. Изображение усиленных шумов ФПЗС</span></div>
<p><span>Измерить и учесть темновой ток, иногда уравнять чувствительность всех ячеек ФПЗС возможно программными средствами, но это затруднительно при работе в реальном масштабе времени и сопряжено с дополнительными искажениями полезного сигнала.</span><br />
<span>Предполагаемый способ может быть использован при создании систем технического зрения для пространственно-временной обработки (ПВО) слабоконтрастных медицинских изображений.</span><br />
<span>Известны способы ПВО изображений на основе матриц ФПЗС и устройство для его реализации [2, 3], заключающиеся в том, что ПВО выполняют путем дискретного накопления зарядов, фотогенерированных под воздействием проецируемого изображения в потенциальных ямах ФПЗС, и перемещают в пространстве изображение относительно матрицы ФПЗС. Время накопления в каждой точке пространства изменяют пропорционально величине отсчетов импульсной характеристики реализуемого пространственно-временного фильтра в зависимости от вида фильтрации.</span><br />
<span>Недостатки данных способов следующие:</span><br />
<span>при изменении освещенности сцены происходит более быстрое достижение предельного уровня зарядов в ячейке за время дискретного накопления, что не учитывается в способе и исключает возможность адаптации устройства ПВО к изменению условий наблюдения и, следовательно, может привести к переполнению потенциальных ям матрицы ФПЗС в процессе дискретного накопления зарядов, фотогенерированных под воздействием проецируемого изображения, и внесению искажений при осуществлении ПВО;</span><br />
<span>неравномерность чувствительности ячеек ФПЗС приводит к паразитной модуляции изображения и, соответственно, ухудшает наблюдение слабоконтрастных объектов.</span><br />
<span>Предлагаемый способ позволяет выполнять ПВО изображения одновременно с его формированием, обеспечивающую выделение неподвижных и движущихся слабоконтрастных объектов на нестационарном фоне при пониженной неоднородности чувствительности ячеек матрицы прибора с зарядовой связью.</span><br />
<span>Способ, реализующий ПВО включает следующие последовательные действия: </span><br />
<span>проецирование области наблюдения на матрицу фоточувствительных приборов с зарядовой связью изображения; </span><br />
<span>дискретное накопления зарядов, фотогенерированных под воздействием проецируемого изображения в потенциальных ямах матрицы фоточувствительных приборов с зарядовой связью; </span><br />
<span>взаимное пространственное смещение изображения и матрицы фоточувствительных приборов с зарядовой связью; </span><br />
<span>измеряется освещенность проецируемого изображения и в зависимости от величины освещенности формируется сигнал, который управляет длительностью дискретного накопления зарядов </span><em><span>Т</span></em><em><sub><span>н i,s</span></sub></em><span>;</span><br />
<span>во время накопления с интервалом </span><em><span>Т</span></em><em><sub><span>н i,s</span></sub></em><em><span>/m</span></em><span> производится синхронный сдвиг проецируемого изображения на одну ячейку матрицы и сдвиг внутри матрицы на одну ячейку в том же пространственном направлении. </span><br />
<span>Для осуществления конкретного вида фильтрации необходимо задать параметры перемещения, которые определяют частотные характеристики реализуемого пространственно-временного фильтра, время накопления в каждой точке пространства изменяется пропорционально величине отсчетов импульсной характеристики реализуемого пространственно-временного фильтра в зависимости от вида фильтрации, а между накоплениями осуществляется пауза на время, необходимое для обеспечения постоянства временного интервала между циклами накопления.</span><br />
<span>Также необходимо учитывать следующее: направление пространственного сдвига определяет направление ослабления неравномерности чувствительности ячеек матрицы, а число m сдвигов &#8211; результирующую неравномерность чувствительности ячеек матрицы.</span><br />
<span>Способ поясняется следующими рассуждениями и рис. 2 &#8211; 7. Введение синхронного сдвига проецируемого изображения на один элемент матрицы и сдвиг внутри матрицы на один элемент в том же направлении не приведет к искажению формируемого изображения сцены и истинного объекта на ней так, как взаимное расположение световых точек сцены и соответствующих точек зарядового профиля в ФПЗС до и после сдвига останется неизменным. Различие заключается в том, что после сдвига накопление производится соседними ячейками ФПЗС. Оно используется для понижения неравномерности чувствительности ячеек ФПЗС и ослабления ложных объектов в изображении.</span><br />
<span>В ячейке ФПЗС, на которую падает световой поток </span><em><span>ФР</span></em><span> за время </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/0Q3U66PE9.gif" alt="" width="21" height="25" /><span>накопления соберется заряд [4]</span><br />
<img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/014ECYGTY.gif" alt="" width="141" height="28" /><span> ,</span><br />
<span>где </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/0ZISMP02R.gif" alt="" width="32" height="25" /><em><span> </span></em><span>чувствительность ячейки ФПЗС.</span><br />
<span>Большинство ячеек ФПЗС обладают стандартной чувствительность </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/0KQK3X50B.gif" alt="" width="25" height="25" /><span>. Тогда можно записать, что </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/1QVYTGXYZ.gif" alt="" width="193" height="28" /><span>, где </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/2.gif" alt="" width="100" height="25" /><span> - относительная чувствительность ячейки ФПЗС.</span><br />
<span>Пусть формирование изображения равномерно освещенной сцены, излучающей световой поток </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/2(2).gif" alt="" width="104" height="25" /><span>, производится матрицей ФПЗС размерность 5х5 за время </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/3(1).gif" alt="" width="20" height="25" /><span>, при этом большинство ячеек имеют стандартную чувствительность </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/3(3).gif" alt="" width="25" height="25" /><span> , а часть - </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/3(5).gif" alt="" width="20" height="25" /><span> (рис. 2). </span><br />
<span>Тогда в прототипе сформируется двухуровневый зарядовый профиль (рис. 3). При этом уровни зарядового профиля равны </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/4.gif" alt="" width="163" height="28" /><span> и </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/5.gif" alt="" width="158" height="28" /><span> .</span><br />
<span>Таким образом, ячейки с чувствительностью </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/5(2).gif" alt="" width="20" height="25" /><span> сформируют зарядовый профиль, образующий пространственный ложный объект – вертикальная линия, амплитуда которого будет равна</span><br />
<img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/6.gif" alt="" width="452" height="28" /><span> </span><br />
<span>и будет определяться неравномерностью чувствительности ячеек ФПЗС.</span></p>
<div align="center"><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/23.gif" alt="" width="279" height="205" /><br />
<span>Рисунок 2. Матрица чувствительности ФПЗС</span><br />
<img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/48.gif" alt="" width="391" height="209" /><br />
<span>Рисунок 3. Двухуровневый зарядовый профиль в ФПЗС</span></div>
<p><span>При выделении вертикальных линий предлагаемым способом разобьем стадию накопления на два этапа длительностью </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/49.gif" alt="" width="13" height="35" /><span> между, которыми произведем сдвиг по горизонтали на одну ячейку матрицы. В результате первого этапа получим двухуровневый зарядовый профиль (рис. 4), причем</span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/50.gif" alt="" width="229" height="35" /><span> и </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/52.gif" alt="" width="229" height="35" /><span>. </span><br />
<span>Вид зарядового профиля после сдвига представлен на рис.5. В результате второго этапа (без учета первого этапа накопления) получим двухуровневый зарядовый профиль (рис. 6), причем </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/54.gif" alt="" width="229" height="35" /><span> и </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/56.gif" alt="" width="229" height="35" /><span>. </span><br />
<span>В результате суммирования зарядовых профилей, представленных на рис.5, 6 получим окончательный результат (рис. 7). Полученный зарядовый профиль тоже будет двух уровневым, причем </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/58.gif" alt="" width="316" height="28" /><span> и </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/63.gif" alt="" width="566" height="73" /><br />
<span>Следовательно, амплитуда пространственного ложного объекта – вертикальная линия будет равна </span><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/68.gif" alt="" width="278" height="35" /><span>и будет определяться половинным значением неравномерности чувствительности ячеек ФПЗС.</span><br />
<span>Рассмотрим конкретный случай обработки – производится обработка двумерным фильтром с маской 7х7.</span></p>
<div align="center"><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/90.gif" alt="" width="438" height="170" /><br />
<span>Рисунок 4. Двухуровневый зарядовый профиль в ФПЗС после первого этапа накопления</span></div>
<div align="center">
<p><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/112.gif" alt="" width="436" height="168" /><span>Рисунок 5. Двухуровневый зарядовый профиль в ФПЗС после сдвига </span></p>
<p><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/134.gif" alt="" width="442" height="168" /></p>
<p><span>Рисунок 6. Двухуровневый зарядовый профиль в ФПЗС за время второго этапа накопления</span></p>
<p><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/185.gif" alt="" width="550" height="313" /></p>
<p><span>Рисунок 7. Результирующий двухуровневый зарядовый профиль в ФПЗС</span></p>
</div>
<p><span>В этом случае в процессе обработки будет произведено 49 синхронных сдвигов изображения сцены и зарядового профиля внутри ФПЗС. В результате изображение (рис.1) преобразуется в изображение, представленное на рис.8. Сигналы шумов в одной строке ФПЗС до и после обработки имеют следующий вид (рис.9). Из рис. 8, 9 видно, что несмотря на улучшение (близость к постоянной величине), уровень шумов в данном случае достаточно высок. В целом по изображению динамический диапазон усиленных шумов исходно был больше 18, а после обработки снизился до 2. Это указывает на необходимость предварительного отбора матриц ФПЗС с минимальным уровнем шумов.</span></p>
<div align="center">
<p><img src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/200.gif" alt="" width="596" height="209" /></p>
<p><span>Рисунок 8. Изображение усиленных шумов ФПЗС до и после обработки</span></p>
</div>
<p><img class="aligncenter" src="http://content.snauka.ru/web/83380_files/214.gif" alt="" width="571" height="197" /></p>
<div align="center"><span>Рисунок 9.</span><span> </span><span>Сигналы шумов в одной строке ФПЗС до и после обработки</span></div>
<p><span>Таким образом, рассмотренный способ выполняет пространственно &#8211; временную обработку изображения одновременно с его формированием, обеспечивающую выделение неподвижных и движущихся слабоконтрастных объектов на нестационарном фоне, при пониженной неоднородности чувствительности ячеек матрицы прибора с зарядовой связью и обеспечивает ослабление ложных пространственных объектов.</span></p>
]]></content:encoded>
			<wfw:commentRss>https://web.snauka.ru/issues/2017/06/83380/feed</wfw:commentRss>
		<slash:comments>0</slash:comments>
		</item>
	</channel>
</rss>
