Способ распознавания объекта по зональным инфракрасным аэроснимкам

 

Изобретение относится к способам измерения интенсивности ИК-излучения и расшифровке изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка. Цель изобретения - повышение вероятности распознавания объектов местности на многоспектральных ИК-аэроснимках за счет получения дополнительного дешифровочного признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов. Это достигается за счет сравнения рассчитанных с заранее известными коэффициентами теплового излучения объектов в каждом рабочем спектральном диапазоне. Для получения коэффициентов теплового излучения рассчитывается истинная температура объекта , для чего используется такое расположение 3-х спектральных диапазонов в многоспектральной системе дистанционного зондирования, что два из них одинаковы по ширине и смежные по спектру, а ширина третьего диапазона превышает ширину каждого из этих двух диапазонов, при этом границы спектральных диапазонов выбирают в пределах прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения исследуемых объектов от длины волны. 5 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л G 01 S 17/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

В ЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН

К ПАТЕНТУ (21) 4837800/22 (22) I 1.06.90 (46) 23.01,93. Бюл, М 3 (72) Ю,К,Ребрин, А.В,Пермяков, И,Р.Василенко и В.Н.Фроленко (73) Ю.К.Ребрин (56) Брамсон M.À. Справочные таблицы по инфракрасному излучению нагретых тел.—

М.: Наука, 1964, Госсорг Ж, Инфракрасная термография. — Мир, 1988, с,359 — 375. (54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТА

ПО ЗОНАЛЬНЫМ ИНФРАКРАСНЫМ

АЭ РОСН ИМ КАМ (57) Изобретение относится к способам измерения интенсивности ИК-излучения и расшифровке изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка. Цель изобретения — повышение вероятности распознавания объектов местности на многоспектральных ИК-аэроснимИзобретение относится к способам измерения интенсивности инфракрасного (ИК) излучения и расшифровке изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка.

Изобретение может быть использовано при разработке многоспектральных систем дистанционного зондирования и дешифрирования получаемых ими ИК-изображений.

Известен способ распознавания объекта, основывающийся на том, что различные объекты имеют характерные, только им присущие зависимости спектрального коэффициента яркости от длины волны, Измеренные на микроденситометре оптические плотности изображений объектов в каждой спектральной зоне сравниваются с

„„5U„„1790771 А3 ках за счет получения дополнительного дешифровочного признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов, Это достигается за счет сравнения рассчитанных с заранее известными коэффициентами теплового излучения объектов в каждом рабочем спектральном диапазоне. Для получения коэффициентов теплового излучения рассчитывается истинная температура объекта, для чего используется такое расположение 3-х спектральных диапазонов в многоспектрал ьной системе дистан ционного зондирования, что два из них одинаковы по ширине и смежные по спектру, а шири а третьего диапазона превышает ширину каждого из этих двух диапазонов, при этом границы спектральных диапазонов выбирают в пределах прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения исследуемых объектов от длины волны. 5 ил. эталонными значениями оптических плотностей изображений этих объектов. Недо1 / статком данного способа является необходимость наличия достаточно большого банка эталонных значений оптических плотностей изображений объектов для различных условий тепловой аэросъемки. А при многоспектральном дистанционном зондировании объектов на неизвестных фонах (Ъ становится вообще невозможным использование данного способа.

Наиболее близким к заявленному способу является способ распознавания объекта по зональным ИК аэроснимкам, включающий прием теплового излучения в нескольких рабочих спектральных диапазонах, регистрацию энергетической светимо1790771

45 и =«Яэф1, Svi, Т) е =fßýôã, Svi, Т) (2) 50

Й = «(эф1, Svi, Т) 55 сти излучения М (Аэф2), гдеАэф2 — эффективная длина волны в I-м рабочем спектральном диапазоне, мкм, от объекта местности во всех рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, обнаружение и распознавание объекта по совокупности полученных в различных зонах ИК спектр зональных изображений, определение яркостных температур Тм обнаруженного объекта во всех рабочих спектральных диапазонах с использованием градуированных кривых Тм = f(Svi) где Sv— величина сигнала в изотермйческих единицах, из выражения где р и q — константы, зависящие от используемой аппаратуры, относительного отверстия оптики и применяемых фильтров, Недостатком данного способа является невозможность определения причины изменения яркостной температуры объекта, называемой либо изменением коэффициента теплового излучения объекта е, либо изменением истинной температуры объекта Т, Цель изобретения — повышение вероятности распознавания обьектов местности из зональных ИК аэроснимках за счет получения дополнительного дешифровочного признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе распознавания объекта по зональных ИК аэроснимкам, включающем прием теплового излучения в рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, определение энергетической светимости излучения от объекта во всех рабочих спектральных диапазонах, определение яркостных температур объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и распознавание объекта, произведены следующие изменения;

1) прием теплового излучения осуществляют не менее, чем в трех рабочих спектральных диапазонах, два из которых одинаковые по ширине и смежные по спектру, а ширина третьего диапазона превышает ширину каждого из этих двух диапазонов, при этом третий диапазон объединяет их по спектру, а границы спектральных диапазонов выбирают в пределах прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения я{А) исследуемых объектов от длины волн;

2) кроме яркостных температур определяют аналитическим путем значение истин5

40 ной температуры Т и коэффициенты теплового излучения я; во всех рабочих спектральных диапазонах;

3) по рассчитанным коэффициентам теплового излучения @ производят распознавание объекта.

Таким образом способ распознавания объекта по зональным ИК аэроснимкам решает задачу получения количественной информации об объектах местности или самой местности (в виде коэффициентов теплового излучения в каждом рабочем спектральном диапазоне). По этой информации производится опознавание объекта, В предлагаемом способе распознавания объекта по зональным ИК аэроснимкам решается обратная некорректно поставленная задача, т,е, восстанавливается внутреннее состояние объекта по внешним проявлениям, причем некорректность заключается в том, что искомое внутреннее состояние объекта может иметь множество реализаций, удовлетворяющих заданным (измеренным) выходным параметрам. Поэтому в предлагаемом способе решается задача установления однозначного соответствия между выходными и входными параметрами, Входным параметром в способе является коэффициент теплового излучения объекта в каждом рабочем спектральном диапазоне е; . а выходным — сигнал в изотермических единицах S i, Для решения обратной задачи восстановления входного сигнала в способе используются аппроксимативные и прямые методы, основанные на аппроксимации входного сигнала е; и аппаратной функции

его передачи с помощью аналитических выражений, позволяющих по измеренному выходному сигналу S>i определить входной сигнал ei . Для этого решается система из и уравнений с пнеизвестными,,где n — число рабочих спектральных диапазонов:

Однако число истинная температура объекта Т неизвестна, тогда система уравнений (2) является слабо обусловленной, и число неизвестных параметров на 1 больше числа уравнений, что влечет за собой мно1790771 жество реализаций искомых коэффициентов теплового излучения объекта в рабочих спектральных диапазонах. Для того чтобы получить равенство числа уравнений числу неизвестных параметров, предлагается ис- 5 кусственно определять дополнительный параметр, с помощью которого можно уменьшить число неизвестных параметров на 1, Тогда вся задача восстановления входного сигнала сводится к решению системы 10 из п уравнений с и неизвестными, Для этого смежные по спектру рабочие спектральные диапазоны располагаются в той области ИК спектра, где зависимости коэффициентов теплового излучения от длины волны e(1) объек- 15 тов, представляющих потенциальный интерес для пользователя, имеют линейный характер (фиг, 1 ... фиг. 3), На фиг. 1 показаны зависимости коэффициентов теплового излучения от длины волны для металлов, на 20 фиг. 2 — для сплавов, на фиг, 3 — для различных материалов.

Очевидно, что по известному углу наклона линейного участка зависимости яЯ) нетрудно определить значения коэффици- 25 ента теплового излучения в любом спектральном диапазоне, совпадающем с линейным участком зависимости.

Для определения угла наклона зависимости яЯ) используются два смежных спек- 30 тральных диапазона, в которых зависимость имеетлинейный характер(фиг. 4). Для случая, когда два спектральных диапазона отстоят друг от друга в пределах линейного участка зависимости я(Л) (фиг. 4), а третий объеди- 35 няет их по спектру, выражение для коэффициента теплового излучения яз в третьем спектральном диапазоне имеет вид

40 3 = Яэф2 эфз) + 2 =

Е1 82 ф2 — эф1 1(эф2 — Лэ (Л Л ) (3) 45

При выборе спектральных диапазонов основным условием является равенство эфэ = (Яэф1 + Яэф2)/2 (4) Следовательно

Афг — Лфз — — — - — э2 э 1

2 (5) 55 з.фз — Афг — — — à — Л 2 ЛЭ1

Тогда выражение (3) преобразуется к виду яз = (F.1 + E2)/2 (7) Для случая, когда два спектральных диапазона имеют перекрытие (фиг. 5), а третий объединяет их в спектре, рассуждения аналогичны и яз = (я1 + е2)/2, Таким образом для искусственного определения дополнительного параметра в виде коэффициента теплового излучения язвводится такое расположение трех из п рабочих спектральных диапазонов, что два из них одинаковые по ширине и смежные по спектру (перекрывают или отстоят друг от друга в пределах линейного участка зависимости с(А)), а третий спектральный диапазон шире каждого из них и объединяет эти два диапазона по спектру. Отсюда следует, что расчет проводится не для трех коэффициентов теплового излучения объектов в 3-х спектральных диапазонах, а для 2-х @: в 1-м (I = 1) и 2-м (i = 2) спектральных диапазонах.

А выходные параметры третьего спектрального диапазона позволяют определить истинную температуру Т дешифрируемого объекта.

Для определения истинной температуры Т обнаруженного обьекта и коэффициентов теплового излучения е1. в виде трех спектральных диапазонах решается система из трех уравнений с тремя неизвестными (Т, е1 Х2 ):. <1= ЯХЯ С2(Тя1 Т)IТя1Т эф1 (8) Ю= С2(Тя2 — Т)/Тя21 зф2 т=т.з!гТяз1фз A + е2

2 2 где C2 — вторая постоянная формула Планка, T„ — яркостная температура обнаруженного объекта в i-м спектральном диапазоне, Для определения T„. используется формула (1), Таким образом искусственное определение коэффициента теплового излучения в третьем спектральном диапазоне, позволяет устранить некорректность обратных задач многоспектрального дистанционного зондирования и однозначно определять истинную температуру и коэффициенты теплового излучения исследуемого объекта во всех рабочих спектральных диапазонах. Использование предлагаемого способа позволит повысить вероятность распознавания объектов за счет получения дополнительных дешифровочных признаков в виде истинной темпера1790771

С2 Тя1 — Т

Е1 =ЕхР я1Г эф1

С2 Тя2 — Т

Е1 =eXP я2Т эф2

Тяз

Т—, 2-ЯРРИ, туры и коэффициентов теплового излучения исследуемого объекта.

Формула изобретения

Способ распознавания объекта по зо- 5 нальным инфракрасным аэроснимкам, включающий прием теплового излучения в рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, определение энергетической светимости 10 излучения от объекта (во всех рабочих спектральных диапазонах, определение яркостных температур объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и распознавание объекта, отличающийся тем, что, с 15 целью повышения вероятности распознавания, прием теплового излучения осуществляют не менее чем в трех рабочих спектральных диапазонах, два из которых одинаковые по ширине и смежные по спек- 20 тру, а ширина третьего диапазона превышает ширину каждого из двух других диапазонов, при этом третий диапазон объединяет их пб спектру, а границы спектральных диапазонов выбирают в пределах 25 прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения исследуемых

- Ъ объектов от длины волны, определяют значение истинной температуры Т и коэффициенты теплового излучения е1, я2 объекта в двух рабочих спектральных диапазонах по формулам где C2 — вторая постоянная функции Планка;

i4yi(i = 1, 2, 3) — эффективная длина волны в i-м рабочем спектральном диапазоне;

Т,,; (i = 1, 2, 3) — яркостная температура в I-м рабочем спектральном диапазоне, определяют далее значения коэффициентов теплового излучения объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и по этим значениям коэффициентов теплового излучения производят распознавание объекта.

1790771

1790771 (Л) Л Л. .4!

Составитель Б.Комраков

Техред М,Моргентал КоРРектоР Т.Вашкович

Редактор Т,Шагова

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 375 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5