RU2233559C2 - Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image - Google Patents
Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image Download PDFInfo
- Publication number
- RU2233559C2 RU2233559C2 RU2002113717/09A RU2002113717A RU2233559C2 RU 2233559 C2 RU2233559 C2 RU 2233559C2 RU 2002113717/09 A RU2002113717/09 A RU 2002113717/09A RU 2002113717 A RU2002113717 A RU 2002113717A RU 2233559 C2 RU2233559 C2 RU 2233559C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spectrozonal
- spectral
- range
- wavelength
- channels
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 title claims description 4
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 title claims description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 244000025254 Cannabis sativa Species 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 2
- 238000001931 thermography Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000003909 pattern recognition Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000017105 transposition Effects 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Color Television Image Signal Generators (AREA)
- Processing Of Color Television Signals (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к телевизионным системам, а более конкретно - к телевизионным системам с камерами дальнего инфракрасного (ИК) диапазона (далее - к тепловизорам).The present invention relates to television systems, and more particularly, to television systems with far infrared (IR) cameras (hereinafter referred to as thermal imagers).
Существующие телевизионные камеры дальнего ИК-диапазона бывают двух типов:Existing far-infrared television cameras come in two types:
- монохромные тепловизоры, в которых информацию о мощности ИК-излучения объекта преобразовывают в яркость изображения объекта;- monochrome thermal imagers, in which information about the infrared radiation power of the object is converted into the brightness of the image of the object;
- псевдоцветные тепловизоры [1], в которых видеосигнал от монохромной ТВ камеры подвергается обработке, сопровождающейся присвоением условного цвета определенному диапазону уровней (слою) видеосигнала. При этом информацию о мощности излучения несет размах цветовой составляющей определенного диапазона, т.е. мощность излучении Nu:- pseudo-color thermal imagers [1], in which the video signal from a monochrome TV camera is subjected to processing, accompanied by the assignment of a conditional color to a certain range of levels (layer) of the video signal. Moreover, the information on the radiation power is carried by the range of the color component of a certain range, i.e. radiation power N u :
где A0 - полная амплитуда видеосигнала каждого диапазона;where A 0 is the total amplitude of the video signal of each range;
n - номер диапазона;n is the number of the range;
К - коэффициент преобразования;K is the conversion coefficient;
Uс - размах видеосигнала в данном цветовом диапазоне.U with - the amplitude of the video signal in this color range.
Изделия первого типа используются в военной технике (прицелы, системы обнаружения и опознавания и т.д.). Изделия второго типа, принятые за прототип, часто применяются в медицине, научных исследованиях [1], в промышленности для анализа состояния различных объектов и систем [2].Products of the first type are used in military equipment (sights, detection and recognition systems, etc.). Products of the second type, taken as a prototype, are often used in medicine, scientific research [1], in industry to analyze the state of various objects and systems [2].
Псевдоцветные тепловизоры используют то свойство зрительного аппарата оператора, благодаря которому количество различимых цветовых оттенков значительно превышает количество различимых градаций яркости.Pseudo-color thermal imagers use that property of the operator’s visual apparatus, due to which the number of distinguishable color shades significantly exceeds the number of distinguishable gradations of brightness.
Известно, что в монохромных тепловизорах изображение принципиально отличается от привычного телевизионного изображения, полученного в видимом или ближнем ИК-диапазонах [1], поэтому оператор в течение длительного времени обучается дешифрированию тепловизионного изображения и, несмотря на это, время его реакции на появление в кадре тепловизора нового объекта значительно превышает аналогичный параметр для обычных ТВ систем. Известна попытка решить эту проблему путем создания двухканальной ТВ системы, в которой на тепловизионное изображение накладывается изображение от обычного ТВ канала, однако существенного облегчения дешифрирования при этом не достигается, особенно при необходимости быстрого принятия решений в реальном масштабе времени.It is known that in monochrome thermal imagers the image is fundamentally different from the usual television image obtained in the visible or near infrared ranges [1], therefore, the operator is trained for a long time to decode the thermal image and, despite this, the time of its reaction to the appearance of the thermal imager in the frame the new facility significantly exceeds the same parameter for conventional TV systems. There is a known attempt to solve this problem by creating a two-channel TV system in which the image from a conventional TV channel is superimposed on a thermal image, however, decryption is not significantly facilitated, especially if you need quick real-time decision making.
Псевдоцветные тепловизоры, упомянутые выше, еще более сложны в использовании для оператора из-за перегрузки изображения цветными деталями, цвет которых строится искусственно и всегда далек от привычного, т.к. в псевдоцветных тепловизорах изменение мощности излучения объекта воспринимается как изменение яркости (внутри цветового диапазона), и как изменение цвета (при переходе из одного диапазона в другой). Таким образом, изменение спектральных характеристик излучения объектов в дальнем ИК-диапазоне такими системами не фиксируются (вернее фиксируются только энергетически), а фиксируется только принимаемая мощность излучения объекта, т.е. изображения двух объектов с одинаковой температурой в зависимости от их удаленности могут иметь различные цвета на телевизионном изображении. Это окончательно затрудняет оценку и анализ объектов по их телевизионным изображениям.The pseudo-color thermal imagers mentioned above are even more difficult to use for the operator due to the overload of the image with colored details, the color of which is built artificially and is always far from usual, because in pseudo-color thermal imagers, a change in the radiation power of an object is perceived as a change in brightness (within the color range), and as a change in color (when moving from one range to another). Thus, changes in the spectral characteristics of the radiation of objects in the far infrared range by such systems are not recorded (or rather, they are recorded only energetically), but only the received radiation power of the object is recorded, i.e. images of two objects with the same temperature, depending on their remoteness, can have different colors on a television image. This finally makes it difficult to evaluate and analyze objects from their television images.
Целью предлагаемого изобретения является обеспечение возможности оценки и анализа объектов (точнее спектральных и яркостных характеристик объектов) по их телевизионным изображениям в дальнем ИК-диапазоне, при этом по возможности обеспечить психологически привычное восприятие телевизионного изображения объектов.The aim of the invention is to enable the assessment and analysis of objects (more precisely, the spectral and brightness characteristics of objects) from their television images in the far infrared range, while it is possible to provide a psychologically familiar perception of a television image of objects.
Поставленная задача может быть решена сочетанием методов, используемых в системах цветного телевидения с привлечением средств ЭВТ (электронно-вычислительной техники), применяемых для автоматического распознавания образов.The problem can be solved by a combination of methods used in color television systems with the use of electronic computers (electronic computers), used for automatic pattern recognition.
Основа предлагаемого способа заключается в следующем: для привычного восприятия цветного тепловизионного изображения объекта, снимаемого в дальнем ИК-диапазоне, необходимо, чтобы цвет изображения знакомых объектов совпадал. Для этого достаточно нескольких опорных точек на характеристике преобразования “лучистая энергия/видеосигнал”. Например, цвет лица человека, песка, травы, цвет неба или чистого снега привычны для оператора.The basis of the proposed method is as follows: for the usual perception of color thermal imaging images of objects taken in the far infrared range, it is necessary that the color of the image of familiar objects match. For this, a few reference points on the “radiant energy / video signal” conversion characteristic are sufficient. For example, the complexion of a person, sand, grass, the color of the sky or pure snow are familiar to the operator.
Если теперь при машинной обработке видеосигнала задать программно требование соответствия цветовых координат опорных точек определенным их температурам с учетом времени суток, координат на местности, сезону и т.п., то цветное синтезированное тепловизионное изображение опорных объектов натурной сцены в дальнем ИК-диапазоне будет иметь соотношение цветов, приближающееся к привычному.If now, when machine processing a video signal, we set the software requirement for the color coordinates of the reference points to correspond to their temperatures, taking into account the time of day, coordinates on the ground, season, etc., then the color synthesized thermal imaging image of the reference objects of the natural scene in the far infrared will have the ratio colors, approaching the usual.
Тепловизор, реализующий предлагаемый способ, может быть создан с использованием принципа построения передающей камеры цветного телевидения [2, 3, 4], где входящий энергетический поток от сцены расщепляется на несколько спектрозональных потоков, из которых строятся соответствующие спектрозональные изображения. Далее, в качестве примера рассмотрим построение тепловизора, содержащего простейший спецвычислитель, обеспечивающий реализацию предлагаемого способа.A thermal imager that implements the proposed method can be created using the principle of constructing a color television transmitting camera [2, 3, 4], where the incoming energy stream from the scene is split into several spectrozonal streams, from which the corresponding spectrozonal images are built. Further, as an example, we consider the construction of a thermal imager containing the simplest special computer that ensures the implementation of the proposed method.
На фиг.1 приведены его спектральные характеристики спектрозональных каналов. Следует отметить некоторые основные особенности этих спектральных характеристик:Figure 1 shows its spectral characteristics of the spectrozonal channels. It should be noted some of the main features of these spectral characteristics:
- так как опорные точки (-20 и 36,6°С) сдвинуты в длинноволновую часть спектра, и очевидна необходимость наличия сигналов для этих точек во всех спектроделенных каналах, длинноволновые границы всех трех каналов совмещены на длинноволновой границе спектрального диапазона;- since the reference points (-20 and 36.6 ° C) are shifted to the long-wavelength part of the spectrum, and the need for signals for these points in all spectrally separated channels is obvious, the long-wavelength boundaries of all three channels are aligned on the long-wavelength boundary of the spectral range;
- для обеспечения идентичности математического аппарата транспонирования спектральных характеристик в область видимого спектра коротковолновые границы всех трех каналов совмещены на коротковолновой границе спектрального диапазона;- to ensure the identity of the mathematical apparatus for transposing spectral characteristics into the visible spectrum, the short-wave boundaries of all three channels are aligned on the short-wave border of the spectral range;
- длина волны максимума спектральной характеристики длинноволнового канала должна совпадать с длиной волны первой опорной точки (-20°С);- the wavelength of the maximum spectral characteristics of the long-wave channel must coincide with the wavelength of the first reference point (-20 ° C);
- длина волны максимума спектральной характеристики средневолнового канала должна совпадать с длиной волны второй опорной точки (+36,6°С);- the wavelength of the maximum spectral characteristic of the medium-wave channel must coincide with the wavelength of the second reference point (+ 36.6 ° C);
- коэффициенты электронного матрицирования, необходимого для получения на выходе стандартных сигналов R, G, В, могут быть вычислены при условии правильной цветопередачи изображения объектов в опорных точках. Пересчет (транспонирование) сигналов спектрозональных каналов в стандартные сигналы R, G, В производят при помощи специально разрабатываемых программ.- coefficients of electronic matrixing necessary to obtain standard signals R, G, B at the output, can be calculated provided that the color image of the objects in the reference points is correct. Recalculation (transposition) of signals of spectrozonal channels into standard signals R, G, B is carried out using specially developed programs.
Резюмируя, можно таким образом описать предлагаемый способ.Summarizing, we can thus describe the proposed method.
Способ визуального спектрального анализа телевизионного изображения дальнего инфракрасного диапазона, состоящий в спектральном разделении всего спектрального диапазона излучения объекта на три спектрозональных канала, последующем осуществлении баланса видеосигналов этих спектрозональных каналов, заключающийся в том, что производят транспонирование дальнего ИК-спектра в видимый диапазон, для чего фиксацию видеосигналов осуществляют по уровню видеосигналов, соответствующих температуре объекта -20°С (уровень “белого”), а усиление видеосигналов в каждом спектрозональном канале осуществляют таким образом, чтобы температуре 36,6°С соответствовал “телесный” цвет (цвет лица человека), причем характеристику преобразования лучистая энергия/видеосигнал в каждом канале выполняют линейной, а спектрозональные каналы имеют соответствующее перекрытие по спектру, и матрицирование обеспечивает выход на видеоконтрольное устройство сигналов R, G, В.The method of visual spectral analysis of a television image of the far infrared range, which consists in spectrally dividing the entire spectral range of the radiation of the object into three spectrozonal channels, then balancing the video signals of these spectrozonal channels, which consists in transposing the far infrared spectrum into the visible range, for which the fixation video signals are carried out according to the level of video signals corresponding to the temperature of the object -20 ° C (the level of “white”), and the gain ideosignals in each spectrozonal channel are implemented in such a way that the “solid” color (human complexion) corresponds to a temperature of 36.6 ° C, and the radiant energy / video signal conversion characteristic in each channel is linear, and the spectrozonal channels have a corresponding spectrum overlap, and matrixing provides an output to the video control device of signals R, G, B.
Одновременно следует отметить, что коротковолновые и длинноволновые границы спектральных характеристик всех трех каналов соответственно совмещены, причем длина волны максимума среднего спектрозонального канала соответствует длине волны второй опорной точки (+36,6°С), а длина волны максимума спектральной характеристики длинноволнового канала должна совпадать с длиной волны первой опорной точки (-20°С).At the same time, it should be noted that the short-wave and long-wave boundaries of the spectral characteristics of all three channels are respectively combined, with the wavelength of the maximum of the middle spectrozonal channel corresponding to the wavelength of the second reference point (+ 36.6 ° C), and the wavelength of the maximum of the spectral characteristic of the long-wave channel should coincide with the wavelength of the first reference point (-20 ° C).
Устройство, реализующее предлагаемый способ, приведено на фиг.2.A device that implements the proposed method is shown in figure 2.
Спектрозональная телевизионная камера дальнего ИК-диапазона содержит объектив 1, спектроделительный блок 2, три преобразователя (4, 5, 6) лучистая энергия/видеосигнал, причем выход объектива 1 через спектроделительный блок 2 соединен с входами первою, второго и третьего преобразователей (4, 5, 6) лучистая энергия/видеосигнал, кроме того, в состав камеры дополнительно введены спецвычислитель 7, блок 8 автоматического подбора опорных цветов и датчик 3 опорных температур, выход которого соединен со вторым входом спектроделительного блока 2, а управляющий вход соединен со вторым управляющим выходом блока 8 автоматического подбора опорных цветов, причем первый выход блока 8 автоматического подбора опорных цветов соединен с входом спецвычислителя 7, причем управляющий вход блока 8 автоматического подбора опорных цветов соединен с управляющим выходом спецвычислителя 7, а рабочие входы спецвычислителя 7 соединены с выходами первого, второго и третьего преобразователей (4, 5, 6) лучистая энергия/видеосигнал, и рабочие выходы спецвычислителя 7 являются выходами устройства (R, G, В).The far-infrared spectral television camera contains a lens 1, a spectro-splitting unit 2, three converters (4, 5, 6) radiant energy / video signal, and the output of the lens 1 through a spectro-splitting unit 2 is connected to the inputs of the first, second and third converters (4, 5 , 6) radiant energy / video signal, in addition, a special calculator 7, an automatic reference color matching unit 8 and a reference temperature sensor 3, the output of which is connected to the second input of the spectro-splitting unit 2, are additionally included in the chamber; the null input is connected to the second control output of the block 8 automatic selection of reference colors, and the first output of block 8 of the automatic selection of reference colors is connected to the input of the special calculator 7, and the control input of the block 8 of the automatic selection of reference colors is connected to the control output of the special calculator 7, and the working inputs of the special calculator 7 connected to the outputs of the first, second and third converters (4, 5, 6) radiant energy / video signal, and the working outputs of the special calculator 7 are the outputs of the device (R, G, B).
Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.
Лучистая энергия, пройдя через объектив 1, подвергается спектральному разделению на три спектрозональных канала в спектроделительном блоке 2. С выходов преобразователей 4, 5, 6 лучистая энергия/видеосигнал видеосигналы поступают на спецвычислитель 7, где производится необходимая обработка видеосигналов (фиксация, регулировка усиления) и электронное матрицирование, осуществляющее транспонирование ИК-спектра в видимый диапазон (в стандартные сигналы R, G, В). В зависимости от назначения устройства в блоке 8 автоматического подбора опорных цветов осуществляется выбор основных цветов, по сигналам которых осуществляется последующий баланс видеосигналов и подбираются соответствующие коэффициенты матрицирования при транспонировании изображения в видимый диапазон спектра. Датчик 3 опорных температур вырабатывает соответствующие сигналы, которые поступают на второй вход спектроделительного блока 2, и по которым спецвычислитель 7 устанавливает необходимый уровень фиксации и коэффициенты усиления в каналах, необходимые для последующей обработки видеосигналов, соответствующих изображению объекта.The radiant energy, passing through the lens 1, is subjected to spectral separation into three spectrozonal channels in the spectrodividing unit 2. From the outputs of the converters 4, 5, 6, the radiant energy / video signal is transmitted to a special calculator 7, where the necessary processing of the video signals is performed (fixing, gain adjustment) and electronic matrixing, which transposes the IR spectrum into the visible range (into standard R, G, B signals). Depending on the purpose of the device, in block 8 of the automatic selection of reference colors, the primary colors are selected based on the signals of which a subsequent balance of video signals is carried out and the corresponding matrix coefficients are selected when the image is transposed into the visible range of the spectrum. The reference temperature sensor 3 generates the corresponding signals that are fed to the second input of the spectrodividing unit 2, and by which the special calculator 7 sets the necessary level of fixation and gain in the channels necessary for the subsequent processing of the video signals corresponding to the image of the object.
Техническая реализация предлагаемого устройства осуществима как на зарубежной, так и на отечественной элементной базе.The technical implementation of the proposed device is feasible both on foreign and domestic elemental base.
В настоящее время МКБ “Электрон” работает над аппаратным и программным обеспечением предложенного способа.Currently, the ICD "Electron" is working on the hardware and software of the proposed method.
Источники информацииSources of information
1. Проспект фирмы Raytheon: Control/IR 2000 B. Customer Service Handbook. Feb.7.2001.1. Raytheon prospectus: Control / IR 2000 B. Customer Service Handbook. Feb. 7, 2001.
2. Портативный компьютерный тепловизор ТВ-03К. www. ultramed. ru/tvk 03 k.htm.2. Portable computer thermal imager TV-03K. www. ultramed. ru / tvk 03 k.htm.
3. Цветные телевизионные камеры. www. sitek. ru/~mvideo/tkcvetn.htm.3. Color television cameras. www. sitek. com / ~ mvideo / tkcvetn.htm.
4. Цветные телевизионные камеры. www.natm.ru/rastr/km z.htm.4. Color television cameras. www.natm.ru/rastr/km z.htm.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002113717/09A RU2233559C2 (en) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002113717/09A RU2233559C2 (en) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002113717A RU2002113717A (en) | 2003-11-27 |
| RU2233559C2 true RU2233559C2 (en) | 2004-07-27 |
Family
ID=33412488
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002113717/09A RU2233559C2 (en) | 2002-05-28 | 2002-05-28 | Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2233559C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200937U1 (en) * | 2020-07-10 | 2020-11-19 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Night vision device - rangefinder with color image |
| RU213979U1 (en) * | 2022-04-06 | 2022-10-06 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Device for determining the angular position of objects of a given color and spatial features |
-
2002
- 2002-05-28 RU RU2002113717/09A patent/RU2233559C2/en active
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU200937U1 (en) * | 2020-07-10 | 2020-11-19 | Акционерное общество "Московский завод "САПФИР" | Night vision device - rangefinder with color image |
| RU213979U1 (en) * | 2022-04-06 | 2022-10-06 | Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") | Device for determining the angular position of objects of a given color and spatial features |
| RU2812874C1 (en) * | 2023-07-27 | 2024-02-05 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Method for generating and displaying television images in visible and near-infrared regions of spectrum |
| RU2820221C1 (en) * | 2023-10-25 | 2024-05-31 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | Method of combining simultaneously obtained images of colour visible and near infrared ranges |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Oh et al. | Do it yourself hyperspectral imaging with everyday digital cameras | |
| US7313273B2 (en) | Automatic color constancy for image sensors | |
| Xue et al. | Concealed weapon detection using color image fusion | |
| CN105046646B (en) | A kind of color visualization method of high spectrum image | |
| DE102019106252A1 (en) | Method and system for light source estimation for image processing | |
| US7940994B2 (en) | Multi-scale image fusion | |
| JP2009147440A (en) | White balance adjustment device and white balance adjustment method | |
| US20080056566A1 (en) | Video processing | |
| CN103974053A (en) | Automatic white balance correction method based on grey dot extraction | |
| Zhang et al. | Fast color correction using principal regions mapping in different color spaces | |
| CN104180908A (en) | RAW image radiation temperature measuring device and method | |
| RU2604898C1 (en) | Method of generating of multispectral video signals | |
| Molada-Tebar et al. | Correct use of color for cultural heritage documentation | |
| RU2233559C2 (en) | Method and device for visual spectral analysis of distant infrared-range television image | |
| EP2861964A2 (en) | Multifrequency imaging method and apparatus | |
| Crichton et al. | Skin chromaticity gamuts for illumination recovery | |
| Zhao et al. | Using the matrix R method for spectral image archives | |
| CN105023261B (en) | Remote sensing image fusion method based on AGIHS and low pass filter | |
| Jang et al. | Pseudo-color image fusion based on intensity-hue-saturation color space | |
| Vaillant et al. | Color correction matrix for sparse RGB-W image sensor without IR cutoff filter | |
| Yuan et al. | Real-time infrared and visible image fusion system and fusion image evaluation | |
| Hickman | Colour fusion of RGB and NIR imagery for surveillance applications | |
| Yoo et al. | Estimation of reflectance based on properties of selective spectrum with adaptive Wiener estimation | |
| RU2697062C1 (en) | Method of objects observation | |
| Zhao et al. | Methods of spectral reflectance reconstruction for a Sinarback 54 digital camera |