"Цифровая обработка сигналов" - научно-технический журнал

"Цифровая обработка сигналов" №3-2025 год : рефераты статей

Ушенкин В.А.
Статистическая радиометрическая коррекция космических РСА-изображений, полученных в маршрутном режиме съемки // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 3-9.

Аннотация:
Предлагается новый алгоритм радиометрической коррекции изображений земной поверхности, сформированных космическими радиолокаторами с синтезированной апертурой антенны (РСА) в маршрутном (полосовом) режиме съемки, с уточнением положения максимума диаграммы направленности антенны (ДНА) радиолокатора по углу места путем статистического анализа сигнала изображения. В основу алгоритма положено предположение, что амплитудный сигнал радиометрически скорректированного изображения можно приближенно представить в виде совокупности радиометрически однородных объектов, разделенных резкими границами. Угломестная ДНА представляется в виде функции угла места, вычисляется отношение производной этой функции к значению функции. В результате статистического анализа сигнала изображения получаются оценки отношения производной амплитуды сигнала по углу места к величине амплитуды для различных значений угла места с отбраковкой участков изображения, соответствующих резким границам или радиометрически неоднородным объектам. Распределение полученных статистических оценок по углам места сопоставляется с распределением отношений, вычисленных по ДНА. Находится смещение двух распределений вдоль угломестной оси, используемое в качестве поправки к угловой ориентации антенны РСА. Описанный процесс выполняется итерационно, поскольку из-за начальных погрешностей знания угловой ориентации антенны радиометрически однородные объекты могут выявляться на изображении неточно. В работе приводятся результаты предложенного алгоритма, полученные при обработке данных от зарубежного радиолокационного космического аппарата «TerraSAR-X». Показано, что положение максимума угломестной ДНА может быть найдено со среднеквадратической ошибкой порядка 1,25'.

Ключевые слова:
радиолокатор с синтезированной апертурой антенны, радиолокационное изображение, радиометрическая коррекция, диаграмма направленности антенны, угол места.

Об авторах:
Ушенкин В.А., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Егин М.М., Кузнецов А.Е., Пошехонов В.И., Пресняков О.А.
Геометрический синтез мозаичных снимков с использованием рациональных полиномов // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 10-16.

Аннотация:
Рассмотрена задача синтеза мозаичных снимков по набору изображений, геопривязанных с использованием рациональных полиномов; представлена её технологическая схема. Неотъемлемой частью геометрического синтеза является процедура блочного уравнивания. Предложен численноустойчивый алгоритм блочного уравнивания с двухкомпонентной поправкой, устраняющей остаточные невязки в одноимённых точках. Выполнена апробация предлагаемых решений на реальных данных площадной и стерео съёмки.

Ключевые слова:
геометрический синтез, мозаичный снимок, блочное уравнивание, RPC-модель.

Об авторах:
Егин М.М., м.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Кузнецов А.Е., д.т.н., профессор, первый заместитель директора НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Пошехонов В.И., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Пресняков О.А., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Егошкин Н.А., Соловьев А.В.
Повышение геометрического качества изображений от систем глобального наблюдения Земли // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 17-22.

Аннотация:
Рассмотрена задача повышения геометрического качества изображений от систем глобального наблюдения Земли, в том числе с высокой эллиптической орбиты. Показано, что для уточнения геодезической привязки изображений и калибровки аппаратуры необходимы алгоритмы автоматического получения опорных точек. Для их массового получения предлагается использовать вместо электронных карт полутоновые многоканальные изображения подстилающей поверхности, полученные другими миссиями ДЗЗ. Построен алгоритм многоканальной корреляции изображений с учётом влияния рельефа местности. Разработаны подходы к калибровке съёмочной аппаратуры, в том числе для уточнения движения сканирующего зеркала. Предложенные подходы апробированы на данных от спутников серии «Арктика-М».

Ключевые слова:
дистанционное зондирование, геометрическое качество, геодезическая привязка, калибровка, корреляция, высокая эллиптическая орбита.

Об авторах:
Егошкин Н.А., д.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Соловьев А.В., инженер НИОКР НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Анисимовский В.В., Сафронова Е.И., Рычагов М.Н.
Детализация изображений с помощью сверточной нейронной сети с вложенными ядрами сверток // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 23-31.

Аннотация:
Представлен новый метод улучшения детализации изображений, направленный на восстановление или создание «галлюцинаций» мелкозернистых деталей естественных изображений, который сохраняет хорошо детализированные участки нетронутыми. Для этого используется сверточная нейронная сеть, обученная с помощью выравненных фрагментов из пар изображений высокого и низкого качества, изображающих одну и ту же сцену. Методика обучения включает в себя новую функцию потерь на основе модулированного сохранения, которая позволяет сконцентрировать обучение на областях изображения, требующих улучшения, сохраняя при этом все остальные области неизменными.

Для решения проблемы крупномасштабной согласованности мелкозернистых деталей (например, целостности длинных прядей волос) предлагается создать сверточную нейронную сеть с вложенными ядрами сверток, что позволяет использовать фрактальное самоподобие карт признаков, созданных на основе входного изображения.

Эксперименты показывают явное улучшение субъективного качества мелкозернистых деталей (человеческих волос, ткани одежды) в областях изображения, которые пострадали от ухудшения детализации. Объективные измерения качества (с использованием безреференсных метрик качества изображения) показывают эффективность метода по сравнению с современными методами улучшения изображения.

Ключевые слова:
детализация изображений, фрактальное самоподобие, нейронные сети, сверточные нейронные сети.

Об авторах:
Анисимовский В.В., старший инженер, Исследовательский Центр Самсунг e-mail: vanisimovsky@gmail.com

Сафронова Е.И., стажер, Исследовательский Центр Самсунг e-mail: katyasafit@gmail.com

Рычагов М.Н., д.ф.-м.н., профессор, Национальный исследовательский университет «МИЭТ» e-mail: michael.rychagov@gmail.com

Исаев И.Д., Савельев А.Н., Семенов А.Н.
Комбинированная методика предварительной совместной обработки кадров радиолокационных изображений, формируемых радиолокационными датчиками кругового обзора // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 32-39.

Аннотация:
Предложена комбинированная методика, основанная на нелинейном переквантовании, радиометрической и функциональной калибровке, совмещении и объединении изображений, используемая в качестве предварительной совместной обработки кадров радиолокационных изображений, формируемых радиолокационными датчиками кругового обзора из состава систем управления движением объектов. Разработанная методика позволяет одновременно повысить качество первичного видео и разрешение объектов, обеспечивая при этом требования по своевременности выдачи радиолокационной информации.

Ключевые слова:
кадры радиолокационных изображений, нелинейное переквантование, радиометрическая корректировка, функциональная калибровка, разрешение объектов, контраст.

Об авторах:
Исаев И.Д., старший преподаватель кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» МГТУ им. Н.Э. Баумана, e-mail: isaevid@bmstu.ru

Савельев А.Н., д.т.н., доцент, профессор кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» МГТУ им. Н.Э. Баумана, e-mail: savelyev.an@bmstu.ru

Семенов А.Н., старший преподаватель кафедры «Радиоэлектронные системы и устройства» МГТУ им. Н.Э. Баумана, e-mail: semenov.an@bmstu.ru

Каменский А.В., Курячий М.И., Шмырёва А.А., Красноперова А.С.
Алгоритм позонной оценки и коррекции разрешения цифровых изображений // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 40-47.

Аннотация:
Исследованы теоретические основы влияющие на распределение разрешения по полю изображения. Проведены три эксперимента: оценка изменения разрешения при отклонении тестового объекта от оптической оси телевизионной системы на углы - 60°, - 45°, 45° и 60°; оценка изменения разрешения при отклонении телевизионной системы на углы 90°, 60° и 45°, для значений диафрагмы объектива F = 2,8; 4; 6; 8 и 11; оценка изменения распределения разрешения при пошаговом изменении угла наблюдения телевизионной системы с сохранением исходной фокусировки и корректировкой угла наблюдения. Разработан алгоритм автоматизированной позонной обработки, благодаря которому проведено два эксперимента: выравнивание разрешения до предельно возможного разрешения системы формирования изображения и до максимального разрешения на исходном изображении. Реализовано программное обеспечение для выполнения множественных измерений разрешения по полю изображения.

Ключевые слова:
цифровая обработка изображений, оптические изображения, фокусное расстояние, разрешение, функция передачи модуляции.

Об авторах:
Каменский А.В., к.т.н., доцент кафедры телевидения и управления Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР), e-mail: andru170@mail.ru

Курячий М.И., к.т.н., профессор кафедры телевидения и управления Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники, e-mail: andru170@mail.ru

Шмырёва А.А., магистрант кафедры управления инновациями ТУСУР, e-mail: annashmyreva1805@gmail.com

Красноперова А.С., инженер лаборатории телевизионной автоматики ТУСУР, e-mail: alenacergeevna2@icloud.com

Березкин А.А., Ченский А.А., Киричек Р.В.
Методика тестирования услуги управления БПЛА от первого лица в каналах информационного обмена гибридных орбитально-наземных сетей связи. Часть 1: Обзор существующих подходов // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 48-53.

Аннотация:
При управлении беспилотными летательными аппаратами (воздушными судами) от первого лица необходима передача видео полетной обстановки и команд управления между беспилотным воздушным судном и станцией внешнего пилота. При управлении БПЛА возникают задержки и потери передачи видео и команд управления, а также снижение качества восстановления кадров видеопотока. Кроме того, команды управления формируются внешним пилотом (оператором) на основе кадров FPV-видеопотока, сформированных на прикладном уровне. Данные характеристики зависят от системы, применяемой для управления беспилотными воздушными судами, и параметров канала информационного обмена. Соответственно, при оценке управления от первого лица, а также сравнения различных систем, применяемых для управления, возникает задача оценки данных параметров на прикладном уровне канала информационного обмена. В настоящем исследовании представлена методика тестирования услуги управления от первого лица в каналах информационного обмена. Данная методика может применяться для оценки и сравнения различных систем управления беспилотными воздушными судами от первого лица при функционировании через каналы информационного обмена различного качества.

Статья представляет собой первую часть исследования. В ней представлены существующие методики и общие положения новой методики.

Ключевые слова:
методика, FPV-управление, управление от первого лица, беспилотная авиационная система, беспилотное воздушное судно, видеопоток, задержка, команды управления.

Об авторах:
Березкин А.А., к.т.н., доцент Санкт-Петербургского государственного университета телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича (СПбГУТ), e-mail: berezkin.aa@sut.ru

Ченский А.А., инженер СПбГУТ, e-mail: chenskii.aa@sut.ru

Киричек Р.В., д.т.н., профессор, ректор СПбГУТ, e-mail: irichek@sut.ru

Богословский А.В., Васильев С.В, Жигулина И.В.
Применение интегральных характеристик энергетических спектров для обнаружения объектов на изображениях // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 54-62.

Аннотация:
Представлены результаты исследования векторных полей фазоэнергетического спектра и градиента энергетического спектра. Получены аналитические выражения для потока и циркуляции полей, показана возможность их использования для обнаружения и последующей локализации малоконтрастных объектов. Установлено, что предложенный подход обладает высокой чувствительностью, позволяющей регистрировать даже объекты минимального контраста. Предложен алгоритм, реализующий механизм локализации объектов интереса на основе экстремального анализа зависимостей циркуляции и потока от положения дополнительно вводимого объекта-сканера.

Ключевые слова:
векторное поле, поток, циркуляция, энергетический спектр, фазоэнергетический спектр, обнаружение.

Об авторах:
Богословский А.В., д.т.н., профессор кафедры радиоэлектроники ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А Гагарина», e-mail: p-digim@mail.ru

Васильев С.В, к.т.н., докторант ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина», e-mail: stanislav-vas1986@mail.ru

Жигулина И.В., к.т.н., доцент ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина, e-mail: ira_zhigulina@mail.ru

Крамм М.Н., Бодин А.Ю.
Помехоустойчивая обработка многоканальных сигналов с использованием эмпирической модовой декомпозиции // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 63-67.

Аннотация:
Работа посвящена вопросам цифровой фильтрации помех в многоканальных нестационарных сигналах с использованием эмпирической модовой декомпозиции. Рассмотрен алгоритм нелинейной неотрицательной пороговой фильтрации, когда помеха содержится в первых эмпирических модах разложения (ВЧ фильтрация). Представлен алгоритм для случая, когда помеха содержится в остатке разложения и в последней эмпирической моде (НЧ фильтрация). Предложен контроль фильтрации с помощью медианных частот и амплитуд в эмпирических модах, получаемых путем преобразования Гильберта-Хуанга. Представлены оценки погрешности фильтрации на примере электрокардиосигналов.

Ключевые слова:
эмпирическая модовая декомпозиция, нелинейная пороговая фильтрация, преобразование Гильберта-Хуанга.

Об авторах:
Крамм М.Н., д.т.н., профессор кафедры ОРТ «НИУ «МЭИ», e-mail: Krammmn@mail.ru

Бодин А.Ю., аспирант кафедры ОРТ «НИУ «МЭИ», e-mail: bodin98@mail.ru

Щербаков М.А.
Алгоритмы адаптивной полиномиальной фильтрации в частотной области // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 68-75.

Аннотация:
Рассматриваются блочные параллельные и последовательные алгоритмы адаптивной полиномиальной фильтрации в частотной области, даются рекомендации по выбору параметров адаптивных алгоритмов градиентного и ньютоновского типов, связанные с обеспечением сходимости и выравниванием скорости сходимости для частотных и нелинейных составляющих полиномиальных фильтров.

Ключевые слова:
адаптивная нелинейная фильтрация, полиномиальные фильтры, спектральные преобразования, дискретные ряды Вольтерра.

Об авторах:
Щербаков М.А., д. т. н., профессор, заведующий кафедрой «Автоматика и телемеханика» Пензенского государственного университета, e-mail: mashcherbakov@yandex.ru

Дмитриев В.Т., Ву Хоанг Шон
Разработка и исследование первичных кодеков речи при многоэтапном разложении на основе модификации алгоритма Хургина-Яковлева // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 76-85.

Аннотация:
Разработаны первичные кодеки речевых сигналов на основе модификации алгоритма Хургина-Яковлева с многоэтапным разложением. Предложенный алгоритм снижает частоту дискретизации за счет фазового сдвига между прореженными отсчетами сигнала и его производных, что повышает его помехоустойчивость по сравнению с теоремой В. А. Котельникова. Разработана структурная схема системы передачи и обработки сигналов на основе предложенных алгоритмов. Показано, что увеличение числа каналов и этапов разложения по предложенной модификации алгоритма Хургина-Яковлева существенно повышает помехоустойчивость системы передачи и качество восстановленной речи на приеме. Экспериментальные исследования подтвердили эффективность данного алгоритма в условиях действия ошибок в канале связи: для кодека MMBE (1,2 кбит/с) максимальный выигрыш в помехоустойчивости составил 1,96 балла по шкале MOS; для кодека G.723.1 (6,3 кбит/с) – 2,17 балла по шкале MOS и для кодека G.726 (24 кбит/с) – 1,34 балла по шкале MOS.

Ключевые слова:
модификация алгоритма Хургина-Яковлева, многоэтапное разложение, алгоритм первичного кодирования, помехоустойчивость, теорема В.А. Котельникова.

Об авторах:
Дмитриев В.Т., д.т.н., доцент, заведующий кафедрой РУС РГРТУ, e-mail: vol77@rambler.ru

Ву Хоанг Шон, аспирант кафедры РУС РГРТУ, e-mail: vuhoangson.adaf@gmail.com

Егин М.М., Козлов Е.П., Кузнецов А.Е., Пошехонов В.И., Пресняков О.А.
Методическое обеспечение оценки точности координатной привязки изображений земной поверхности в системах ДЗЗ высокого пространственного разрешения // Цифровая обработка сигналов. 2025. №3. С. 86-88.

Аннотация:
Рассматривается один из важнейших показателей систем дистанционного зондирования Земли, связанный с точностью определения координат наблюдаемых на снимках объектов. Показано, что эта оценка носит вероятностный характер и должна определяться не по одиночным снимкам, а по группе изображений, полученных в результате съемки опорных полигонов. Анализируется принятый в международной практике критерий точности геопривязки CE90. Обосновывается необходимость использования для этих целей непараметрической оценки координатных рассогласований, свободной от ограничений критерия CE90. Применение предлагаемого методического обеспечения на основе методов статистической обработки информации позволяет принимать своевременное решение о необходимости выполнения геометрической калибровки съемочной аппаратуры и совершенствования алгоритмов обработки данных ДЗЗ.

Ключевые слова:
спутниковые изображения, координатная привязка, критерий CE90, непараметрическая оценка.

Об авторах:
Егин М.М., м.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Козлов Е.П., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Кузнецов А.Е., д.т.н., профессор, первый заместитель директора НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Пошехонов В.И., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru

Пресняков О.А., к.т.н., в.н.с. НИИ «Фотон» РГРТУ, e-mail: foton@rsreu.ru