Способ тепловизионного распознавания формы объекта
Изобретение относится к тепловизионной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки информации и распознавания. Целью изобретения является повышение точности распознавания путем определения формы внутри контура объекта. Устройство для реализации способа тепловизионного распознавания формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало 2 со слепым пятном, плоское качающееся зеркало 3, вращающуюся призму 4, диафрагму 5, расположенную в фокальной плоскости телескопического объектива, состоящего из зеркал 2 и 3, окуляр 6 телескопической системы, плоское зеркало 7, линейный инфракрасный поляризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный приемник 10 излучения, блок памяти 11, блок обработки информации 12 и видеоконтрольное устройство 13. Цель изобретения достигается путем формирования четырех поляризационных тепловизионных изображений объекта с азимутами поляризации соответственно 0, 45, 90 и 135°. 3 ил.
СОЮЗ COBETCKVIX
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1 (21) 4738971/09 (22) 26.06.89 (46) 30.07.91. Бюл. N 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, Тепловиэоры. Киев: Техника, 1987, с,30. (54) СПОСОБ ТЕПЛОВИЗИОННОГО РАСПОЗНАВАНИЯ ФОРМЫ ОБЬЕКТА (57) Изобретение относится к тепловиэионной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработ и информации и распознавания. Целью изобретения является повышение точности распознавания путем определения формы внутри контура объекта. Устройство для реа„„5U ÄÄ 1667273 А1 лизации способа тепловизионного распознавания формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало 2 со слепым пятном, плоское качающееся зеркало 3. вращающуюся призму 4, диафрагму 5, расположенную в фокальной плоскости телескопического обьектива, состоящего из зеркал 2 и 3, окуляр 6 телескопической системы, плоское зеркало 7, линейный инфракрасный поляризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный приемник 10 излучения, блок
11 памяти, блок 12 обработки информации и видеоконтрольное устройство 13. Цель изобретения достигается путем формирования четырех поля риэационных тепловизионных изображений объекта с азимутами поляризации О, 45, 90 и 135 соответственно. 3 ил.
1667273
Изобретение относится к тепловизионной технике и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки информации и распознавания.
Целью изобретения является повышение точности распознавания путем опреде- 5 ления формы внутри контура объекта, На фиг.1 изображена произвольная поверхность в декартовых координатах; на фиг.2 — структурная электрическая схема устройства для реализации способа теплови- 10 зионного распознавания формы объекта; на фиг.З вЂ” график зависимости степени поляризации от угла между нормалью наблюдаемого участка поверхности объекта и направлением наблюдения. 15
Как известно, величина видеосигнала
V(N L) элемента разложения в тепловизионных системах определяется
1 ()
vln.c) " "И"") ds{ E»(cp)чч(2ти,ц hi
i0 (М "а1 Й (2»() (1) где е Л (y) И/(Л, Т, N, L) — спектральная светимость изображения элемента d S по- 25 верхности объекта с температурой Т, полученная оптической системой фокальной плоскости;
Q (y) — индикатриса коэффициента излучения наблюдаемого локального участ- 30 ка поверхности; и- апертурный угол оптической системы тепловизора;
ЯЛ (ki. Лг) — абсолютная чувствительность приемника излучения и длины волн,35 границы его спектральной чувствительности; тч2 (Л),ra (Л) — спектральный коэффициент пропускания оптической системы и слоя атмосферы между объектом и системой 40 наблюдения;
<р(ЦЦ вЂ” угол между нормалью к наблюдаемому участку аповерхности объекта и направлением наблюдения.
Площадь проекции участка наблюдения 45 равна d S =d S созф(й, L) иприэтом постоянна, так как сопряжена с площадью чувствительного элемента приемника излучения. Вследствие изменения наклона или кривизны (формы) поверхности возможно изменение самого значения d S . При этом угол y(N,L) также изменяется. Однако величина видеосигнала V(N,1 ) не зависит от угла у (ЙЦ, так как c его изменением 55 соответственно изменяется значение
4$ таким образом, что
4 $ = d S cos qi(N, L) остается посто1 1 янной величиной.
P (N,3 ) С (3) (4) tg2t— где P(N,L) — степень поляризации теплового излучения элемента 4 S . Основываясь на данных экспериментальных исследованиИ (фиг.З), зависимость степени поляризации
Р(у(М,L)) от.угла фй,L) для конструкционных материалов можно представить в виде
Р((N, L)) = a(1 -cos y (N, L)) (5) Тогда, подставив выражение (5) и (6) в (3), последнее можно записать в виде
Для. решения поставленной задачи необходимо следующее.
Допустим, что из точки Н (фиг.1) тепловизионной системой (фиг.2) наблюдается объект произвольной формы, которая в декартовой системе координат описывается уравнением f(X,Y,Z) = О. Выбирается на его поверхности элемент d S, который занимает один элемент разложения кадра. Тогда по аналогии с выражением (1) величины видеосигналов Vo(N,L), Ч4фЧ,(), Vgg(NЯ ) и Ч1з (МЦ поляризационных тепловизионных иэображений при азимутах поляризатора t(1 - О; 45:
90: 135 элемента 4 S, который наклонен под углом у по отношению к направлению наблюдения, будут равны:
V,(И,Ц-A(»tL)(E„(V») cos tiE (Ч») Ып t)
ЧЧ,(ИЦ=4(И()(Е„(Ч»)й,и 1»Е,(»4) coo 1), Ч4»(И,L) -4(И,Ц(E „(V»)cas (t - - 1»
»<»(4»)п|п (t "))» (2)
V, (HL) =а(ИL)(„(4») 2,n (t- ").
»C (y)conc(t- — )), где % (»(И,Ц= и со2Ч»(И Ц ds (И2ЧЧ(Л,Ч,И,Ц»
„Л (1,1, cI((у), с((у ) — параллельная и перпендикулярная компоненты коэффициента излучения элемента d S поверхности объекта; т — азимут поляризации излучения hoкального элемента d S .
Исходя иэ выражения (2) можно получить
1667273 ч.(H,И-N„(H,(.1
V (и,(,l ° М (н,(.) (6)
Таким образом по четырем поляризационным тепловизионным изображениям определяется угол наклона фМ,L) каждого
10 элемента поверхности объекта по отношению к направлению наблюдения. Тогда для произвольной сканируемой по поверхности объекта линии искомые уравнения формы по поверхности можно записать в виде: х (N, L)/Y = const=Cga (N, L) Z(N, L),(7) х (N, L)/z= const= суда(Ц L) Y(N, L)(8) или
20 (ч,(н,(.(-ч (н.(.1/(v,(и(ц ч (н,ц)
v(v.Ц -z(v,L! t arecov !. у.совн(ч.,(н.tl- v„,(v.t((9) (" 1 v,(è ц-ч (и, (ч.(иц-ч»(н н(/Cv,(v н! ° ч»(и L() 25 " Г" > v.(н.(.(-ч„(н.ц) (10)
30 где Х, Y,Z — декартовы координаты точек на поверхности объекта; а — постоянная, зависящая от материала поверхности объекта;
N,L — номер строки и номер элемента строки тепловизионного изображения;
Vo(N,L), Ч45(ИЯ.), Чво(МА), V135(N,L) -ееличины видеосигналов четырех поляризационных иэображений с азимутами поляризации 0; 45; 90 и 135О.
Устройство для реализации способа тепловизионного распознавания формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало со слепым пятном 2, плоское качающееся зеркало 3. вращающуюся приз- 45 му 4, диафрагму, расположенную в фокальной плоскости телескопического объектива, состоящего иэ зеркал 2 и 3, окуляр телескопической системы 6, плоское зеркало 7, лнейный инфракрасный (ИК) поляризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный (ИК) приемник 10 излучения, блок 11 памяти, блок 12 обработки информации (БОИ), видеоконтрольное устройство (ВКУ) 13. Линейный ИК поляризатор 8 устанавливается в схеме с возможностью вращения вокруг оптической Ы оси и фиксации положения его плоскости поляризации (азимута поляризации) 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 отражается от зеркала 2. Далее качающееся плоское зеркало 3 осуществляет оптико-механическое сканирование поверхности объект(по кадру, а вращающаяся призма 4— сканиоование по строке. ИК излучение от обьекта потом проходит диафрагму 5, окуляр
6, отражается от зеркала 7 и направляется на ИК поляризатор 8, конденсор 9 и попадает на приемник 10 излучения.
Если азимут tr(ИК поляризатора 8 равен
t> = О, то на выходе ИК приемника 10 в течение кадра формируется N x L сигналов
Чо(М,L). При азимутах поляризатора t(v - 45 нп = 90, нп = 135 аналогично формируются соответственно сигналы Ч45((ч,L), Vga(N,L).
Vu5(N,L) и N x L от всех элементов разложения тепловизионного кадра.
В блоке 11 памяти все эти четыре кадра запоминаются, а в блоке 12 обработки информации вся информация обрабатывается по выражениям (9) и (10), и непосредственно форма поверхности наблюдаемого объекта внутри его контура для произвольной линии сканирования выводится на экран видеоконтрольного устройства 13.
Таким образом, изобретенный способ тепловизионного распознавания формы объекта позволяет определить форму внутри контура объекта.
Формула изобретения
Способ тепловизионного распознавания формы объекта, заключающийся в сканировании поверхности объекта по строке и кадру, преобразовании оптического тепловизионного сигнала в электрический с последующим запоминанием электрического сигнала и формированием тепловизионного изображения объекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности распознавания путем определения формы внутри контура обьекта перед преобразованием, оптического тепловизионного сигнала в электрический e(.o поляриэуют и формируют четыре поляризационных тепловизионных изображения обьекта с азимутом поляризации каждое О, 45, 90 и 135, при этом форма объекта определяется выражениями
1667273 где Х, Y,Z — декартовые координаты точек на поверхности обьекта;
N,L — номер строки и номер элемента строки тепловизионного изображения, 5 Чо, V46, Vga и Ч1з5 — величины видеосигналов четырех поляризационных изображений с азимутами поляризации О, 45, 90 и
135О:, а — постоянная. зависящая от материала
10 поверхности объекта. (Ь.<а.о ч<нLIJCV, Ч(и Ц t aeccoo " !.- ° -t о соо aiet1 ч.нл ч„< н.ц (og(aЛ.1-1„1М.О/(V+(IIILle V @ ц) * zlo L) t orecoa -1-, еоооЕ ч„1н ц- v,e, o LII d coo acct e,(МА1- ч„(н,L р(ю) 1 О 10 Ю,УО 4О SO бО 70 ао УО КЮРЕ ®ue. Ю Составитель О, Канатчикова Редактор А. Маковская Техред М.Моргентал Корректор М, Пожо Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 2535 Тираж 407 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
