RU2667369C1 - Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции - Google Patents

Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции Download PDF

Info

Publication number
RU2667369C1
RU2667369C1 RU2017133029A RU2017133029A RU2667369C1 RU 2667369 C1 RU2667369 C1 RU 2667369C1 RU 2017133029 A RU2017133029 A RU 2017133029A RU 2017133029 A RU2017133029 A RU 2017133029A RU 2667369 C1 RU2667369 C1 RU 2667369C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
image field
temperature
zones
board
spacecraft
Prior art date
Application number
RU2017133029A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Александрович Благодырёв
Дмитрий Игоревич Климов
Андрей Павлович Мягков
Олег Евгеньевич Хромов
Original Assignee
Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
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 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") filed Critical Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы")
Priority to RU2017133029A priority Critical patent/RU2667369C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2667369C1 publication Critical patent/RU2667369C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J5/60—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry using determination of colour temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N5/00—Details of television systems
    • H04N5/30—Transforming light or analogous information into electric information
    • H04N5/33—Transforming infrared radiation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Radiation Pyrometers (AREA)

Abstract

Изобретение относится к вычислительной технике для измерения параметров и характеристик космических аппаратов. Технический результат заключается в оптимизации потоков телеметрической информации. Технический результат достигается за счет того, что для бортовых вычислительных средств задают пороговое значение температуры, получаемое на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя, изображение представляют в виде матрицы из i, j зон поля изображения с присвоением каждой зоне идентификатора, для каждой из i, j зон поля изображения определяют откалиброванное среднее значение температуры, сравнивают пороговое значение температуры с откалиброванным средним значением температуры для каждой из i, j зон поля изображения и выявляют аномальные зоны поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение, данные о координатах аномальных зон поля изображения и значениях температуры для таких зон передают на наземную станцию, на наземной станции отображают поле изображения с визуальным выделением участков поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение, осуществляют необходимые корректирующие воздействия. 2 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к области космической техники, а именно к средствам измерения параметров и характеристик космических аппаратов и ракет-носителей посредством телеметрических систем.
Известен способ обработки и отображения термовидеоинформации, полученной на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя, предусматривающий определение значений яркостной температуры поля изображения, связанной с термодинамической шкалой истинного значения температуры, и отображение поля изображения наземными компьютерными средствами (См. Климов Д.И., Благодырёв В.А., «Использование инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов в видеотелеметрии для отслеживания температурных параметров КА и РН», Успехи современной радиоэлектроники, №12, 2012, стр. 22-26). В свою очередь, предложенный способ обработки и отображения термовидеонинформации с борта космического аппарата и/или ракеты-носителя представляет собой дальнейшее развитие описанного выше способа и является результатом поиска совокупности технологических решений, которые позволят оптимизировать информационные потоки телеметрической информации по линии «борт – Земля» и выбор компьютерных средств обработки информации на наземных станциях.
Для решения указанной выше технической проблемы в известном способе обработки и отображения термовидеоинформации, полученной на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя, предусматривающим определение значений яркостной температуры поля изображения, связанной с термодинамической шкалой истинного значения температуры, и отображение поля изображения наземными компьютерными средствами, предложено выполнить обработку термовидеоизображения на борту, с последующим отображением на наземной станции. В соответствии с предложенным способом обработки и отображения термовидеоинформации, получаемое на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя изображение представляют в виде матрицы из i,j двумерных зон поля изображения с присвоением каждой зоне идентификатора. Определяют на борту значение яркостной температуры в i,j-ой зоне поля изображения, связанной с термодинамической шкалой истинного значения температуры, и локализуют участки поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение. Данные об указанных аномальных участках поля изображения передают на наземную станцию для отображения компьютерными средствами изображения, разбитого на целое число i,j-зон поля изображения с визуальным выделением участков поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение.
Обработка и отображение термовидеоинформации согласно предложенному способу осуществляется следующим образом.
Информация об интегральном значении яркости в ij-ой зоне k-го кадра Yijk поступает на суммирующее по числу кадров устройство
Figure 00000001
(1)
и далее усредняется по общему числу кадров за секунду L
Figure 00000002
(2)
В результате, получаем усреднённое по общему числу кадров в секунду значение яркости в рассматриваемой зоне Yij. Известно, что исходя из физического смысла яркости, она численно равна интенсивности света I. Следовательно для i,j-ой зоны, Yij = Iij.
Применимо к яркостному (спектральному) пирометру последовательность обработки термовидеоинформации основана на планковском распределении в диапазоне длин волн, а именно
Figure 00000003
(3)
где
Figure 00000004
Дж/К – постоянная Больцмана,
Figure 00000005
Дж×с – постоянная Планка,
Figure 00000006
м/с – скорость света, Т – яркостная
температура (К), λ – длина волны (м), ελ – интегральный коэффициент теплового излучения.
Из (3) выразим яркостную температуру
Figure 00000007
(4)
Figure 00000008
(5)
Структурная схема решающего устройства и матрицы энергий световых излучений для осуществления предложенного способа обработки информации приведена на фиг. 1. Решающее устройство включает две схемы сравнения – 1-ю и 2-ю, относящиеся к текущему значению яркости Yij в рассматриваемой зоне поля изображения, по которому выдаётся соответствующее значение энергии светового излучения Wij (таблицы 8.27, 8.28, «Таблицы физических величин», ред. Акад. И.К. Кикоин, Москва, Атомиздат, 1976), по которой, в соответствии с законом Планка, вычисляется длина волны
Figure 00000009
, (6)
а также значения интегрального коэффициента излучения
Figure 00000010
для заданного типа металла (или графита) при соответствующем значении
Figure 00000011
(там же).
Спектральный пирометр калибруется по излучению (на той же длине волны) абсолютно черного тела в градусах яркостной температуры Tij, связанной с термодинамической шкалой соотношением
Figure 00000012
, (7)
где Тист_ij – истинное (откалиброванное) среднее значение температуры в контролируемой зоне поля изображения,
Figure 00000013
(8)
Отображение термовидеоинформации при её обработке и вычислении температуры по соотношению (5) на борту космических аппаратов и ракет-носителей будет осуществлено посредством использования процессоров, запрограммированных на алгоритм обработки информации согласно соотношениям (5), (8), а также алгоритма локализации отдельных участков (зон) поля изображения объекта с температурой, превышающей допустимую. Допустимый порог температуры либо вводится оператором при непосредственном отслеживании термообстановки объекта или однократно программируется при разработке программы функционирования процессора. Информация о температуре и координатах участков передается, как один из параметров телеметрической системы. Пороговое значение температуры и дискреты зоны обзора задаются при программировании бортового процессора на Земле. Информация об аномальных температурных зонах передаётся по каналу «борт – Земля» в автоматическом режиме и не требует передачи командной информации по радиолинии на борт космического аппарата или ракеты-носителя.
На компьютере наземной станции отображается фото полей изображения объекта от видеорегистрирующих систем, которое разбивается на целое число контролируемых зон, каждая из которых имеет свой идентификатор (номер), который задаётся программным способом на борту космического аппарата или ракеты-носителя. Принцип визуального отображения видеоинформации о термообстановке на борту (разбиения поля изображения на контролируемые зоны и порядок из нумерации) представлен на фиг. 2. В случае превышения заданного программным способом на борту космического аппарата или ракеты-носителя порогового значения температуры Тпор в контролируемой зоне поля изображения с заданным номером, указанная зона подсвечивается красным или иным цветом. Соответствующий компьютерный интерфейс включает в таком случае: опцию выбора зоны обзора с соответствующим обозначением; опцию изменения размера зон обзора; опцию выбора окна введения порогового значения температуры, если оно не было запрограммировано для процессора обработки заранее; опцию выбора окна выдачи информации о наиболее термонагруженных областях (зонах), в котором отображаются номер зоны обзора, величина превышения порогового значения температуры, текущее время регистрации системой соответствующей видеоинформации. В результате при наземной обработке оператор получает информацию о номере зоны обзора, координатах наиболее термонагруженных областей, относящихся к данной зоне обзора и уровень превышения допустимого температурного порога.
Информационный поток, передаваемый по каналу «борт – Земля», можно оценить следующим образом.
Исходный информационный поток (J0) определяется соотношением
Figure 00000014
, (9)
где m×n – разрешение фоторегистрирующего прибора (m – количество строк и n – столбцов пикселей) М – разрядность аналого-цифрового преобразователя.
Так как наблюдение термообстановки не требует детального (пиксельного) рассмотрения, разобьём поле изображения на контролируемые зоны в пределах 5×5 ≤ S ≤ 20×20 пикселей, что позволит существенно сократить информационный поток. При этом получение информации о температурах отдельных зон изображения объекта не ограничится несколькими точками, целостность картины термообстановки сохранится, и по-прежнему будет вестись областное наблюдение за температурой объекта.
Пусть площадь контролируемой зоны поля изображения S = a×a (a – сторона зоны в пикселях), тогда новый информационный поток будет
Figure 00000015
(10)
Максимальное число контролируемых зон поля изображения объекта
Figure 00000016
(11)
Точная площадь контролируемой зоны поля изображения и число актуальных зон K (наиболее подверженным изменениям температуры) определяется в техническом задании на изделие. Пусть число актуальных зон определяется соотношением (11) и составляет от 5 % до 30 % общей площади изображения, тогда представим (10) как
Figure 00000017
(12)
Кроме того, требуется передать информацию о номере зоны, уровне превышения порогового значения Tпор этой зоны. Учитывая число K актуальных зон, температуру будем передавать кратным числом (Q) значения точности измерения температуры, так как сама точность измерения ΔТ известна заранее, т.е.:
Q = T/ ΔТ (13)
При этом
Figure 00000018
(14)
Для оценки информационного потока J1 – K, Q нужно представить в двоичном коде ((K)2 и (Q)2,). В этом случае:
Figure 00000019
, (15)
где
Figure 00000020
– общее число разрядов для К, Q.
Таким образом, предложенный способ обработки и отображения термовидеоинформации позволяет существенно сократить информационный поток, предназначенный для видеоинформации (до нескольких кбит/с), так как отсутствует необходимость передачи видеоизображения с борта (на наземном компьютере имеется видеоизображение, на котором отображаются зоны с превышением температуры). К компьютеру (входящему в наземный комплекс обработки информации по термовидеотелеметрии) в данном случае не предъявляются высокие системные требования.

Claims (10)

  1. Способ обработки и отображения термовидеоинформации, полученной на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя, предусматривающий
  2. определение значений яркостной температуры поля изображения, связанной с термодинамической шкалой истинного значения температуры, и отображение поля изображения наземными компьютерными средствами, отличающийся тем что
  3. для бортовых вычислительных средств задают пороговое значение температуры,
  4. получаемое на борту космического аппарата и/или ракеты-носителя изображение представляют в виде матрицы из i, j зон поля изображения с присвоением каждой зоне идентификатора,
  5. для каждой из i, j зон поля изображения при помощи бортовых вычислительных средств определяют откалиброванное среднее значение температуры,
  6. сравнивают пороговое значение температуры с откалиброванным средним значением температуры для каждой из i, j зон поля изображения и
  7. выявляют аномальные зоны поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение,
  8. данные о координатах аномальных зон поля изображения и значениях температуры для таких зон передают на наземную станцию как один из параметров телеметрической системы,
  9. на наземной станции отображают поле изображения, разбитое на целое число i, j зон, с визуальным выделением участков поля изображения с температурой, превышающей заданное пороговое значение,
  10. осуществляют контроль термообстановки на борту космического аппарата или ракеты-носителя и осуществляют необходимые корректирующие воздействия.
RU2017133029A 2017-09-22 2017-09-22 Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции RU2667369C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133029A RU2667369C1 (ru) 2017-09-22 2017-09-22 Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017133029A RU2667369C1 (ru) 2017-09-22 2017-09-22 Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2667369C1 true RU2667369C1 (ru) 2018-09-19

Family

ID=63580425

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017133029A RU2667369C1 (ru) 2017-09-22 2017-09-22 Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2667369C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963166A (en) * 1998-07-23 1999-10-05 Space Systems/Loral, Inc. Precise spacecraft camera image navigation and registration
US6763148B1 (en) * 2000-11-13 2004-07-13 Visual Key, Inc. Image recognition methods
RU2498399C1 (ru) * 2012-05-29 2013-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие РОБИС" (ООО "НПП РОБИС") Система управления, сбора и обработки данных с бортовой регистрирующей аппаратуры космического аппарата
RU2546982C2 (ru) * 2013-05-28 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений
US20150304612A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 Flir Systems, Inc. Multi-sensor monitoring systems and methods
RU157041U1 (ru) * 2015-02-06 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" Малый космический аппарат для наблюдения за орбитальной станцией

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963166A (en) * 1998-07-23 1999-10-05 Space Systems/Loral, Inc. Precise spacecraft camera image navigation and registration
US6763148B1 (en) * 2000-11-13 2004-07-13 Visual Key, Inc. Image recognition methods
RU2498399C1 (ru) * 2012-05-29 2013-11-10 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие РОБИС" (ООО "НПП РОБИС") Система управления, сбора и обработки данных с бортовой регистрирующей аппаратуры космического аппарата
RU2546982C2 (ru) * 2013-05-28 2015-04-10 Закрытое акционерное общество "МНИТИ" (ЗАО "МНИТИ") Способ формирования и отображения сигналов цветных, спектрозональных и тепловизионных изображений
US20150304612A1 (en) * 2014-04-18 2015-10-22 Flir Systems, Inc. Multi-sensor monitoring systems and methods
RU157041U1 (ru) * 2015-02-06 2015-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина" Малый космический аппарат для наблюдения за орбитальной станцией

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Riess et al. A comprehensive measurement of the local value of the Hubble constant with 1 km s− 1 Mpc− 1 uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES team
US8050884B2 (en) Method and apparatus for determining the emissivity, area and temperature of an object
EP1303742B1 (en) Spectral drift and correction technique for hyperspectral imaging systems
CN111368817B (zh) 一种基于地表类型进行热效应定量评价方法及系统
CN103076101B (zh) 一种红外热像仪像元点的标定方法
EP3136065B1 (en) Method for measuring actual temperature of flame using all information about radiation spectrum and measurement system
DE102017205581A1 (de) Temperaturmesssystem für Öfen
Wang et al. A land surface temperature retrieval method for UAV broadband thermal imager data
CN106595873B (zh) 基于长波红外大气底层辐射和可见光波段线性混合模型的亚像元温度反演方法
Zhan et al. An algorithm for separating soil and vegetation temperatures with sensors featuring a single thermal channel
Zhang et al. XMM-Newton study of the lensing cluster of galaxies CL 0024+ 17
RU2667369C1 (ru) Способ обработки термовидеоинформации на борту космического аппарата и её отображения на наземной станции
Asmat et al. Empirical correction of multiple flightline hyperspectral aerial image mosaics
CN113945282A (zh) 红外遥感卫星温度反演精度指标分配系统及方法
CN102879105B (zh) 矿区煤火的监测方法和装置及数据处理设备
Bennett et al. Calibration procedure developed for IR surface-temperature measurements
CN116878669A (zh) 基于短波红外测温的温度补偿方法、火情监测方法及系统
JP2015055547A (ja) 多波長放射温度計および多波長放射温度計測方法
Gutschwager et al. Nonuniformity correction of infrared cameras by reading radiance temperatures with a spatially nonhomogeneous radiation source
Shreevastava et al. Algorithms for Detecting Sub‐Pixel Elevated Temperature Features for the NASA Surface Biology and Geology (SBG) Designated Observable
Shankar et al. Burning zone temperature estimation of rotary kiln using flame image analysis in cement plants
CN110133668B (zh) 海上目标红外检测方法及装置
Mac Arthur et al. Spectroscopy field strategies and their effect on measurements of heterogeneous and homogeneous earth surfaces
Gladkova et al. Analysis of ABI bands and regressors in the ACSPO GEO NLSST algorithm
Ross et al. Infrared imagery of the space shuttle at hypersonic entry conditions