CN110726700B - 烟雾透过率分布测量获取方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烟雾透过率分布测量获取方法、装置、设备、系统和计算机可存储介质，其中方法包括以下步骤：采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度；根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点的标准源位置的透过率；根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率。本发明提供了一种经济方便的烟雾透过率分布测量获取方法，能够在少量标准源的情况下获取烟雾的透过率分布，用以支撑烟雾弹遮蔽面积的计算及效能评估。

Description

烟雾透过率分布测量获取方法和装置
技术领域
本发明涉及烟雾透过率反演方法，尤其涉及一种外场测试的烟雾透过率分布测量获取方法、装置、设备、系统和计算机可读存储介质。
背景技术
现有技术中烟雾的透过率测量方法，通常是在烟幕覆盖范围设置红外辐射源阵列，由多个离散的红外辐射源排布而成，其点阵的间距和分布需满足烟幕试验要求。该方法通过红外成像设备在各采样时刻分别测量多个红外源阵列点的透过率数据，再分别针对每个采样时刻按红外成像设备的焦平面阵列插值，得到焦平面阵列所有像元对应的透过率数据矩阵，从而获取该采样时刻的透过率分布。
然而，上述方法需要根据烟幕覆盖面积不同，设置多个离散的红外辐射源，通常为十个及以上，这在工程实现和经济性上都存在很大的困难。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中存在的上述一个或多个缺陷，提供一种烟雾透过率分布测量获取方法、装置、设备、系统和计算机可读存储介质，解决了以往烟雾弹透过率分布外场测试中需要大量标准源的问题。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种烟雾透过率分布测量获取方法，该方法包括以下步骤：
采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度；
根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点的标准源位置的透过率；
根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率。
在根据本发明所述的烟雾透过率分布测量获取方法，优选地，所述标准源为至少五个，分布在烟雾区域的中心和四角。
在根据本发明所述的烟雾透过率分布测量获取方法，优选地，所述方法中通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure BDA0002262722570000021
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000022
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000023
为烟雾释放前的背景辐射亮度。
在根据本发明所述的烟雾透过率分布测量获取方法，优选地，所述方法中根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
本发明第二方面，提供了一种烟雾透过率分布测量获取装置，包括：
辐射亮度采集单元，用于采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度；
固定点透过率计算单元，用于根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点标准源位置的透过率；
透过率反演单元，用于根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率。
在根据本发明所述的烟雾透过率分布测量获取装置中，优选地，所述固定点透过率计算单元通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure BDA0002262722570000031
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000032
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000033
为烟雾释放前的背景辐射亮度。
在根据本发明所述的烟雾透过率分布测量获取装置中，优选地，所述透过率反演单元根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
本发明第三方面，提供了一种烟雾透过率分布测量获取设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。
本发明第四方面，提供了一种烟雾透过率分布测量获取系统，包括如前所述的烟雾透过率分布测量获取设备以及与之连接的热像仪。
本发明第五方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。
实施本发明的烟雾透过率分布测量获取方法、装置、设备、系统和计算机可读存储介质，具有以下有益效果：本发明充分利用了时间维度，采集了不同时间点的标准源位置的辐射亮度数据，计算出对应透过率之后进行透过率与辐射亮度之间的函数拟合，再基于检测点的辐射亮度确定对应的透过率；因此本发明提供了一种经济方便的烟雾透过率分布测量获取方法，能够在少量标准源的情况下获取烟雾的透过率分布，用以支撑烟雾弹遮蔽面积的计算及效能评估。
附图说明
图1为根据本发明优选实施例的烟雾透过率分布测量获取方法的流程图；
图2为根据本发明的烟雾透过率分布测量获取方法的空间布置图；
图3为根据本发明的标准源分布示意图；
图4为根据本发明优选实施例的烟雾透过率分布测量获取装置的模块框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，为根据本发明优选实施例的烟雾透过率分布测量获取方法的流程图。如图1所示，该实施例提供烟雾透过率分布测量获取方法包括以下步骤：
首先，在步骤S101中，执行辐射亮度采集步骤，采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度。本发明中烟雾又可称为烟幕。请结合参阅图2和图3，分别为根据本发明的烟雾透过率分布测量获取方法的空间布置图和标准源分布示意图。其中在烟幕3后方布置标准源支架1，在烟幕2前方布置有热像仪3。标准源支架1上设置有多个标准源，该标准源为黑体，标准源的数量根据预估的烟雾面积确定。优选地，标准源为至少五个，分布在烟雾区域的中心和四角。如图3所示，在一个实施例中，在烟雾区域的中心位置设置第一标准源11，在四角分布设置有第二标准源12、第三标准源13、第四标准源14和第五标准源15。如图3中，中心的第一标准源11与四角的标准源的垂直距离均为10m，水平距离为30m。采用热像仪3对烟幕释放前后的辐射亮度进行测量，包括烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度Li0，烟雾释放前的背景辐射亮度
Figure BDA0002262722570000051
烟雾释放后第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度Lij，第j个时间点的背景辐射亮度
Figure BDA0002262722570000052
其中背景辐射亮度为采集的红外辐射图像的背景区域的辐射亮度。
随后，在步骤S102中，执行固定点透过率计算步骤，根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点的透过率。
该步骤中通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure BDA0002262722570000053
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000054
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000055
为烟雾释放前的背景辐射亮度。
最后，在步骤S103中，执行透过率反演步骤，根据不同时间点标准源位置的透过率及该时间点的标准源位置的辐射亮度拟合出透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率。
现有透过率测量方法中由于设置了多个红外辐射源，可以获取到多个红外源阵列点的透过率数据，按红外成像设备的焦平面阵列插值，得到焦平面阵列所有像元对应的透过率数据矩阵。而本发明中只有少量的红外标准源，给透过率插值造成一定难度。基于透过率大小与烟雾光学厚度成正相关关系，假设烟雾成烟后不发生化学反应，在空气中只有物理扩散过程，因此本发明采用函数拟合透过率与辐射亮度之间的关系。尤其是本发明不仅利于空间维数据，还整合了时间维数据，扩展了可以利用的数据总量。
具体地，根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合出τij＝f(Lij)；由此得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
当实时采集检测点的辐射亮度为Lx时，可以将Lx作为L代入上述第一关系式得到对应的透过率τx。
在本发明的一些实施例中，上述第一关系式可以通过多项式形式拟合，例如：τ＝aL4+bL3+cL2+dL+e，其中a、b、c、d和e为拟合的多项式参数。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种烟雾透过率分布测量获取装置。请参阅图4，为根据本发明优选实施例的烟雾透过率分布测量获取装置的模块框图。如图4所示，该实施例提供的装置400包括：辐射亮度采集单元401、固定点透过率计算单元402和透过率反演单元403。
辐射亮度采集单元401，用于采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度。该辐射亮度采集单元401通过热像仪采集的辐射亮度包括烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度Li0，烟雾释放前的背景辐射亮度
Figure BDA0002262722570000061
烟雾释放后第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度Lij，第j个时间点的背景辐射亮度
Figure BDA0002262722570000062
固定点透过率计算单元402，用于根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点标准源位置的透过率。该固定点透过率计算单元402通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure BDA0002262722570000063
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000064
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure BDA0002262722570000065
为烟雾释放前的背景辐射亮度。
透过率反演单元403，用于根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率。该透过率反演单元403根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合出τij＝f(Lij)；由此得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
本发明实施例还提供了一种执行烟雾透过率分布测量获取方法的设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式中烟雾透过率分布测量获取方法。
本发明实施例提供了一种烟雾透过率分布测量获取系统，包括如前所述的烟雾透过率分布测量获取设备以及与之连接的热像仪。该系统可以包括前述标准源支架。
本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如上述实施方式中烟雾透过率分布测量获取方法。
本发明提供了一种基于外场测试数据的烟雾透过率分布反演计算方法，根据预估的烟雾面积大小，设置几个标准源，分布在烟幕覆盖范围的中心和四角，采用热像仪对其辐射亮度进行测量，根据测量到的烟雾释放前后标准源的辐射亮度、大气背景辐射等数据，解算在五个点上的烟幕透过率值。由于标准源数量少导致透过率参考点少，再利用不同时段上五个点的透过率测量值，建立透过率与辐射亮度的关系式，最终外推整个烟幕的透过率分布。本发明可以提供一种经济方便的烟雾透过率分布测量获取方法，支撑烟雾弹遮蔽面积的计算及效能评估。
应该理解地是，本发明中烟雾透过率分布测量获取方法及装置的原理相同，因此对烟雾透过率分布测量获取方法的实施例的详细阐述也适用于烟雾透过率分布测量获取装置。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种烟雾透过率分布测量获取方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度；
根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点的标准源位置的透过率；
根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率；
所述方法中通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure FDA0003510207570000011
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure FDA0003510207570000012
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure FDA0003510207570000013
为烟雾释放前的背景辐射亮度；
所述方法中根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
2.根据权利要求1所述的烟雾透过率分布测量获取方法，其特征在于，所述标准源为至少五个，分布在烟雾区域的中心和四角。
3.一种烟雾透过率分布测量获取装置，其特征在于，包括：
辐射亮度采集单元，用于采集烟雾释放前烟雾区域中多个标准源位置及其背景的辐射亮度，在烟雾释放后采集多个时间点的标准源位置和背景的辐射亮度；
固定点透过率计算单元，用于根据烟雾释放前后的标准源位置和背景的辐射亮度计算不同时间点标准源位置的透过率；
透过率反演单元，用于根据不同时间点标准源位置的透过率及辐射亮度拟合得到透过率与辐射亮度的第一关系式，并根据检测点的辐射亮度确定对应的透过率；
所述固定点透过率计算单元通过以下公式计算不同时间点的透过率：
Figure FDA0003510207570000021
其中，i代表第i个标准源位置，j代表第j个时间点，τij为第j个时间点第i个标准源位置的透过率；Lij为第j个时间点第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure FDA0003510207570000022
为第j个时间点的背景辐射亮度；Li0为烟雾释放前第i个标准源位置的辐射亮度，
Figure FDA0003510207570000023
为烟雾释放前的背景辐射亮度；
所述透过率反演单元根据不同时间点标准源位置的透过率τij及该时间点的标准源位置的辐射亮度Lij拟合得到透过率τ与辐射亮度L的第一关系式：τ＝f(L)。
4.一种烟雾透过率分布测量获取设备，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在存储器中的计算机程序，其特征在于，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～2中任一项所述的方法。
5.一种烟雾透过率分布测量获取系统，其特征在于，包括权利要求4所述的烟雾透过率分布测量获取设备以及与之连接的热像仪。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，当计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～2中任一项所述的方法。
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