38926

Межкадровая фильтрация и измерение динамических параметров

Контрольная

Физика

Кроме того изменения параметров динамического объекта за время Тк невелики опять же не всегда а в подавляющем большинстве случаев. применение к последним межкадрового усредения приведёт скорее всего к нежелательным последствиям например размазыванию изображения движущегося объекта. Но обычно перед ТВсистемами стоит задача измерения динамических параметров в частности непрерывный контроль за текущим состоянием объекта которые не могут быть определены однократным измерением. Так например скорость объекта где – положения...

Русский

2013-09-30

56 KB

1 чел.

Межкадровая фильтрация и измерение динамических параметров

Как правило, соседние кадры мало отличаются друг от друга. Это обуславливает квазипериодичность телевизонного сигнала (с периодом, равным межкадровому интервалу Tк). Большую часть кадра обычно занимает статичный фон, изменения же присходят в сигнале от динамических объектов (меняющих свои местоположение/размер/цвет/яркость), которые при этом занимают небольшую часть кадра. Кроме того, изменения параметров динамического объекта за время Тк невелики (опять же, не всегда, а в подавляющем большинстве случаев).

В наблюдательных ТВ-системах усреднение по нескольким кадрам применительно к фону позволяет эффективно подавить случайный шум (вызвающий, в частности, т.н. рябь изображения), причём без какого-либо замыливания, зачастую имеющего место при фильтрации кадра в отдельности. При этом важно качественно отделять статические объекты от динамических, т.к. применение к последним межкадрового усредения приведёт, скорее всего, к нежелательным последствиям (например, размазыванию изображения движущегося объекта).

В измерительных ТВ-системах выходной информацией служит не картинка, а количественная оценка измеряемого параметра (или нескольких параметров). При этом циклы измерения повторяются с периодом Тк. Если измеряемый параметр статичен, то получается последовательность однократных измерений, которые можно традиционно усреднить для уменьшения СКО погрешности итогового измерения.

Но обычно перед ТВ-системами стоит задача измерения динамических параметров (в частности, непрерывный контроль за текущим состоянием объекта), которые не могут быть определены однократным измерением. Так, например, скорость объекта

,

где ,  – положения объекта в n-м и (n-1)-м кадрах соответственно. Каждая оценка положения объекта сопровождается погрешностью. Если СКО этой погрешности не меняется от кадра к кадру и составляет некоторую величину : , то СКО погрешности измерения скорости

.

Погрешность можно уменьшить за счёт обработки информации не по двум, а по большему количеству кадров. Это и называют межкадровой фильтрацией.

Зачастую имеются какие-то априорные сведения о возможных поведениях объекта измерения, которые можно (и нужно) использовать при межкадровой фильтрации. Т.е. динамические параметры имеют некоторые ограничения, обусловленные теми или иными причинами (в частности, физическими). Так, если измеряемый параметр – скорость автомобиля, то понятно, что она не может быстро скачкообразно меняться туда-сюда (чего нельзя сказать о броуновском движении частиц). Но с каким-то ускорением автомобиль может двигаться – пусть неизвестным, но имеющим известное ограничение. Также ограничения могут быть наложены на третью производную (скорость ускорения), и т.д. Априорные сведения о характеристиках сопровождающего измерения шумового процесса тоже, как правило, учитываются при составлении алгоритма фильтрации.

Особый интерес при измерении динамических параметров представляют рекурсивные, они же БИХфильтры (фильтры с бесконечной импульсной характеристикой). При определении текущего значения измеряемого параметра эти фильтры используют результаты оценок по всем предыдущим кадрам. Т.е. проводится усреднение между значением, полученным по последнему кадру, и значением, которое некоторым образом предсказывают все предыдущие кадры. Для этого рекурсивные фильтры используют свой выход в качестве одного из входов (или несколько выходов в качестве части входов), т.е. обратную связь. В общем случае рекуррентное разностное уравнение, описывающее БИХфильтр, выглядит так:

,

где  – n-е значение выходного параметра (измеряемого),  – n-е значение входного параметра (оценка которого производится по одному n-му кадру), М – порядок входного сигнала (), N – порядок обратной связи. Применительно к нашему примеру – измерению скорости перемещения – входным параметром будет положение объекта, выходным – скорость.

При большом значении СКО погрешности, сопровождающей оценку параметра по отдельному кадру, и наличии априорной информации о возможных изменениях измеряемого параметра рекурсивная фильтрация оказывается очень эффективной (как с точки зрения многократного уменьшения СКО погрешности, так и с т.з. малости вычислительных затрат).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

25305. Стресс 33.5 KB
  0004 ГОМЕОСТАЗ Внутренняя среда организма в которой живут все его клетки это кровь лимфа межтканевая жидкость. Ее характеризует относительное постоянство гомеостаз различных показателей так как любые ее изменения приводят к нарушению функций клеток и тканей организма особенно высокоспециализированных клеток центральной нервной системы. Способность сохранять гомеостаз в условиях постоянного обмена веществ и значительных колебаний факторов внешней среды обеспечивается комплексом регуляторных функций организма. существовать и двигаться...
25306. Адаптация 28 KB
  У человека адаптация выступает как свойство организма которое обеспечивается автоматизированными самонастраивающимися саморегулирующимися системами сердечнососудистой дыхательной выделительной и др. Адаптация это эффективная и экономная адекватная приспособительная деятельность организма к воздействию факторов внешней среды. Чем выше уровень интеграции координированности сложных регуляторных процессов тем эффективнее адаптация.
25307. Природа потенциала покоя 28.5 KB
  Согласно этой теории биоэлектрические потенциалы обусловлены неодинаковой концентрацией ионов К' N3' СГ внутри и вне клетки и различной проницаемостью для них поверхностной мембраны. Протоплазма нервных и мышечных клеток содержит в 3050 раз больше ионов калия в 810 раз меньше ионов натрия и в 50 раз меньше ионов хлора чем внеклеточная жидкость. На структурных элементах мембраны фиксируются различные ионы что придает стенкам ее пор тот или иной заряд и тем самым затрудняет или облегчает прохождение через них ионов. Так предполагается...
25308. Потенциал действия 37.5 KB
  Потенциал действия может быть зарегистрирован двояким способом: с помощью электродов приложенных к внешней поверхности волокна внеклеточное отведение и с помощью микроэлектрода введенного внутрь протоплазмы внутриклеточное отведение. Долгое время физиологи полагали что потенциал действия представляет собой лишь результат кратковременного исчезновения той разности потенциалов которая существует в покое между наружной и внутренней сторонами мембраны. Однако точные измерения проведенные с помощью внутриклеточных микроэлектродов...
25309. Законы раздражения 44 KB
  Механизм раздражающего действия тока при всех видах стимулов в принципе одинаков однако в наиболее отчетливой форме он выявляется при использовании постоянного тока прямоугольной формы. При использовании в качестве раздражителя электрического тока порог выражается в единицах силы тока или напряжения. Существует два способа подведения электрического тока к ткани: внеклеточный и внутриклеточный. Недостаток этого метода заключается в значительном ветвлении тока: только часть его проходит через мембраны клеток часть же ответвляется в...
25310. Строение и классификация нейронов 35.5 KB
  Место отхождения аксона от тела нервной клетки называют аксонным холмиком. Дендриты это многочисленные ветвящиеся отростки функция которых состоит в восприятии импульсов приходящих от других нейронов и проведении возбуждения к телу нервной клетки. В центральной нервной системе тела нейронов сосредоточены в сером веществе больших полушарий головного мозга подкорковых образований мозжечка мозгового ствола и спинного мозга.
25311. Строение и работа синапсов 28 KB
  Они образуются концевыми разветвлениями нейрона на теле или отростках другого нейрона. В структуре синапса различают три элемента: 1пресинаптическую мембрану образованную утолщением мембраны конечной веточки аксона; 2синаптическую щель между нейронами; 3постсинаптическую мембрану утолщение прилегающей поверхности следующего нейрона. В большинстве случаев передача влияния одного нейрона на другой осуществляется химическим путем.Для возбуждения нейрона необходимо чтобы ВПСП достиг порогового уровня.
25312. Рефлекс. Рефлекторный процесс 63.5 KB
  У животных обладающих нервной системой развился особый тип реакций рефлексы. Рефлексы это реакции организма происходящие при обязательном участии нервной системы в ответ на раздражение воспринимающих нервных окончаний рецепторов. Павлова делят на две большие группы: на рефлексы безусловные и условные. Безусловные рефлексы это врожденные наследственно передающиеся реакции организма.
25313. Свойства нервных центров 39 KB
  Проведение волны возбуждения от одного нейрона к другому через синапс происходит в большинстве нервных клеток химическим путем с помощью медиатора а медиатор содержится лишь в пресинаптической части синапса и отсутствует в постсинаптической мембране. В связи с этим поток нервных импульсов в рефлекторной дуге имеет определенное направление от афферентных нейронов к вставочным и затем к эфферентным мотонейронам или вегетативным нейронам. Суммация возбуждения В ответ на одиночную афферентную волну идущую от рецепторов к нейронам в...