Способ тепловизионного распознавания формы объекта Советский патент 1991 года по МПК H04N5/33 

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 относится к тепловизион- ной 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 обьекта. 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, располо- женную 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 Ю излучения, блок 11 памяти, блок 12 обработки информации и видеоконтрольное устройство 13. Цель изобретения достигается путем формирования четырех поляризационных тепловизионных изображений обьекта с азимутами поляризации 0, 45, 90 и 135° соответственно. 3 ил.

Ё

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.

& Ј

VJ

СО

иг 2

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

Целью изобретения является повышение точности распознавания путем опреде- ления формы внутри контура объекта.

На фиг.1 изображена произвольная поверхность в декартовых координатах; на фиг.2 - структурная электрическая схема устройства для реализации1 способа теплови- знойного распознавания формы объекта; на фиг.З - график зависимости степени поляризации от угла между нормалью наблюдаемого участка поверхности объекта и направлением наблюдения.

Как известно, величина видеосигнала V(N,L) элемента разложения в тепловизион- ных системах определяется

(N,l.HS| )wKwh

, (1)

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

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

(о- апертурный угол оптической системы тепловизора;

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

т0 (А) ,га (А) - спектральный коэффициент пропускания оптической системы и слоя атмосферы между объектом и системой наблюдения;

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

равна cos(N, L) и при этом 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 (N.L) также изменяется. Однако величина видеосигнала V(N,L) не зависит от угла (f (N,L) , так как с его изменением соответственно изменяется значение d Sтаким образом, что

d S1 d S1 cos ц (N, L) остается постоянной величиной.

Для- решения поставленной задачи необходимо следующее.

Допустим, что из точки Н (фиг.1) тепло- визионной системой (фиг.2) наблюдается объект произвольной формы, которая в декартовой системе координат описывается уравнением f(X,Y,Z) 0. Выбирается на его поверхности элемент d S , который занимает один элемент разложения кадра. Тогда по апологии с выражением (1) величины видеосигналов Vo(N,L), V45(N,L), VgoJN.L) и Vi3s(N,L) поляризационных тепловизионных изображений при азимутах поляризатора tn 0; 45; 90; 135° элемента d S , который наклонен под углом у; по отношению к направлению наблюдения, 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) - параллельная и перпендикулярная компоненты коэффициента излучения элемента d S поверхности объекта;

t - азимут поляризации излучения локального элемента d S . Исходя из выражения (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 поляризации теплового излучения элемента d S . Основываясь на данных экспериментальных исследований (фиг.З), зависимость степени поляризации Р ,L) отугла ,L) для 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 поляризационным тепловизионным изображениям определяется угол наклона f(N,L) каждого 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:

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 - постоянная, зависящая от материала поверхности объекта;

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

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

Устройство для реализации способа тепловизионного распознавания формы объектов содержит защитное окно 1, сферическое зеркало со слепым пятном 2, плоское качающееся зеркало 3, вращающуюся приз- му 4, диафрагму, расположенную в фокальной плоскости телескопического объектива, состоящего из зеркал 2 и 3, окуляр телескопической системы 6, плоское зеркало 7, лнейный инфракрасный (ИК) поляризатор 8, конденсатор 9, инфракрасный (ИХ) прием- ник 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

to

5

20

)

5

f

Uj

30

35

40

45 55

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 объекта по кадру, а вращающаяся призма 4 - сканиоование по строке, ИК излучение от объекта 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 tn ИК поляризатора 8 равен tn 0, то на выходе ИК приемника 10 в течение кадра формируется N x L сигналов Vo(N,L). При азимутах поляризатора tn 45° tn - 90°, tn 135° аналогично формируются соответственно сигналы V4s(N,L), Vgo(N,L). Vi3s(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 обьекта позволяет определить форму внутри контура обьекта.

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 обьекта, отличающийся тем, что, с целью повышения точности распознавания путем определения формы внутри контура обьекта перед преобразованием, оптического тепловизионного сигнала в электрический его поляризуют и формируют четыре поляризационных теп- ловизионных изображения объекта с азиму- том поляризации каждое 0, 45, 90 и 135°. при этом форма объекта определяется выражениями

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 изображения;

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

а - постоянная, зависящая от материала

поверхности объекта.

t(w)o

0,5

1- (1-COSt)

2- a(i-cosv)

9 о о-экспери- нент