RU2150725C1 - Device for remote generation of images in thermal region of spectrum - Google Patents

Device for remote generation of images in thermal region of spectrum Download PDF

Info

Publication number
RU2150725C1
RU2150725C1 RU99106783/28A RU99106783A RU2150725C1 RU 2150725 C1 RU2150725 C1 RU 2150725C1 RU 99106783/28 A RU99106783/28 A RU 99106783/28A RU 99106783 A RU99106783 A RU 99106783A RU 2150725 C1 RU2150725 C1 RU 2150725C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
axis
scanning mirror
flat
mirror
rotation motor
Prior art date
Application number
RU99106783/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Н.П. Акимов
Ю.М. Гектин
ков Ю.В. Кисл
Ю.В. Кисляков
П.А. Осипов
нский М.Б. Смел
М.Б. Смелянский
Original Assignee
Кисляков Юрий Вячеславович
Осипов Павел Альбертович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кисляков Юрий Вячеславович, Осипов Павел Альбертович filed Critical Кисляков Юрий Вячеславович
Priority to RU99106783/28A priority Critical patent/RU2150725C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2150725C1 publication Critical patent/RU2150725C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

FIELD: optical instrumentation. SUBSTANCE: invention is suggested for generation of thermal images of surface of the Earth from space and aviation carriers of various classes. Device incorporates case housing scanning mirror, objective lens, N filters and N radiation detectors installed in sequence and optically intercoupled, cooling system linked to radiation detectors and rotation motor whose axis matches optical axis of objective lens. Scanning mirror is made fast to axis of rotation motor and is positioned at angle of 45 deg with regard to its axis. First and second flat mirrors are installed in case on two sides of scanning mirror and in opposition with each other. Each flat mirror is optically coupled to scanning mirror independently. Proper filter is mounted on each of N radiation detectors. Flat mirror of device can be put on mechanism of discrete turn made fast to case. Third flat mirror optically coupled to scanning mirror can also be inserted into device. Technical objective of invention lies in generation of thermal images of examined surface simultaneously at different angles of sighting in several spectral ranges which allows effects of atmosphere to be corrected and precision of measurement of temperature of examined objects to be realized with result better than 0.1 K. EFFECT: generation of improved thermal images of examined surfaces. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области оптического приборостроения и предназначено для получения тепловых изображений поверхности Земли из космоса и авиационных носителей различного класса. The invention relates to the field of optical instrumentation and is intended to obtain thermal images of the Earth's surface from space and aircraft carriers of various classes.

Известно устройство для дистанционного получения изображений, содержащее последовательно установленные и оптически связанные между собой сканирующее зеркало, объектив и приемник излучения, а также двигатель вращения. В устройстве ось двигателя вращения совпадает с оптической осью объектива, а сканирующее зеркало, закрепленное на оси двигателя вращения, составляет с его осью угол, не равный 45o. Данное устройство обеспечивает круговую развертку, так как его ось визирования наклонена под углом к исследуемой поверхности (Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов, 1977, с. 99).A device for remote imaging is known, which contains sequentially mounted and optically interconnected scanning mirrors, a lens and a radiation receiver, as well as a rotation motor. In the device, the axis of the rotation motor coincides with the optical axis of the lens, and the scanning mirror mounted on the axis of the rotation motor makes an angle not equal to 45 o with its axis. This device provides a circular scan, since its axis of sight is inclined at an angle to the surface under study (Miroshnikov M.M. Theoretical Foundations of Optoelectronic Devices, 1977, p. 99).

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет получать изображения одновременно в нескольких спектральных диапазонах и угол наклона оси визирования не может быть изменен в процессе измерения. A disadvantage of the known device is that it does not allow to obtain images simultaneously in several spectral ranges and the angle of inclination of the axis of sight cannot be changed during the measurement.

Известно устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра, содержащее корпус, в котором последовательно установлены и оптически связаны между собой сканирующее зеркало, объектив, фильтр и приемник излучения, а также расположены система охлаждения и двигатель вращения, ось которого совпадает с оптической осью объектива и жестко связана со сканирующим зеркалом, установленным под углом 45o к оси двигателя вращения, причем объектив, приемник излучения, система охлаждения и двигатель вращения жестко закреплены в корпусе, а система охлаждения соединена с приемником излучения. Устройство обеспечивает сканирование в плоскости, проходящей через местную вертикаль и перпендикулярной направлению движения носителя (Hasel P.O., J., et al. "Michigan Experimental Multispectral Mapping System: A Description of the M7 Airborne Sensor and Its Performance", Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Mich., 1974).A device is known for remote imaging in the thermal region of the spectrum, comprising a housing in which a scanning mirror, a lens, a filter and a radiation receiver are sequentially mounted and optically connected to each other, and a cooling system and a rotation motor are located, the axis of which coincides with the optical axis of the lens and rigidly connected with the scanning mirror set at an angle of 45 o to the axis of rotation of the engine, wherein the lens, the radiation receiver, the cooling system and the engine rotation rigidly fixed in the housing and cooling system is connected with the radiation receiver. The device provides scanning in a plane passing through the local vertical and perpendicular to the direction of media movement (Hasel PO, J., et al. "Michigan Experimental Multispectral Mapping System: A Description of the M7 Airborne Sensor and Its Performance", Environmental Research Institute of Michigan, Ann Arbor, Mich., 1974).

Вышеуказанное устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра по функционально-структурной схеме наиболее близко к изобретению и выбрано в качестве прототипа. The above device for remote imaging in the thermal region of the spectrum according to the functional structural diagram is closest to the invention and is selected as a prototype.

Недостатком известного устройства является то, что оно не позволяет получать изображения исследуемой поверхности в тепловой области спектра одновременно под разными углами визирования в нескольких спектральных диапазонах. A disadvantage of the known device is that it does not allow to obtain images of the investigated surface in the thermal region of the spectrum simultaneously at different viewing angles in several spectral ranges.

Это приводит к тому, что ошибка при определении температуры объектов по одному изображению в тепловой области спектра достигает нескольких градусов, так как известно, что излучение земной поверхности сильно искажается атмосферой, причем влияние атмосферы носит случайный характер, поскольку определяется пространственно-временными изменениями атмосферных параметров (температуры, влажности, аэрозоля, малых газовых примесей и т.п.). This leads to the fact that the error in determining the temperature of objects from one image in the thermal region of the spectrum reaches several degrees, since it is known that the radiation of the earth's surface is strongly distorted by the atmosphere, and the influence of the atmosphere is random in nature, because it is determined by spatio-temporal changes in atmospheric parameters ( temperature, humidity, aerosol, small gas impurities, etc.).

Задачей изобретения является создание устройства для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра, позволяющего обеспечить одновременное получение тепловых изображений исследуемых объектов под разными углами визирования в N спектральных диапазонах с помощью одной оптической системы, что позволит при совместной обработке полученных изображений учесть влияние атмосферы и тем самым повысить точность дистанционного измерения температуры объектов. The objective of the invention is to provide a device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum, which allows simultaneous obtaining of thermal images of the studied objects at different viewing angles in the N spectral ranges using a single optical system, which will allow for the combined influence of the atmosphere to be taken into account and thereby increase accuracy of remote measurement of temperature of objects.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном устройстве для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра, содержащем корпус, в котором последовательно установлены и оптически связаны между собой сканирующее зеркало, объектив, фильтр и приемник излучения, а также расположены система охлаждения и двигатель вращения, ось которого совпадает с оптической осью объектива и жестко связана со сканирующим зеркалом, установленным под углом 45o к оси двигателя вращения, причем объектив, приемник излучения, система охлаждения и двигатель вращения жестко закреплены в корпусе, а система охлаждения соединена с приемником излучения, введены первое и второе плоские зеркала, N-1 фильтров и N-1 приемников излучения, причем первое и второе плоские зеркала установлены с двух сторон сканирующего зеркала и оппозитно между собой, каждое плоское зеркало оптически независимо связано со сканирующим зеркалом, нормали к поверхностям плоских зеркал лежат в одной плоскости, проходящей через ось двигателя вращения, плоские зеркала установлены в корпусе под разными углами относительно оси двигателя вращения, каждый из N-1 приемников излучения и установленный на нем соответствующий фильтр жестко закреплены на корпусе, каждый из N-1 приемников излучения соединен с системой охлаждения, N приемников излучения расположены на линии, образованной фокальной плоскостью объектива и плоскостью, в которой лежат нормали к поверхностям плоских зеркал.The essence of the invention lies in the fact that in a known device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum, comprising a housing in which a scanning mirror, a lens, a filter and a radiation receiver are sequentially mounted and optically connected, a cooling system and a rotation motor are located, the axis of which coincides with the optical axis of the lens and is rigidly connected with a scanning mirror mounted at an angle of 45 o to the axis of the rotation motor, the lens, radiation receiver, cooling system The mountings and the rotation motor are rigidly fixed in the housing, and the cooling system is connected to the radiation receiver, the first and second plane mirrors, N-1 filters and N-1 radiation receivers are introduced, the first and second plane mirrors being installed on both sides of the scanning mirror and opposite between each flat mirror is optically independently connected with a scanning mirror, the normals to the surfaces of the flat mirrors lie in the same plane passing through the axis of the rotation motor, the flat mirrors are installed in the housing at different angles relative to the axis of the rotation engine, each of the N-1 radiation receivers and the corresponding filter mounted on it are rigidly fixed to the housing, each of the N-1 radiation receivers is connected to the cooling system, N radiation receivers are located on the line formed by the focal plane of the lens and the plane in which are the normals to the surfaces of flat mirrors.

Кроме того, хотя бы одно из плоских зеркал связано с корпусом через механизм дискретного поворота, изменяющего угол наклона плоского зеркала относительно оси двигателя вращения, что обеспечивает изменение угла визирования в процессе работы устройства. In addition, at least one of the flat mirrors is connected to the housing through a discrete rotation mechanism that changes the angle of inclination of the flat mirror relative to the axis of the rotation motor, which ensures a change in the viewing angle during operation of the device.

Для обеспечения одновременно с поперечным сканированием продольного (по трассе движения носителя) в корпусе установлено третье плоское зеркало, оптически связанное с сканирующим зеркалом, нормаль к поверхности которого лежит в плоскости, проходящей через ось двигателя вращения и перпендикулярной плоскости, образованной нормалями к поверхностям первого и второго плоских зеркал, и составляет с осью двигателя вращения угол 45o.To ensure simultaneously with transverse scanning of the longitudinal (along the path of carrier movement) a third flat mirror is installed in the housing, optically coupled to a scanning mirror, the normal to the surface of which lies in a plane passing through the axis of the rotation motor and perpendicular to the plane formed by the normals to the surfaces of the first and second flat mirrors, and makes with the axis of the engine rotation angle of 45 o .

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 показана функционально-структурная схема устройства для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра. In FIG. 1 shows a functional block diagram of a device for remote imaging in the thermal region of the spectrum.

На фиг. 2, 3 показаны функционально-структурные схемы модификаций устройства для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра. In FIG. 2, 3, functional structural diagrams of modifications of the device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum are shown.

На фиг. 4 представлена иллюстрация процесса получения изображений при поперечном сканировании. In FIG. 4 is an illustration of the image acquisition process for transverse scanning.

На фиг. 5 представлена иллюстрация процесса получения изображений при одновременном поперечном и продольном сканировании. In FIG. 5 is an illustration of an image acquisition process with simultaneous transverse and longitudinal scanning.

Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 1) содержит корпус 1, сканирующее зеркало 2, объектив 3, N фильтров 4(1. . .N), N приемников 5(1...N) излучения, систему 6 охлаждения, двигатель 7 вращения и плоские зеркала 8, 9. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 1) contains a housing 1, a scanning mirror 2, a lens 3, N filters 4 (1 ... N), N radiation receivers 5 (1 ... N), system 6 cooling engine 7 rotation and flat mirrors 8, 9.

Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 2) содержит дополнительно механизм 10 дискретного поворота. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 2) further comprises a discrete rotation mechanism 10.

Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 3) содержит дополнительно механизм 10 дискретного поворота и третье плоское зеркало 11. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 3) further comprises a discrete rotation mechanism 10 and a third flat mirror 11.

На фиг. 4 обозначены: 1 - траектория и направление движения носителя, 2 - положения носителя (I-II), 3 - траектория линии сканирования устройства для угла визирования α1 в положении I-II для N-го спектрального диапазона, 4 - траектория линии сканирования устройства для угла визирования α2 в положении I-II для N-го спектрального диапазона, А - исследуемый объект. In FIG. 4 are indicated: 1 - the path and direction of movement of the carrier, 2 - the position of the carrier (I-II), 3 - the path of the scan line of the device for the viewing angle α1 in position I-II for the N-th spectral range, 4 - the path of the scan line of the device for viewing angle α2 in position I-II for the N-th spectral range, A - the object under study.

На фиг. 5 обозначены: 1 - траектория и направление движения носителя, 2 - положения носителя (I-II), 3 - траектория линии сканирования устройства для угла визирования α1 в положении I-II для N-го спектрального диапазона, 4 - траектория линии сканирования устройства для угла визирования α2 в положении I-II для N-ого спектрального диапазона, А - исследуемый объект, 5 - траектория линии сканирования, ориентированной по направлению движения носителя. In FIG. 5 are marked: 1 - the path and direction of movement of the carrier, 2 - the position of the carrier (I-II), 3 - the path of the scan line of the device for the viewing angle α1 in position I-II for the N-th spectral range, 4 - the path of the scan line of the device for viewing angle α2 in position I-II for the N-th spectral range, A is the object under study, 5 is the trajectory of the scan line, oriented in the direction of movement of the carrier.

В устройстве для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 1) в корпусе 1 последовательно установлены и оптически связаны между собой сканирующее зеркало 2, объектив 3, N фильтров 4(1...N) и N приемников 5(1. . .N) излучения, а также установлены система 6 охлаждения, соединенная с приемниками 5(1...N) излучения, и двигатель 7 вращения, ось которого совпадает с оптической осью объектива 5. Сканирующее зеркало 2 жестко связано с осью двигателя 7 вращения и установлено под углом 45o к его оси. Плоские зеркала 8, 9, первое и второе, установлены в корпусе 1 с двух сторон относительно сканирующего зеркала 2 и оппозитно между собой, причем каждое плоское зеркало 8, 9 оптически независимо связано со сканирующим зеркалом 2. Плоские зеркала 8, 9 развернуты на разные углы относительно оси двигателя 7 вращения, а нормали к их поверхностям лежат в одной плоскости, проходящей через ось двигателя 7 вращения. На каждом из N приемников 5(1...N) излучения установлен соответствующий фильтр 4(1. ..N). Приемники 5(1...N) излучения расположены на линии, образованной фокальной плоскостью объектива 3 и плоскостью, в которой лежат нормали к поверхностям плоских зеркал 8, 9. Плоские зеркала 8, 9, объектив 3, N приемников 5(1...N) излучения, система 6 охлаждения и двигатель 7 вращения жестко закреплены на корпусе 1.In the device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 1) in the housing 1, a scanning mirror 2, a lens 3, N filters 4 (1 ... N) and N receivers 5 (1. .N) radiation, as well as a cooling system 6 connected to the radiation receivers 5 (1 ... N), and a rotation motor 7, the axis of which coincides with the optical axis of the lens 5. The scanning mirror 2 is rigidly connected with the axis of the rotation motor 7 and set at an angle of 45 o to its axis. Flat mirrors 8, 9, the first and second, are installed in the housing 1 from two sides relative to the scanning mirror 2 and opposite to each other, with each flat mirror 8, 9 optically independently connected with the scanning mirror 2. The flat mirrors 8, 9 are rotated at different angles relative to the axis of the rotation motor 7, and the normals to their surfaces lie in one plane passing through the axis of the rotation motor 7. On each of the N receivers 5 (1 ... N) radiation, a corresponding filter 4 (1 ... N) is installed. The radiation receivers 5 (1 ... N) are located on a line formed by the focal plane of the lens 3 and the plane in which the normal to the surfaces of the flat mirrors 8, 9 lie. Flat mirrors 8, 9, the lens 3, N of the receivers 5 (1 .. .N) radiation, the cooling system 6 and the rotation motor 7 are rigidly fixed to the housing 1.

В устройства для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 2) плоское зеркало 8 установлено на механизме 10 дискретного поворота, жестко закрепленном на корпусе 1. In the device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 2), a flat mirror 8 is mounted on a discrete rotation mechanism 10, which is rigidly fixed to the housing 1.

В устройстве для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра (фиг. 3) на корпус 1 жестко установлено третье плоское зеркало 11, оптически связанное с сканирующим зеркалом 2. Нормаль к поверхности третьего плоского зеркала 11 лежит в плоскости, проходящей через ось двигателя 7 вращения и перпендикулярна плоскости, образованной нормалями к поверхностям первого и второго плоских зеркал 8, 9 и составляет с осью двигателя 7 вращения угол 45o.In the device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum (Fig. 3), a third flat mirror 11 is mounted rigidly to the housing 1 and is optically coupled to a scanning mirror 2. The normal to the surface of the third flat mirror 11 lies in a plane passing through the axis of the rotation motor 7 and perpendicular to the plane formed by the normals to the surfaces of the first and second plane mirrors 8, 9 and makes an angle of 45 o with the axis of the rotation motor 7.

Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра работает следующим образом. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum operates as follows.

Поток излучения, отраженный от исследуемой поверхности, поступает на плоские зеркала 8, 9 (фиг. 1). The radiation flux reflected from the investigated surface enters the flat mirrors 8, 9 (Fig. 1).

Плоские зеркала 8, 9 перед установкой устройства на носитель (космический или авиационный) устанавливаются так, чтобы нормали к их поверхностям лежали в одной плоскости, проходящей через ось двигателя 7 вращения и направление движения носителя, а отражающие поверхности зеркал составляли с осью двигателя 7 вращения соответственно углы 45o+α1/2 и 45o+α2/2. В этом случае устройство обеспечивает получение изображений (фиг. 4, 5) под углами визирования α1 и α2.Flat mirrors 8, 9 before installing the device on a carrier (space or aviation) are installed so that the normals to their surfaces lie in the same plane passing through the axis of the rotation motor 7 and the direction of movement of the carrier, and the reflecting surfaces of the mirrors make up the axis of the rotation motor 7, respectively angles of 45 o + α1 / 2 and 45 o + α2 / 2. In this case, the device provides images (Fig. 4, 5) at viewing angles α1 and α2.

Когда сканирующее зеркало 2 повернуто к плоскому зеркалу 8, на него поступает только излучение с плоского зеркала 8, которое сканирующее зеркало 2 отражает на вход объектива 3. Объектив 3 фокусирует пришедшее излучение на от 1 до N приемниках 5 излучения, на каждом из которых установлен один из N фильтров 4. N приемников 5 излучения располагаются линейно через равные интервалы в фокальной плоскости объектива 3, причем приемник 5(N/2) излучения помещается на оптической оси объектива 3, а линия, образованная N приемниками 5 излучения, ориентируется по направлению движения носителя. Для охлаждения N приемников 5 до требуемой температуры они связаны с системой 6 охлаждения. Так как перед приемниками 5 излучения установлены фильтры 4, каждый из которых формирует селективный поток излучения, а приемники 5(1... N) излучения имеют независимые выходы, то на выходе устройства формируется N независимых аналоговых информационных потоков, каждый из которых несет информацию о исследуемой поверхности в соответствующем спектральном диапазоне. Далее аналоговые сигналы преобразуются в цифровые и передаются в запоминающее устройство (на фиг. 1-3 не показано). When the scanning mirror 2 is turned to the flat mirror 8, it receives only radiation from the flat mirror 8, which the scanning mirror 2 reflects on the input of the lens 3. The lens 3 focuses the incoming radiation on 1 to N radiation receivers 5, each of which has one of N filters 4. N radiation receivers 5 are arranged linearly at regular intervals in the focal plane of the lens 3, and the radiation receiver 5 (N / 2) is placed on the optical axis of the lens 3, and the line formed by the N radiation receivers 5 is oriented along board vehicle movement. To cool N receivers 5 to the desired temperature, they are connected to the cooling system 6. Since filters 4 are installed in front of radiation receivers 5, each of which forms a selective radiation stream, and radiation receivers 5 (1 ... N) have independent outputs, N independent analog information flows are formed at the device output, each of which carries information about the investigated surface in the corresponding spectral range. Next, the analog signals are converted to digital and transmitted to a storage device (not shown in Fig. 1-3).

Число приемников 5 излучения определяет число спектральных каналов устройства. The number of radiation receivers 5 determines the number of spectral channels of the device.

Так как приемники 5 излучения по направлению движения носителя пространственно не совмещены, то и изображения, полученные в разных спектральных диапазонах, будут также не совмещены по кадру. Величина смещения изображения для N-го спектрального диапазона составит LxN/2 строк, где L - расстояние между чувствительными площадками двух соседних N приемников 5 излучения, d - размер чувствительной площадки. Since the receivers 5 of the radiation in the direction of movement of the carrier are not spatially aligned, the images obtained in different spectral ranges will also not be aligned in the frame. The magnitude of the image shift for the N-th spectral range is LxN / 2 lines, where L is the distance between the sensitive areas of two adjacent N radiation receivers 5, d is the size of the sensitive area.

Так как сканирующее зеркало 2 установлено на двигателе 7 вращения, то при повороте сканирующего зеркала 2 на 180o его отражающая поверхность поворачивается к плоскому зеркалу 9. В этом случае на сканирующее зеркало 2 поступает только излучение, отраженное от плоского зеркала 9. Отраженное сканирующим зеркалом 2 излучение объективом 3 фокусируется на N приемниках 5 излучения.Since the scanning mirror 2 is mounted on the rotation motor 7, when the scanning mirror 2 is rotated 180 °, its reflecting surface is rotated to the flat mirror 9. In this case, only the radiation reflected from the flat mirror 9 is transmitted to the scanning mirror 2. Reflected by the scanning mirror 2 radiation from the lens 3 focuses on N radiation receivers 5.

Таким образом, в устройстве с помощью зеркал 8, 9 сформировано две независимых оптических ветви, развернутых на угол |α1|-|α2| общими элементами которых являются сканирующее зеркало 2, объектив 3, N фильтров 4 и N приемников 5 излучения, а на выходе каждого из N приемников 5 излучения при вращении сканирующего зеркала 2 формируется последовательность двух аналоговых сигналов: первый соответствует потоку излучения, отраженному от поверхности под углом α1, второй - под углом α2. Thus, in the device with the help of mirrors 8, 9, two independent optical branches are formed, turned at an angle | α1 | - | α2 | the common elements of which are scanning mirror 2, lens 3, N filters 4 and N radiation receivers 5, and at the output of each of N radiation receivers 5, a sequence of two analog signals is formed when the scanning mirror 2 is rotated: the first corresponds to the radiation flux reflected from the surface at an angle α1, the second at an angle α2.

Так как в устройстве строчная развертка осуществляется при вращении сканирующего зеркала 2 посредством двигателя 7 вращения, а кадровая - движением носителя, то на выходе устройства формируется N информационных массивов, каждый из которых соответствует одному из N спектральных диапазонов и позволяет получить два тепловых изображения, полученных под разными углами визирования. Since the line scan in the device is carried out when the scanning mirror 2 is rotated by the rotation motor 7, and the frame scan is performed by the media movement, N information arrays are formed at the output of the device, each of which corresponds to one of the N spectral ranges and allows to obtain two thermal images obtained under different angles of sight.

Следует отметить, что поскольку оба изображения регистрируются устройством одновременно, а оси визирования направлены под разными углами, то изображения сдвинуты по кадру. Пусть требуется измерить температуру объекта в точке А (фиг. 4) под углами α1 и α2 в N-м спектральном диапазоне. При подходе к положению I устройство включается. В положении I формируется n-я строка, содержащая сигналы от элементов поверхности, расположенных на линиях 3(I) и 4(I). В положении II формируется (n+k)-я строка, содержащая элементы, расположенные на линиях 3(II) и 4(II). Тогда сигнал от объекта A расположен одновременно в n-й строке первого изображения кадра и (n+k)-й строке второго изображения кадра. It should be noted that since both images are recorded by the device at the same time, and the axis of sight are directed at different angles, the images are shifted in frame. Let it be required to measure the temperature of the object at point A (Fig. 4) at angles α1 and α2 in the N-th spectral range. When approaching position I, the device turns on. In position I, the nth line is formed, containing signals from surface elements located on lines 3 (I) and 4 (I). In position II, the (n + k) th row is formed, containing elements located on lines 3 (II) and 4 (II). Then the signal from the object A is located simultaneously in the n-th line of the first image of the frame and the (n + k) -th line of the second image of the frame.

Полученные изображения сначала подвергаются геометрической коррекции, так как при наклонном зондировании имеют место существенные геометрические искажения, после чего производится определение температуры объектов. Для определения температуры конкретного объекта из полученных массивов данных извлекаются 2N значений сигналов, принадлежащих данному объекту, которые совместно обрабатываются. The obtained images are first subjected to geometric correction, since with oblique sounding there are significant geometric distortions, after which the temperature of the objects is determined. To determine the temperature of a specific object from the obtained data arrays, 2N values of signals belonging to this object are extracted, which are jointly processed.

Угловые методы измерения температуры основаны на возможности решения прямой задачи переноса излучения в атмосфере. Излучение системы объект-атмосфера может быть представлено в виде:
I(λ,α) = Is(λ,α)t(λ,α)+I a (λ,α),
где t(λ,α) и I a (λ,α) - пропускание и восходящее излучение атмосферы, Is(λ,α) - излучение поверхности.
Angular methods for measuring temperature are based on the possibility of solving the direct problem of radiation transfer in the atmosphere. The radiation from the object-atmosphere system can be represented as:
I (λ, α) = I s (λ, α) t (λ, α) + I a (λ, α),
where t (λ, α) and I a (λ, α) is the transmission and upward radiation of the atmosphere, I s (λ, α) is the radiation of the surface.

Is(λ,α) = Ie(λ,α)+Ir(λ,α),
где Ie(λ,α) - собственное излучение поверхности, Ir(λ,α) - отраженное излучение поверхности.
I s (λ, α) = I e (λ, α) + I r (λ, α),
where I e (λ, α) is the intrinsic radiation of the surface, I r (λ, α) is the reflected radiation of the surface.

Ie(λ,α) = ε(λ,α)Bλ(T),
где ε(λ,α) - излучательная способность объекта, Bλ(T) - функция Планка. Решение этих уравнений для различных углов визирования позволяет увеличить точность измерения температуры объектов более чем в 10 раз.
I e (λ, α) = ε (λ, α) B λ (T),
where ε (λ, α) is the emissivity of the object, B λ (T) is the Planck function. The solution of these equations for different viewing angles allows you to increase the accuracy of measuring the temperature of objects more than 10 times.

Возможности устройства могут быть существенно расширены. The capabilities of the device can be significantly expanded.

Так, установка плоского зеркала 8 на механизм 10 дискретного поворота (фиг. 2) позволяет в широких пределах изменять угол наклона плоского зеркала 8 относительно оси двигателя 7 вращения и тем самым изменять угол визирования α1 в процессе работы устройства. Аналогично может быть установлено и плоское зеркало 9. So, installing a flat mirror 8 on the discrete rotation mechanism 10 (Fig. 2) allows you to widely vary the angle of inclination of the flat mirror 8 relative to the axis of the rotation motor 7 and thereby change the viewing angle α1 during operation of the device. Similarly, a flat mirror 9 can be installed.

Введение в оптическую схему устройства (фиг.3) перед сканирующим зеркалом 2 третьего плоского зеркала 11, оптически связанного с ним, нормаль к поверхности которого лежит в плоскости, проходящей через ось двигателя 7 вращения и перпендикулярной плоскости, образованной нормалями к поверхностям плоских зеркал 8, 9, и составляет с осью двигателя 7 вращения угол 45o, позволяет реализовать в устройстве третью оптическую ветвь. В этом случае на выходе N приемников 5 излучения формируется последовательность трех аналоговых сигналов.An introduction to the optical circuit of the device (Fig. 3) in front of the scanning mirror 2 of the third plane mirror 11, optically coupled to it, the normal to the surface of which lies in the plane passing through the axis of the rotation motor 7 and perpendicular to the plane formed by the normals to the surfaces of the plane mirrors 8, 9, and makes an angle of 45 ° with the axis of the rotation motor 7, which makes it possible to realize a third optical branch in the device. In this case, at the output of N radiation receivers 5, a sequence of three analog signals is formed.

При расположении зеркала 11, как показано на фиг. 3, линия 5 сканирования (фиг. 5) третьей ветви будет ориентирована по направлению полета носителя, что позволяет измерять температуру объектов, лежащих по трассе движения носителя, для углов визирования от -40 до +40o относительно местной вертикали с шагом, равным мгновенному полю устройства, что позволяет восстановить индикатрисы излучательной способности объектов, расположенных на трассе движения носителя. Для восстановления индикатрисы излучательной способности объекта из изображения, полученного с помощью третьего плоского зеркала 11, производится последовательная выборка из всех строк значений сигналов, соответствующих данному объекту. Полученные данные характеризуют оптико-физические параметры объекта, что позволяет также повысить точность измерения температуры.With the arrangement of the mirror 11, as shown in FIG. 3, the scan line 5 (Fig. 5) of the third branch will be oriented in the direction of the carrier’s flight, which allows measuring the temperature of objects lying along the carrier’s path for sight angles from -40 to +40 o relative to the local vertical with a step equal to the instantaneous field device, which allows you to restore the indicatrix emissivity of objects located on the path of movement of the carrier. To restore the indicatrix of the emissivity of the object from the image obtained using the third flat mirror 11, a sequential selection is made from all the rows of signal values corresponding to this object. The data obtained characterize the optical-physical parameters of the object, which also allows to increase the accuracy of temperature measurement.

Предлагаемое устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра позволяет получить тепловые изображения исследуемой поверхности одновременно под разными углами визирования в нескольких спектральных диапазонах, что при обработке полученных изображений позволяет обеспечить проведение коррекции влияния атмосферы и реализовать точность измерения температуры исследуемых объектов лучше 0.1К. The proposed device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum allows one to obtain thermal images of the investigated surface simultaneously at different viewing angles in several spectral ranges, which, when processing the images obtained, allows for correcting the influence of the atmosphere and realizing the accuracy of measuring the temperature of the studied objects better than 0.1K.

Актуальность решаемой задачи, а именно возможность обнаружения термических аномалий, исследование взаимодействия атмосферы и поверхности, контроль окружающей среды и т.д, а также относительно невысокая стоимость обеспечивают устройству практическое применение. The relevance of the problem, namely the ability to detect thermal anomalies, the study of the interaction of the atmosphere and the surface, environmental control, etc., as well as the relatively low cost, provide the device with practical application.

Claims (3)

1. Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра, содержащее корпус, в котором последовательно установлены и оптически связаны между собой сканирующее зеркало, объектив, фильтр и приемник излучения, а также расположены система охлаждения и двигатель вращения, ось которого совпадает с оптической осью объектива и жестко связана со сканирующим зеркалом, установленным под углом 45o к оси двигателя вращения, причем объектив, приемник излучения, система охлаждения и двигатель вращения жестко закреплены в корпусе, а система охлаждения соединена с приемником излучения, отличающееся тем, что в него введены первое и второе плоские зеркала, N - 1 фильтров и N - 1 приемников излучения, причем первое и второе плоские зеркала установлены с двух сторон сканирующего зеркала и оппозитно между собой, каждое плоское зеркало оптически независимо связано со сканирующим зеркалом, нормали к поверхности плоских зеркал лежат в одной плоскости, проходящей через ось двигателя вращения, плоские зеркала установлены в корпусе под разными углами относительно оси двигателя вращения, каждый из N - 1 приемников излучения и установленный на нем соответствующий фильтр жестко закреплены на корпусе, каждый из N - 1 приемников излучения соединен с системой охлаждения, N приемников излучения расположены на линии, образованной фокальной плоскостью объектива и плоскостью, в которой лежат нормали к поверхностям плоских зеркал.1. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum, comprising a housing in which a scanning mirror, a lens, a filter and a radiation receiver are sequentially mounted and optically connected to each other, as well as a cooling system and a rotation motor, the axis of which coincides with the optical axis of the lens and rigidly connected with a scanning mirror set at an angle of 45 o to the axis of rotation of the engine, wherein the lens, the radiation receiver, the cooling system and the engine rotation rigidly fixed to Corp. All, and the cooling system is connected to a radiation receiver, characterized in that the first and second flat mirrors, N - 1 filters and N - 1 radiation receivers are introduced into it, the first and second flat mirrors mounted on both sides of the scanning mirror and opposite to each other , each flat mirror is optically independently connected with a scanning mirror, the normals to the surface of the flat mirrors lie in one plane passing through the axis of the rotation motor, the flat mirrors are mounted in the housing at different angles with respect to the axis of the engine For rotation, each of N - 1 radiation receivers and the corresponding filter installed on it are rigidly fixed to the housing, each of N - 1 radiation receivers is connected to the cooling system, N radiation receivers are located on the line formed by the focal plane of the lens and the plane in which they lie normal to the surfaces of flat mirrors. 2. Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра по п. 1, отличающееся тем, что хотя бы одно из плоских зеркал связано с корпусом через механизм дискретного поворота, изменяющего угол наклона плоского зеркала относительно оси двигателя вращения. 2. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum according to claim 1, characterized in that at least one of the flat mirrors is connected to the housing through a discrete rotation mechanism that changes the angle of inclination of the flat mirror relative to the axis of the rotation motor. 3. Устройство для дистанционного получения изображений в тепловой области спектра по п.1 или 2, отличающееся тем, что на корпусе установлено третье плоское зеркало, оптически связанное со сканирующим зеркалом, нормаль к поверхности которого лежит в плоскости, проходящей через ось двигателя вращения и перпендикулярной плоскости, образованной нормалями к поверхностям первого и второго плоских зеркал, и составляет с осью двигателя вращения угол 45o.3. A device for remote image acquisition in the thermal region of the spectrum according to claim 1 or 2, characterized in that a third flat mirror is mounted on the housing, optically coupled to a scanning mirror, the normal to the surface of which lies in a plane passing through the axis of the rotation motor and perpendicular the plane formed by the normals to the surfaces of the first and second plane mirrors, and makes an angle of 45 o with the axis of the rotation motor.
RU99106783/28A 1998-12-29 1998-12-29 Device for remote generation of images in thermal region of spectrum RU2150725C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99106783/28A RU2150725C1 (en) 1998-12-29 1998-12-29 Device for remote generation of images in thermal region of spectrum

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99106783/28A RU2150725C1 (en) 1998-12-29 1998-12-29 Device for remote generation of images in thermal region of spectrum

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2150725C1 true RU2150725C1 (en) 2000-06-10

Family

ID=20218007

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99106783/28A RU2150725C1 (en) 1998-12-29 1998-12-29 Device for remote generation of images in thermal region of spectrum

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2150725C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178431U1 (en) * 2017-07-05 2018-04-04 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") High-resolution multichannel scanning radiometer
RU218625U1 (en) * 2023-03-14 2023-06-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") DEVICE FOR REMOTE SENSING OF THE EARTH IN THE INFRARED REGION OF THE SPECTRUM

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU178431U1 (en) * 2017-07-05 2018-04-04 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") High-resolution multichannel scanning radiometer
RU218625U1 (en) * 2023-03-14 2023-06-02 Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Государственный институт прикладной оптики" (АО "НПО ГИПО") DEVICE FOR REMOTE SENSING OF THE EARTH IN THE INFRARED REGION OF THE SPECTRUM

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hackwell et al. LWIR/MWIR imaging hyperspectral sensor for airborne and ground-based remote sensing
EP0589554B1 (en) Airborne survey method and apparatus
Fujisada Design and performance of ASTER instrument
US20070188610A1 (en) Synoptic broad-area remote-sensing via multiple telescopes
US4628206A (en) Visible-UV horizon sensor
US6355930B1 (en) Fast infrared linear image optical instruments
JPH0249111A (en) Astronomical observation by scanning and method for measuring angular velocity of spacecraft, observation device for executing said method and spacecraft with said observation device
GB1580437A (en) Arrangement for producing a stabilised picture
RU2150725C1 (en) Device for remote generation of images in thermal region of spectrum
Cayla et al. IASI: Instrument overview
RU2324151C1 (en) Multichannel scanning radiometer with wide swath
US20130265578A1 (en) Independent-beam gas filter correlation radiometry with field-of-view matching
Chamberland et al. Development and testing of a hyperspectral imaging instrument for standoff chemical detection
AU697325B1 (en) Passive identification and rangefinder apparatus
USH412H (en) Coordinate position detector
Andresen et al. Surface-based IRST: a selection process for sensor parameter values
Howe Two-color infrared full-Stokes imaging polarimeter development
US4667103A (en) Universal wavefront sensor apparatus
Elliott et al. The impact of the AIRS spatial response on channel-to-channel and multi-instrument data analyses
RU2156453C1 (en) Device for remote measurement of optophysical parameters of objects
Jalink et al. Conceptual design and analysis of an infrared horizon sensor with compensation for atmospheric variability
Ames et al. Development of the SPIRIT III sensor
Ames et al. Development of the SPIRIT III sensor
Landau et al. Three-beam chopping-an efficient infrared observing technique
Watanabe et al. Airborne and spaceborne thermal multispectral remote sensing

Legal Events

Date Code Title Description
HK4A Changes in a published invention
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20041230

NF4A Reinstatement of patent
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141230