Способ совместного дешифрирования зональных инфракрасных аэроснимков и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01C11/00 

Изобретение относится к области дешифрирования снимков и их фотограмметрической обработки, а конкретно - к способам и устройствам микрофотометрического дешифрирования инфракрасных (ИК) аэроснимков.

Целью изобретения является повышение точности и производительности совместного дешифрирования многоспектральных инфракрасных аэроснимков.

Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе дешифрирования многоспектрзльных ИК аэроснимков, включающем установку аэроснимков, полученных многоспектральным самолетным тепловизором, в снимкодержатели многоканального прибора синтеза, оптическое совмещение зональных изображений на проекционном экране прибора синтеза с формированием многоспектрального изосо оэ

ы

бражения, обнаружение объектов, последовательное определение оптических плотностей зональных изображений каждого объекта, и обработку результатов измерений с классификацией объектов посредством сравнения определенных и эталонных значений спектрального дешифровочного признака, изменены параметры, по которым осуществляется классификация элементов изображения, а именно: при классификации элементов изображения в качестве спектрального дешифровочного признака используются не зональные оптические плотности изображений объекта местности, з коэффициенты теплового излучения (К Ш) объекта, определяемые аналитически по измеренным значениям зональных оптических плотностей изображений объекта, причем задача определения КТИ объектов совмещена с задачей принятия решения о принадлежности рассчитанных значений КТИ конкретному объекту местности. Кроме того изменена последовательность осуществления действий во времени, т.е. перед вводом в прибор синтеза негативов измеряется величина светового потока на проекционном экране в каждом канале прибора синтеза, а после обнаружения объекта местности на изображении типового объекта выделяют участок с изотропной поверхностью и на экране прибора синтеза измеряют величину светового потока, прошедшего через этот участок негативного изображения в каждом канале прибора синтеза.

При осуществлении предложенного способа перед установкой зональных аэроснимков в снимкодержатель прибора синтеза измеряют световой поток Фпал. на проекционном- экране. При этом производится включение первого оптического каиа- ..ла, измерение светового потока ФЫщ1, выключение первого канала, включение второго канала, измерение светового потока ., включение второго канала и т.д. для всех оптических каналов прибора синтеза.

После этого поочередно совмещают ЛК зональные аэроснимки.на приборе синтеза (ПС), синтезируют в условных цветах много- спектраяьнос изображение, дешифрируют полученные синтезированные изображения по.известной д&ухстздийной схеме: обнаружение и распознавание. Те. изображения объектов местности, которые распознаются только до класса (подкласса), подвергаются микрофотсметрированию. При этом микро- фотометрированинэ подлежат только изотропные поверхности объектов местности е отсутстаием влияния теплового излучения от других нагретых объектов.

Для определения зональных оптических плотностей изображений объекта измеряют световой поток , прошедший через фотометрируемый участок зональных

изображений. При этом проекции измерительной апертуры на фотометрируемый участок изобрахсения при измерениях не пересекаются. Измерения выполняют равномерно вдоль строки сканирования в пределах всего участка детали объекта, избегая его краев. Измерительная апертура имеет квадратную форму и постоянные размеры. Зональную оптическую плотность определяют по формуле

Di 1g Фпад)/ ФпР1,(1)

где f - номер оптического канала.

Для определения коэффициентов ярко- сти (КЯ) объекта (детали объекта) во всех рабочих каналах многоспектрального самолетного тепловизора (СТВ), расположенных в ближней ИК области Ы. (0,8...1,4) мкм, используют следующую формулу:

0,25 АПр| Oi2 Si Toi x

ПУц II ц

кг7т, Uo Uo1

(2)

а значения яркостныхтемператур ТЯ| во всех рабочих каналах многоспектрального СТВ, расположенных в средней ИК области ДД, (3,5... 13) мкм, определяют по формуле

С2

ДА (-зс&)л

,Di - D,

4я()-Ц,КВТ| CiKBTi02Agp|T0iSi

где А-длина волны излучения, мкм;

(3)

С.1 3,7415 104 Вт мкм4 - первая постоянная функции Планка;

Са 1,43879 .. 104 мкм К - вторая постоянная функции Планка;

Uo - напряжение на входе электроннолучевой трубки (ЭЛТ), В, соответствующее излому сенситометрической кривой в точке

о -)

Но 10/S0.85,

где So.ss - светочувствительность аэрофо- топленки, ед. ГОСТ.

УК - коэффициент контрастности аэро- фотопленки;

DI - оптическая плотность изображения;

1 Do - плотность вуали аэрофотопленки;

УП коэффициент нелинейности люминофора ЭЛТ;

Uci - напряжение уровня привязки, В;

KBTI - коэффициент передачи видеотракта;

0- относительное отверстие объектива;

Anpi - площадь приемника излучения. см2;

Т0| - Топт гат - произведение коэффициентов пропускания оптической системы и атмосферы;

Si - чувствительность приемника излучения, В/Вт;

1- номер канала многоспектрального СТВ в ближнем или среднем ИХ спектральном диапазоне.

Одна и та же яркостная температура Тя1 может принадлежать большему количеству объектов с различными коэффициентами теплового излучения Е и истинными температурами Т:

Тяг

.

(4)

где Л)ф| - эффективная длина волны, мкм.

Поэтому задача определения КТИ объекта совмещена с задачей принятия решения о принадлежности рассчитанных значений КТИ конкретному объекту GJJ, для которого заранее известны КТИ. Для чего после определения яркостных температур Тя вводят m значений КТИ d для m объектов, входящих в класс (подкласс) объектов, до которого распознан дешифрируемый объект. При этом вводится m значений КТИ бк только для одного рабочего канала СТВ, расположенного по спектру в средней И К области. Истинные температуры Т для m объектов вычисляются по формуле

1як

л ТЯкЯэф|

1 -Ј-- 1-пСк

(5)

где Тяк яркостная температура объекта в к-ом рабочем канале СТВ, расположенного по спектру в средней И К области.

По рассчитанным истинным температурам для m объектов определяют КТИ объектов в l...n-м каналах многоспектрального СТВ по формуле

Q expC2fe T) . (6)

к ТЯ| ТХэф|

Решение о принадлежности объекту рассчитанных значений коэффициентов яркости (в ближней ПК области) и коэффициентов теплового излучения (в средней ПК

области) принимается тогда, когда плотность распределения вероятности вектора признаков (коэффициентов яркости и коэффициентов теплового излучения) XJ для объекта щ превосходит плотности,распределения вероятностей признаков Хд других объектов, входящих в подкласс дешифрируемого объекта:

p(Xj/Hn) max рЙ/Нп), J. 9 l.m. (7) .

Плотность распределения вероятности вектора признаков XI при условии ИХ аэросъемки n-канальном СТВ (гипотеза Нп) определяется следующим выражением

1-1/2

1

р(Х;/Нп) (2лГ/2 13Г1™ (xj- -Й - Й-Д (8)

-

где Xj - вектор признаков, рассчитанных значений коэффициентов теплового излучения (КТИ) и коэффициентов яркости (КЯ) объ0 ектов, щ - вектор математических ожиданий КТИ и КЯ объектов, входящих в класса (подкласс) дешифрируемого объекта, 5} - ковариационная матрица среднеквад- ратических отклонений КТИ и КЯ объектов.

5 Данный способ реализуется устройством, принцип действия которого пояснен чертежами, на которых: фиг. 1 - оптическая схема одного канала прибора синтеза; фиг.2 - функциональная схема устройства; фиг.З

0 - структурная схема блока вычисления коэффициента яркости в 1-м канале ближнего ИК спектрального диапазона; фиг.4 - структурная схема блока вычисления яркостной температуры в t-м канале среднего И К спек5 трального диапазона; фиг.5 (5.1,5.2) - структурная схема вычислителя устройства, реализующего предложенный способ,

Оптическая схема одного канала прибора синтеза представлена на фиг.1. Она со0 держит осветительный блок (включающий рефлектор 1, галогенную лампу 2, теплозащитный фильтр 3, конденсатор 4). снимко- держатель б, автономный затвор 7, диск с цветными 8 и нейтральными 10 светофильт5 рами, объектив 9, зеркало 11. проекционный экран (включающий просветный экран 12, линзу Френеля 13).

При этом для получения равномерности освещения проекционного экрана введено

матовое стекло 5, которое должно быть на Т,2-2 см больше формата негатива и располагаться от галогенной лампы 2 на расстоянии равном 1,5-2 диагонали негатива, Фотоприемник 14 расположен п непосредственной близости от линзы Френеля 13 с возможностью перемещаться в плоскостях, параллельных плоскости экрана..

Функциональная схема устройства, реализующая данный способ представлена на фиг.2, где приняты следующие обозначе- .нмя: 14 - фотоприемник, 15 - электронный коммутатор, 16 -электромагнит спуска затвора оптического канала прибора синтеза, 17 - вычислитель - 18 - ш/щеоконтрольное устройство..

. Структурная схема вычислителя 17, способного .определять принадлежность рассчитываемых коэффициентов яркости /Si и коэффициентов теплового излучения Ј объектов местности, входящих в класс (подкласс) дешифрируемого объекта, конкретному объекту од, представлена на фиг.5.1 и 5.2. На фиг,5.1 числом 46 обозначен блок вычисления коэффициента яркости fi в i-м канале ближнего ИК спектрального диапазона, структурная схема которого представлена на фиг.З. На фмг.5,1 числом 47 обозначен блок вычисления яркостной температуры ТЯ| в i-м канале среднего ИК спектрального диапазона, структурная схема которого представлена на фиг.4, На фиг.3...5 приняты следующие обозначения: 19 -сумматор, 20

-делительное устройство, 21 - умножитель на постоянный коэффициент in10, 22 - функциональный преобразователь ехр, 23- умножитель на постоянный коэффициент U0, 24 -- задатчик величины Do, 25 - умножитель на постоянный коэффициент (-1), 26 задатчик величины УК, 27 - умножитель на. посто- лнный коэффициент уп, 28-задатчмк величины Квт, 29-задатчик величины Uo, 30

-задатчик величины Т0, 31 - умножитель на постоянный коэффициент. S, 32 - задатчик величины ео. 33 - умножительное устройство, 34 - умножитель на постоянный коэффициент -тгЛпр, 36 -умножитель на постоянный

коэффициент yt, 37 - умножитель на посто- янный коэффициент Ci, 38 - задатчик единичного электрического сигнала, 39 умножитель на постоянный коэффициент С, 40 - умножитель на постоянный коэффициент Я, 41 - квадратор, 42 - задатчик величины Т, 43 - интегратор, 44 - компаратор, 4S

-функциональный преобразователь функции д, 46 -- блок вычисления параметра Д 47 - блок вычисления параметра Тй. 48 - зздатчик величины /Цф. 49 - функциональный преобразователь функции In, 50 - задатчик величины Ј, 51 - блок вычисления плотности распределения вероятности вектора признаков Xj для объекта Wj, 52 - блок хранения величины Фпац, 53 - блок хранения величины Фпр, 54-56 - блоки промежуточных расчетов.

Данная схема вычислителя 17 может

быть реализована на цифровых или аналоговых элементах известными способами.

Устройство, реализующее данный способ, работает следующим образом. Перед

установкой негативных аэроснимков в снимкодержатели 6(фиг.1) измеряют световые потоки Фиад на проекционном аэкране прибора синтеза при помощи фотоприемника 14 (фиг.1). При этом первое измерение

производят при включенном (открытом) затворе в первом оптическом канале, второе измерение - при выключенном первом и включенном втором затворе прибора синтеза, и т.д. Переключение затворов осуществляют при помощи коммутатора 15 (фиг.2). Измеренные значения Фпар.1 записывают в блоки хранения 52 (фиг.5.1} вычислителя. При микрофотометрировании негативных зональных изображений объекта измеряют световой поток , прошедший через фотометрируемый участок зональных изображений. Измерения проводят одинаково, но при этом измеренные во всех каналах значения записывают в блоки хранения

53 (фиг.5.1) вычислителя. Вычислитель производит расчет коэффициентов яркости и коэффициентов теплового излучения всех объектов, входящих в класс (подкласс) дешифрируемого объекта, определяет величины плотностей распределения вероятности векторов признаков X в блоках 51 (фиг.5.2.), сравнивает полученные значения p(Xj/Hn) в компараторе 44. На видеоконтрольное устройство 18 (фиг.2) поступает сигнал о номере объекта, который имеет максимальную плотность p(Xj/Hn), т.е. производится установление принадлежности вектора признаков X (коэффициентов яркости и коэффициентов теплового излучения) конкретному объекту

(опознавание объекта).

Использование предлагаемого способа дает возможность повысить вероятность распознавания объектов местности за счет получения дополнительного дешифровочкого признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов, а также увеличит оперативность дешифрирования за счет устранения трудозатрат, связанных с перестановкой зональных аэроснимков.

Форм у л аизобретения

1. Способ совместного дешифрирования зональных инфракрасных аэроснимков, включающий установку аэроснимков, пол- ученных многоспектральным самолетным тепловизором, в снимкодержатели многоканального прибора синтеза, оптическое совмещение зональных изображений аэроснимков на проекционном экране прибора синтеза с формированием многоспектрального изображения, обнаружение объектов, последовательное определение оптических плотностей зональных изображений каждого объекта и обработку результатов измерений с классификацией объектов посредством сравнения определенных и эталонных значений спектрального дешифровочного признака, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и производительности, при определении оптической плотности измеряют световой поток на проекционном экране в каждом канале прибора синтеза перед установкой аэросников в снимкодержатели и световой поток, прошедший через участок зонального изображения обнаруженного объекта, с учетом полученных значений оптической плотности определяют коэффициенты яркости и значения яркост- ных температур каждого объекта соответст- венно на изображениях в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне Ali 0,8-1.4 мкм и среднем инфракрасном

спектральном диапазоне Л1г 3,5-13 мкм, а при обработке результатов измерений находят значения коэффициентов теплового излучения каждого объекта, при этом в качестве спектральных дешифровочных признаков объектов в ближнем и среднем инфракрасном диапазонах изображений используют соответственно яркостную температуру и коэффициент теплового излучения объекта.

2. Устройство для совместного дешифрирования зональных инфракрасных аэроснимков, содержащее пульт управления, проекционный экран и не менее двух оптических каналов, каждый из которых содержит последовательно расположенные осветительный блок, снимкодержатель, затвор с узлом спуска, диски с цветными и нейтральными светофильтрами, объектив и зеркало, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и производительности, оно снабжено последовательно соединенными фотоприемником, коммутатором, соответствующий канал которого соединен с соответствующими узлами спуска затворов, вычислителем и видеоконтрольным блоком, причем фотоприемник размещен за проекционным экраном и выполнен с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости экрана, а каждый оптический канал выполнен с матовым стеклом, расположенным между осветительным блоком и затвором.

-гаП

Л

Использование: в фотограмметрии, в об- ла сти микрофотометрического дешифрования инфракрасных снимков. Сущность изобретения: устройство содержит не менее двух оптических каналов, каждый из которых выполнен с осветителем, снимкодержателем 6, затвором 7, диском 8 с цветными светофильтрами, и объективом 9, проекционный экран и фотоприемник 14, выход которого последовательно соединен с коммутаторами 15, вычислителем 17 и видеоконтрольным блоком 18. Каналы коммутатора 15 соединены с соответствующими узлами 16 спуска затворов 7. При осуществлении способа устанавливают аэроснимки в снимко- держатели 6. Совмещают зональные изображения аэроснимков на проекционном экране. Производят обнаружение объектов и определяют оптические плотности зональных изображения каждого объекта. Определяют коэффициенты яркости и значения яркостных температур объектов соответственно на изображениях в ближнем инфракрасном спектральном диапазоне Д1т (0,8-1,4) мкм и среднем инфракрасном спектральном диапазоне ДДг (3,5-13)мкм. Обрабатывают результаты измерений, при этом находят значения коэффициентов теплового излучения объектов и классифицируют объекты с учетом спектрального дешифровоч- ного признака. В качестве спектральных де- шифровочных признаков объектов в ближнем и среднем инфракрасном диапазоне изображений используют, соответственно, ярко- стную температуру и коэффициент теплового излучения объекта. 5 ил. СО Сл о

Iх-ГН

uffi

-/

У г/70

ССЮС81

Ч. (Л &

ЈЈF

LЈЈPj LЈr ,1Ljtfrl ,-

ECLOr.Pi

п

i

r-fTrtuf

ЈГ

Ј гпЈ

n

d

7Г

падиГ

46

&

v

.

- ЛЬ г -ШП±и pUiU

nfii .rifJf

I

J

л

ФпаЈ

Г

&{)-J«P./

±и pUiU

л

4 J

fcj,

И II

л

г

Sej |ЛУ

J

Г

f-M

-Ш I

i

LL-Jr g- -Г

Фиг.5.2

44

1

t-н

ш I I

I

JЈJ

j,

И II

л

г

I

|ЛУ

J

i I

i

{

iгЪ

44

$