Генерация изображений оптического датчика

Генерация изображения оптического датчика из моделируемых данных о перемещении

Этот пример показывает, как сгенерировать фильм с 64 системами координат и форматом кадра 64 на 64 пикселя (со скоростью 10 систем координат в секунду). Фильм содержит симуляцию движущейся цели, которая движется через структурированный фон, который сам движется. Движение дрожания, вызванное случайной вибрацией, также генерируется (в модели Simulink ®, называемой "aero_vibrati"), и движение дрожания складывается в полное движение датчика. Наконец, изображение размывается через Гауссову оптическую функцию расширения точки.

Примечание: Изменение дельта здесь также требует изменения диалогового окна настройки параметров в модели Simulink «вибрация».

delt = 0.1;      % Sample time of the generated sequence
num_frames= 64;  % Number of frames to generate
framesize = 64;  % Square frame size in pixels

out = zeros(framesize,framesize,num_frames);    % Initialize movie storage as a 3D Array

Сгенерируйте цель и задайте ее движение

Первый этап состоит в том, чтобы задать форму и движение целевого объекта. Выбранная форма является большим знаком плюс, и изображение определяется матрицей, представляющей интенсивность изображения в каждом положении пикселя. Цель определяется как перемещение от центра к низу справа от изображения.

target = [zeros(3,11)
          zeros(1,5) 6 zeros(1,5)
          zeros(1,5) 6 zeros(1,5)
          zeros(1,3) 6 6 6 6 6 zeros(1,3) % Target is a plus sign 5 by 5 pixels across
          zeros(1,5) 6 zeros(1,5)         %  with an intensity of 6 (S/N ratio is ~4).
          zeros(1,5) 6 zeros(1,5)         % The total target image is made on an 11x11 grid to
          zeros(3,11)];                   %  allow the image to be interpolated without error.

target_velx = 1;                 % target velocity in x direction in pixels per second
target_vely = 1;                 % target velocity in y direction in pixels per second
target_x_initially = framesize/2; % the target is initially in the center of the frame in x
target_y_initially = framesize/2; % and in y

figure(1);
colormap('gray');
image(target*32);
title('Target Image')

Построение фона и целевого составного изображения

Сгенерируйте синусоидально коррелированный фон и придайте ему движение дрейфа. Затем наложите цель на фоновое изображение.

backsize = framesize+36;  % Make the background bigger than the frame so when it
                          % drifts there are new pixels available to drift into.
xygrid = (1:backsize)/backsize;
B=2*sin(2*pi*xygrid).^2'*cos(2*pi*xygrid).^2;

psd = fft2(B);
psd = real(psd.*conj(psd));

background = B + 0.5*randn(backsize);    % Add a specular Gaussian white
					 % sequence to the structure with
					 % variance of 0.25  (sigma of 0.5).

xoff = 10;
yoff = 10;     % Sensor location is offset from the 0,0 of the background
driftx = 1;
drifty = 1;    % drift rate of the background in a and y directions pix/sec.

minout = min(min(min(background)));
maxout = max(max(max(background)));
colormap('gray');
image((background-minout)*64/(maxout-minout))
title('Background image with additive white specular noise')

Симулируйте Вращательную Вибрацию Трекера

Вращательная вибрация трекера моделируется с помощью aero_vibrati модели. Данные, необходимые для моделирования вибрации трекера, генерируются запуском модели Simulink «aero_vibrati.»

Запустите модель вибрации Simulink с помощью команды sim (Примечание - если дельт изменен с 0,1 секунды, модель Simulink должна быть изменена также, чтобы убедиться, что шаг расчета для вибрации совпадает со шагом расчета в этой модели изображения трекера.

Результирующие случайные повороты показаны на фигура.

omega = 2*pi*5;       % The structural frequencies are 5, 10 and 15 Hz in the model.
zeta  = 0.01;         % Damping ratio for all modes

open_system('aero_vibrati')
simout = sim('aero_vibrati','SrcWorkspace','current');

vibdat = simout.get('vibdat');          % The Simulink model "aero_vibrati"
                                        % generates the vibration data at
                                        % a sample time of 0.01 sec.
vibx = vibdat(1:10:1000);               % The output of simulation is
                                        % returned as the variable simout
                                        % The variable simout contains
viby = vibdat(1001:10:2000);            % the in array vibdat that contains
                                        % the vibration data

levarmx = 10;   % Rotational lever arm for vibration noise in x
levarmy = 10;   %  and in y.

subplot(211);
plot(0.01*(1:10:1000),vibx);grid;
title('Time history of the random Tracker rotations')
xlabel('Time');ylabel('x direction')

subplot(212);
plot(0.01*(1:10:1000),viby);grid;
xlabel('Time');ylabel('y direction')

Симулируйте эффекты движения из фона, цели и дрожания

Теперь кадры, которые составят фильм, создаются и хранятся в многомерном массиве (out). Каждая система координат имеет фон и цель в разных положениях из-за движения цели, дрейфа фона и вибрации трекера. Первая система координат фильма будет показываема на фигуре 1.

clf; drawnow;

for t = 1:num_frames

  % Drift the Background at the rate driftx and drifty
  % (in pixels/second) and add in the vibration:
  xshift = driftx*delt*t+levarmx*vibx(t,1);
  yshift = drifty*delt*t+levarmy*viby(t,1);

  % Interpolate the 2D image using the MATLAB(R) function interp2:
  [xgrid, ygrid]   = meshgrid(1:backsize);
  [xindex, yindex] = meshgrid(xshift:1:xshift+backsize,yshift:1:yshift+backsize);
  outtemp = interp2(xgrid,ygrid,background,xindex,yindex);

  % Truncate the drifted image down from backsize to framesize:
  out(:,:,t) = outtemp(xoff:xoff+framesize-1,xoff:xoff+framesize-1);

  % Now let the target move also:
  tpixinx = floor(target_velx*delt*t);
  tpixiny = floor(target_vely*delt*t);  % Before interpolating extract the number of pixels moved
  txi = target_velx*delt*t - tpixinx;
  tyi = target_vely*delt*t - tpixiny;   % Interpolate on sub-pixels around the origin only
  [txgrid tygrid] = meshgrid(1:11);     % meshgrid here generates a matrix of grid elements
  [txi tyi] = meshgrid(txi+1:txi+11,tyi+1:tyi+11); % meshgrid generates 2 matrices with the x and y grids

  % Interpolate the intensity values first using interp2 -- a built in MATLAB command
  temp = interp2(txgrid,tygrid,target,txi,tyi);

  % Insert the target at the location determined by the initial offset, and the number of whole pixels moved
  tx = tpixinx + target_x_initially-1;
  ty = tpixiny + target_y_initially-1;
  out(tx:tx+6,ty:ty+6,t) = temp(9:-1:3,9:-1:3) + out(tx:tx+6,ty:ty+6,t);

end

minout = min(min(min(out)));
maxout = max(max(max(out)));
colormap('gray');
image((out(:,:,1)-minout) * 64/(maxout-minout));
title('First frame of combined target and background image.')

Передайте изображения через оптику - используйте Гауссову «функцию апертуры»

Этот сегмент кода может использовать функцию измеренной апертуры так же легко - просто замените следующие пять линии на «загрузку» measured_aperture где measured_aperture - это измеренная функция, сохраненная в ASCII, и данные, сохраненные в файловой measured_aperture.mat, являются файл ® .mat-файлом, который содержит матричную апфункцию. (в MATLAB тип «help load» для использования загрузки и просмотра кода c и фортран, который показывает, как читать и записывать файлы MATLAB .mat).

(Примечание: Когда функция Point Spread является Гауссовой, тогда также является функцией Апертуры)

Чтобы симулировать эффект оптики трекера, каждый из кадров фильма теперь размывается с помощью 2-D БПФ (Быстрое преобразование Фурье). Первая система координат полученного изображения показана на фигура.

x = 1:framesize;
y = 1:framesize;
sigma      = 120;
apfunction = exp(-(x-framesize/2).^2/(2*sigma))' * exp(-(y-framesize/2).^2/(2*sigma));
apfunction = fftshift(apfunction);      % Rotate so it conforms with FFT convention

for j = 1:num_frames
  out(:,:,j) = real(ifft2(apfunction.*fft2(out(:,:,j))));
end

minout = min(min(min(out)));
maxout = max(max(max(out)));
colormap('gray');
image((out(:,:,1)-minout)*64/(maxout-minout));
title('First frame of blurred image.')

Сгенерируйте MATLAB ® Movie и воспроизведите его назад

Масштабируйте кадр фильма так, чтобы иметь 64 значения интенсивности от min до max, а затем показывайте результат как изображение. Смотрите справку MATLAB, как работают moviein и getframe.

minout = min(min(min(out)));
maxout = max(max(max(out)));

M = moviein(num_frames);
for j = 1:num_frames
  image((out(:,:,j)-minout)*64/(maxout-minout))
  drawnow
  M(:,j) = getframe;
end

% colormap('gray')
% movie(M);

НЕОБЯЗАТЕЛЬНО: Сохраните фильм в .mat файле

Вы можете опционально сохранить сгенерированный фильм трекера в файле mat, а также сохранить psd фона для дальнейшего использования с фильмом.

save trackerimage out
save psdback psd
save moviedat M
bdclose('aero_vibrati');

Похожие темы

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте