SU1667273A1 - Способ тепловизионного распознавани формы объекта - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к тепловизионной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки информации и распознавани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности распознавани  путем определени  формы внутри контура объекта. Устройство дл  реализации способа тепловизионного распознавани  формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало 2 со слепым п тном, плоское качающеес  зеркало 3, вращающуюс  призму 4, диафрагму 5, расположенную в фокальной плоскости телескопического объектива, состо щего из зеркал 2 и 3, окул р 6 телескопической системы, плоское зеркало 7, линейный инфракрасный пол ризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный приемник 10 излучени , блок пам ти 11, блок обработки информации 12 и видеоконтрольное устройство 13. Цель изобретени  достигаетс  путем формировани  четырех пол ризационных тепловизионных изображений объекта с азимутами пол ризации соответственно 0, 45, 90 и 135°. 3 ил.

Description

1

(21)4738971/09

(22) 26.06.89

(46)30.07.91. Бюл №28

(72) В.М.Тымкул, Л.В.Тымкул, М.И.Ананич,

П.Г.Голубев и С.Г.Смагин

(53)621.397(088.8)

(56)Криксунов Л.З., Падалко Г.А. Тепловизоры . Киев: Техника, 1987, с.30.

(54) СПОСОБ ТЕПЛОВИЗИОННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ФОРМЫ ОБЪЕКТА

(57)Изобретение относитс  к тепловизион- ной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработ и информации и распознавани . Целью изобретени   вл етс  повышение точности распознавани  путем определени  формы внутри контура обьекта. Устройство дл  реализации способа тепловизионного распознавани  формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало 2 со слепым п тном, плоское качающеес  зеркало 3. вращающуюс  призму 4, диафрагму 5, располо- женную в фокальной плоскости телескопического обьектива, состо щего из зеркал 2 и 3, окул р 6 телескопической системы , плоское зеркало 7, линейный инфракрасный пол ризатор 8, конденсатор 9. инфракрасный приемник Ю излучени , блок 11 пам ти, блок 12 обработки информации и видеоконтрольное устройство 13. Цель изобретени  достигаетс  путем формировани  четырех пол ризационных тепловизионных изображений обьекта с азимутами пол ризации 0, 45, 90 и 135° соответственно. 3 ил.

Ё

& Ј

VJ

СО

иг 2

Изобретение относитс  к тепловизион- ной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки информации и распознавани .

Целью изобретени   вл етс  повышение точности распознавани  путем опреде- лени  формы внутри контура объекта.

На фиг.1 изображена произвольна  поверхность в декартовых координатах; на фиг.2 - структурна  электрическа  схема устройства дл  реализации1 способа теплови- знойного распознавани  формы объекта; на фиг.З - график зависимости степени пол ризации от угла между нормалью наблюдаемого участка поверхности объекта и направлением наблюдени .

Как известно, величина видеосигнала V(N,L) элемента разложени  в тепловизион- ных системах определ етс 

(N,l.HS| )wKwh

, (1)

где еА ((fj) W(A, Т, N, L) - спектральна  светимость изображени  элемента d S по- верхности объекта с температурой Т, полученна  оптической системой фокальной плоскости;

FA (у) - индикатриса коэффициента излучени  наблюдаемого локального умает- ка поверхности;

(о- апертурный угол оптической системы тепловизора;

SA(Ai,A2) - абсолютна  чувствительность приемника излучени  и длины волн границы его спектральной чувствительности;

т0 (А) ,га (А) - спектральный коэффициент пропускани  оптической системы и сло  атмосферы между объектом и системой наблюдени ;

(N,L) - угол между нормалью к наблюдаемому участку (поверхности объекта и направлением наблюдени . Площадь проекции участка наблюдени 

равна cos(N, L) и при этом посто нна, так как сопр жена с площадью чувствительного элемента приемника излучени . Вследствие изменени  наклона или кривизны (формы) поверхности возможно изменение самого значени  d S . При этом угол (N.L) также измен етс . Однако величина видеосигнала V(N,L) не зависит от угла (f (N,L) , так как с его изменением соответственно измен етс  значение d Sтаким образом, что

d S1 d S1 cos ц (N, L) остаетс  посто нной величиной.

Дл - решени  поставленной задачи необходимо следующее.

Допустим, что из точки Н (фиг.1) тепло- визионной системой (фиг.2) наблюдаетс  объект произвольной формы, котора  в декартовой системе координат описываетс  уравнением f(X,Y,Z) 0. Выбираетс  на его поверхности элемент d S , который занимает один элемент разложени  кадра. Тогда по апологии с выражением (1) величины видеосигналов Vo(N,L), V45(N,L), VgoJN.L) и Vi3s(N,L) пол ризационных тепловизионных изображений при азимутах пол ризатора tn 0; 45; 90; 135° элемента d S , который наклонен под углом у; по отношению к направлению наблюдени , будут равны:

Ve(NlL)-A(M1L)eM(V)-coaH 61(V)-e:n4

v9Q(N1LbA(N,((ivh;n2beI(v).co5H

V45(N,L)A(N(,1Mco61(t-|-|4

+e1(vie5«a(t-|l, (2)

V,95(M,)A(,M-Sin7(t-Ј)

6jV)co(i-tl,

JHN.Ll CO-COSVtNXUS J (V,N,U)

ъ

.M oCMd M

en (y) , Ј|. (у) - параллельна  и перпендикул рна  компоненты коэффициента излучени  элемента d S поверхности объекта;

t - азимут пол ризации излучени  локального элемента d S . Исход  из выражени  (2) можно получить

РГМ ucoЈ2t-.y°,((l:LVm

К (N, L) COS I Vo(N, L)+V90(M, L) }

Y;35/N L4). (4) 9V0(N, L)-Vgo(N. L){

где P(N,L) - степень пол ризации теплового излучени  элемента d S . Основыва сь на данных экспериментальных исследований (фиг.З), зависимость степени пол ризации Р ,L) отугла ,L) дл  конструкционных материалов можно представить в виде

P(N, L) a 1-cosy,(N,L) (5)

Тогда, подставив выражение (5) и (6) в (3), последнее можно записать в виде

(Vc (N.(M.Ll

VO(N,L + v/gotH.M

Г i У45(КЦ-У„(М,1П 0-C05LQrC VelM.,e(H.Ll

Таким образом по четырем пол ризационным тепловизионным изображени м определ етс  угол наклона f(N,L) каждого элемента поверхности объекта по отношению к направлению наблюдени . Тогда дл  произвольной сканируемой по поверхности объекта линии искомые уравнени  формы по поверхности можно записать в виде:

X (N, L )JY - const- tgу, (N. L) Z(N, L).(7) X (N, L )/Z const tg (/) (N, L) Y (N, L) (8)

или

20

.|H.L|-VK|ll.L).lN/L|..L | fM IKLI-4IHLli(Q

4 J(9)

v.o м- V,JH Li/ev.(.Li V,.ti LI 5

ЧЩЦ toartcoS( .eonit

Г , V,,IN.L|-V,M|H.L) Т I.

to artta -Ilf

I V.|H.L(-VM(«.4j J (lUj

где X,Y,Z - декартовы координаты точек на поверхности объекта;

а - посто нна , завис ща  от материала поверхности объекта;

N,L - номер строки и номер элемента строки тепловизионного изображени ;

Vo(N.L). V45(N,L), V9o(N,L). Vi3s(N,L) -величины видеосигналов четырех пол ризационных изображений с азимутами пол ризации 0; 45; 90 и 135°.

Устройство дл  реализации способа тепловизионного распознавани  формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало со слепым п тном 2, плоское качающеес  зеркало 3, вращающуюс  приз- му 4, диафрагму, расположенную в фокальной плоскости телескопического объектива, состо щего из зеркал 2 и 3, окул р телескопической системы 6, плоское зеркало 7, лнейный инфракрасный (ИК) пол ризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный (ИХ) прием- ник 10 излучени , блок 11 пам ти, блок 12 обработки информации (БОИ), видеоконтрольное устройство (ВКУ) 13. Линейный ИК пол ризатор 8 устанавливаетс  в схеме с возможностью вращени  вокруг оптической

to

5

20

)

5

f

Uj

30

35

40

45 55

оси и фиксации положени  его плоскости пол ризации (азимута пол ризации) под углами 0; 45; 90 и 135° относительно плоскости референции (плоскость ХОУ на фиг. 1).

Схема работает следующим образом.

Собственное ИК излучение от наблюдаемого объекта проходит защитное окно и отражаетс  от зеркала 2. Далее качающеес  плоское зеркало 3 осуществл ет оптико-механическое сканирование поверхности объекта по кадру, а вращающа с  призма 4 - сканиоование по строке, ИК излучение от объекта потом проходит диафрагму 5, окул р 6. отражаетс  от зеркала 7 и направл етс  на ИК пол ризатор 8, конденсор 9 и попадает на приемник 10 излучени .

Если азимут tn ИК пол ризатора 8 равен tn 0, то на выходе ИК приемника 10 в течение кадра формируетс  N x L сигналов Vo(N,L). При азимутах пол ризатора tn 45° tn - 90°, tn 135° аналогично формируютс  соответственно сигналы V4s(N,L), Vgo(N,L). Vi3s(N,L) и N x L от всех элементов разложени  тепловизионного кадра.

В блоке 11 пам ти все эти четыре кадра запоминаютс , а в блоке 12 обработки информации вс  информаци  обрабатываетс  по выражени м (9) и (10), и непосредственно форма поверхности наблюдаемого объекта внутри его контура дл  произвольной линии сканировани  выводитс  на экран видеоконтрольного устройства 13.

Таким образом, изобретенный способ тепловизионного распознавани  формы обьекта позвол ет определить форму внутри контура обьекта.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ тепловизионного распознавани  формы объекта, заключающийс  в сканировании поверхности объекта по строке и кадру, преобразовании оптического тепловизионного сигнала в электрический с последующим запоминанием электрического сигнала и формированием тепловизионного изображени  обьекта, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности распознавани  путем определени  формы внутри контура обьекта перед преобразованием , оптического тепловизионного сигнала в электрический его пол ризуют и формируют четыре пол ризационных теп- ловизионных изображени  объекта с азиму- том пол ризации каждое 0, 45, 90 и 135°. при этом форма объекта определ етс  выражени ми

   71667273

   LV.CUI V(«LI/C.|H.,.(«L|

   IHL|

   ,.CO« Z| L 1 «°4 -sLV 1 -1- 1

   I V.K.LI v,.(

   ,l..Ll/L.(m4 ,,

   I VKll-v,,(Hi. J

   гд по

   ст

   5

   н н 13

   Фиг f

   8

   где X,Y,Z - декартовые координаты точек на поверхности объекта;

   N.L - номер строки и номер элемента строки тепловизионного изображени ;

   Vo, N/45, Vgo и Vias - величины видеосигналов четырех пол ризационных изображений с азимутами пол ризации 0, 45, 90 и 135°; .

   а - посто нна , завис ща  от материала

   поверхности объекта.

   t(w)o

   0,5

   1- (1-COSt)

   2- a(i-cosv)

   9 о о-экспери- нент