PL160506B2

PL160506B2 - System for measuring the spectral characteristics of surfaces

Info

Publication number: PL160506B2
Application number: PL27909489A
Authority: PL
Inventors: Zdzislaw Mazik; Jozef Sanecki; Andrzej Krawczynski; Wieslaw Derkacz
Original assignee: Wojskowa Akad Tech
Priority date: 1989-04-24
Filing date: 1989-04-24
Publication date: 1993-03-31
Also published as: PL279094A2

Abstract

Układ do pomiaru charakterystyk widmowych powierzchni, zawierający filtry optyczne, znamienny tym, że ma kam erę telewizyjną (1) z obiektywem (2) przesłanianym filtrami optycznymi (3), połączoną z rejestratorem obrazów (4) i układem korekcji poziomu czerni i bieli (5), a także programowalny układ sterowania i obróbki danych (6), oraz układy zobrazowania (7), przy czym układ (6) steruje, według zadanego programu, zmianą filtrów (3) w kamerze (1), rejestracją obrazów w rejestratorze (4), poprzez układ korekcji (5), oraz układami zobrazowania (7).A system for measuring spectral characteristics of surfaces, containing optical filters, characterized in that it has a television camera (1) with a lens (2) covered by optical filters (3), connected to an image recorder (4) and a black and white level correction system (5), as well as a programmable control and data processing system (6), and imaging systems (7), wherein the system (6) controls, according to a preset program, the change of filters (3) in the camera (1), recording of images in the recorder (4), via the correction system (5), and the imaging systems (7).

Description

Przedmiotem zgłoszenia jest układ do pomiaru charakterystyk widmowych (współczynników odbicia, luminancji, oraz przepuszczania), zwłaszcza w zakresie widzialnym i bliskiej podczerwieni.The subject of the application is a system for measuring spectral characteristics (reflectance, luminance and transmission), especially in the visible and near infrared range.

W optyce, foto- i spektrometrii, pomiar niektórych wielkości polega na porównaniu dwóch strumieni świetlnych, padającego i odbitego od badanej powierzchni. Wartości pomierzone dla promieniowania odpowiadającego różnym długościom fal, tworzą widmową charakterystykę odbicia (przepuszczania) powierzchni i są wykorzystywane między innymi w wielospektralnych analizach scen i obrazów w wielu dziedzinach nauki i techniki (teledetekcja, medycyna, ochrona środowiska i in.).In optics, photo- and spectrometry, the measurement of some quantities consists in comparing two luminous fluxes incident and reflected from the tested surface. The values measured for radiation corresponding to different wavelengths create the spectral reflection (transmission) characteristics of the surface and are used, among others, in multispectral analyzes of scenes and images in many fields of science and technology (remote sensing, medicine, environmental protection, etc.).

Znane są urządzenia do pomiaru charakterystyk widmowych (spektrometry) w różnych zakresach widmowych, laboratoryjne i połowę. Głównymi elementami takich urządzeń są: detektor (zespół detektorów), do zamiany strumienia świetlnego na sygnały elektryczne, oraz układ optyczny do ogniskowania światła na detektorze. Do wydzielania z analizowanego strumienia promieniowania o określonej długości fali, stosuje się pryzmaty, siatki dyfrakcyjne, oraz filtry optyczne lub też odpowiednie kombinacje tych elementów. Do.zbierania strumienia padającego wykorzystuje się zwierciadła lub półsferyczne dyfuzory.There are devices for measuring spectral characteristics (spectrometers) in various spectral ranges, laboratory and half. The main elements of such devices are: a detector (set of detectors) for converting the light beam into electrical signals, and an optical system for focusing the light on the detector. Prisms, diffraction gratings and optical filters or appropriate combinations of these elements are used to separate from the analyzed flux of radiation with a specific wavelength. To collect the incident stream, mirrors or semi-spherical diffusers are used.

W zgłaszanym układzie, ogólna zasada pomiaru charakterystyk została zachowana; zastosowano jednakże inne środki do realizacji samych pomiarów.In the reported system, the general principle of measuring the characteristics has been followed; however, other means were used to implement the measurements themselves.

Istotą rozwiązania jest zastosowanie kamery telewizyjnej, oraz powierzchni wzorcowej (tekstu), a także rejestracja obrazów powierzchni wzorcowej i badanej.The essence of the solution is the use of a television camera and a reference surface (text), as well as registration of images of the reference and tested surface.

Układ według wynalazku ma kamerę telewizyjną z obiektywem przesłanianym filtrami optycznymi (np. zestaw filtrów, lub przestrajany filtr akustooptyczny), połączoną z rejestratorem obrazów (np. magnetowid) i układem korekcji poziomu czerni i bieli, oraz układy zobrazowania wyników (monitor TV, drukarka, ploter). Programowalny układ sterowania i obróbki danych (będący w zasadzie rodzajem mikrokomputera) steruje zmianą filtrów w kamerze i, poprzez układ korekcji poziomu czerni i bieli, rejestracją obrazów z kamery w rejestratorze, oraz układami zobrazowania wyników według zadanego programu.The system according to the invention has a television camera with a lens obscured by optical filters (e.g. a set of filters or a tunable acousto-optical filter), connected to an image recorder (e.g. a VCR) and a black and white level correction system, and results display systems (TV monitor, printer, plotter). The programmable control and data processing system (which is basically a kind of microcomputer) controls the change of filters in the camera and, through the black and white level correction system, the registration of images from the camera in the recorder, and the systems for displaying the results according to a given program.

Powierzchnia wzorcowa utworzona jest z wzorca bieli i wzorca czerni, o znanych charakterystykach odbiciowych. W czasie pomiaru, w polu widzenia kamery telewizyjnej znajduje się jednocześnie powierzchnia badana i powierzchnia wzorcowa. Takie sprzężenie powierzchni wzorcowej z kamerą, pozwala na usytuowanie obrazu tekstu na początku każdej analizowanej linii obrazu utworzonego na elemencie analizującym kamery. Znajomość charakterystyk wid160 506 mowych powierzchni wzorcowej, pozwala na odtworzenie strumienia padającego i określenie współczynnika odbicia (Iuminancji).The reference surface is made up of a white pattern and a black pattern with known reflection characteristics. During the measurement, the test surface and the reference surface are both in the field of view of the TV camera. Such coupling of the reference surface with the camera allows the positioning of the text image at the beginning of each analyzed line of the image created on the analyzing element of the camera. The knowledge of the spectral characteristics of the 506 m standard surface allows for the reconstruction of the incident flux and determination of the reflectance factor (luminance).

Kamera przetwarza obraz na sygnały elektryczne (wizyjne). Układ korekcji poziomu czerni i bieli ustala poziom sygnału odpowiadającego wzorcowi czerni na 0 V napięcia, a wzorcowi bieli - na 1 V. W ten sposób, wszystkie pośrednie wartości sygnału wizyjnego będą odwzorowywać współczynniki odbicia powierzchni.The camera converts the image into electrical (video) signals. The black-and-white correction circuit sets the signal level of the black pattern to 0 volts and the white pattern to 1 V. In this way, all intermediate values of the video signal will represent the reflectance of the surface.

Przesłaniając obiektyw kamery kolejno filtrami optycznymi o różnych widmowych zakresach przepuszczania i wpisując przyporządkowany danemu filtrowi kod w treść obrazu, uzyskuje się i rejestruje zestaw oznakowanych obrazów monochromatycznych (wyciągów widmowych) tworzących widmową charakterystykę odbiciową badanej powierzchni.By screening the camera lens successively with optical filters with different spectral transmission ranges and by entering the code assigned to a given filter into the image content, a set of marked monochrome images (spectral extracts) creating the spectral reflection characteristics of the examined surface is obtained and recorded.

Zapamiętany zestaw wyciągów spektralnych może być następnie (w warunkach kameralnych) analizowany powierzchniowo i widmowo, przez układ sterowania i obróbki danych, według zadanego programu. Układ ten może obliczać m.in. współczynniki odbicia (Iuminancji) wykorzystując znane charakterystyki powierzchni wzorcowej i zobrazowuje wyniki na monitorze TV (drukarce, ploterze) w formie wykresu lub danych liczbowych.The stored set of spectral extracts can then (in chamber conditions) be analyzed in terms of surface and spectra, by the control and data processing system, according to a given program. This system can calculate, among others reflectance (luminance) using the known characteristics of the reference surface and visualizing the results on a TV monitor (printer, plotter) in the form of a graph or numerical data.

Przy zastosowaniu jako powierzchni wzorcowej wzorców przepuszczania, oraz pomiarze strumienia przechodzącego, zgłaszany układ może służyć do wyznaczania współczynnika przepuszczania (transmisji) materiałów przepuszczających światło.By using transmission patterns as a reference surface and measuring the transmitted flux, the reported system can be used to determine the transmission coefficient of light transmitting materials.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym przedstawiono schemat blokowy układu. Układ do pomiaru charakterystyk widmowych powierzchni składa się z kamery telewizyjnej 1, rejestratora obrazów 4, układu korekcji poziomu czerni i bieli 5, układu sterowania i obróbki danych 6, oraz układów zobrazowania wyników pomiarówThe subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, which shows a block diagram of the system. The system for measuring the spectral characteristics of the surface consists of a TV camera 1, an image recorder 4, a black and white level correction system 5, a control and data processing system 6, and measurement results display systems

7. Obiektyw 2 kamery przesłaniany jest filtrami optycznymi 3. W czasie pomiaru, w polu widzenia obiektywu 2 kamery 1 znajduje się jednocześnie powierzchnia wzorcowa 8 (utworzona z wzorca bieli i wzorca czerni), oraz powierzchnia badana 9.7. The lens 2 of the camera is obscured by optical filters 3. During the measurement, in the field of view of the lens 2 of the camera 1 there is simultaneously a reference surface 8 (made of a white pattern and a black pattern) and a test surface 9.

Układ sterowania i obróbki danych 6 jest układem mikroprocesorowym i według zadanego programu steruje zmianą filtrów optycznych 3, układem korekcji poziomu czerni i bieli 5, rejestracją obrazów (wyciągów spektralnych), a także końcową obróbką .wyników pomiarów i ich zobrazowaniem w odpowiedniej postaci.The data control and processing system 6 is a microprocessor system and, according to a given program, controls the change of optical filters 3, the black and white level correction system 5, the registration of images (spectral extracts), as well as the final processing of the measurement results and their visualization in the appropriate form.

Claims

A system for measuring the spectral characteristics of a surface, comprising optical filters, characterized by having a TV camera (1) with a lens (2) obscured by optical filters (3), connected to an image recorder (4) and a black and white level correction system ( 5), as well as a programmable control and data processing system (6), and display systems (7), while the system (6) controls, according to a given program, the change of filters (3) in the camera (1), image registration in the recorder ( 4), through the correction circuit (5), and the display systems (7).

2. The system according to claim The method of claim 1, characterized in that during the measurement, the test surface (9) and the reference surface (8) are simultaneously in the field of view of the lens (2) of the camera (1).

3. The system according to p. The method of claim 2, characterized in that the reference surface (8) consists of a white pattern and a black pattern with known spectral characteristics.