тепловизионный способ распознавания формы объекта и устройство для его осуществления
| Классы МПК: | G02B27/18 для оптического проецирования, например сочетания зеркал, конденсоров и объективов H04N5/33 преобразование инфракрасного излучения |
| Автор(ы): | Тымкул В.М., Тымкул Л.В., Ананич М.И., Смагин С.Г. |
| Патентообладатель(и): | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии |
| Приоритеты: |
подача заявки:
1993-07-23 публикация патента:
20.12.1997 |
Изобретение относится к области тепловизионной техники и может быть использовано для распознавания формы объекта. Сущность изобретения: в способе распознавания формы объекта предлагается формировать два поляризационных тепловизионных изображения с азимутами 0o и 45o с последующей обработкой полученных сигналов по предложенному алгоритму, а устройство, реализующее данный способ, снабжено вращающейся ИК-поляризационной насадкой, установленной перед приемником излучения. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
1. Способ тепловизионного распознавания формы объектов, заключающийся в сканировании поверхности объекта по строке и кадру, преобразовании поляризационного тепловизионного сигнала в электрический с последующим запоминанием и анализом электрического сигнала и формировании поляризационных тепловизионных изображений объекта, отличающийся тем, что формируют два поляризационных тепловизионных изображения с азимутами поляризации 0 и 45o соответственно, при этом форму объекта внутри его контура определяют выражениями
где X, Y, Z декартовы координаты точек на поверхности объекта;
N, K номер строки и элемента строки тепловизионного изображения;
U1, U2 величины видеосигналов двух поляризационных изображений с азимутами 0 и 45o соответственно;
а постоянная, характеризующая материал объекта. 2. Устройство для осуществления способа тепловизионного распознавания формы объекта, содержащее объектив, сканирующее устройство, приемник теплового излучения, усилитель, видеоконтрольное устройство, устройство синхронизации, запоминающее устройство и блок обработки информации, отличающееся тем, что в него введена вращающаяся ИК-поляризационная насадка, которая устанавливается перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника этого излучения.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к области тепловизионной техники и может быть использовано в оптико-электронных системах обработки информации и распознавания. Известен способ тепловизионного распознавания формы объекта [1] с помощью тепловизионного устройства, заключающийся в сканировании поверхности объекта, приеме и обработке его собственного излучения и построении тепловизионного изображения объекта, которое определяется различиями в температуре и излучательной способности его элементов и фона. Указанный способ имеет недостаток: распределение яркости теплового изображения зависит как от распределения температуры по поверхности, так и от коэффициента излучения и ориентации наблюдаемых элементов поверхности. Вследствие этого форму объекта внутри его контура однозначно решить невозможно. Известен способ распознавания формы [2] заключающийся в сканировании поверхности объекта по строке и кадру, причем оптический тепловизионный сигнал поляризуют, преобразуют полученный поляризационный тепловизионный сигнал в электрический с последующим запоминанием и формируют четыре поляризационных тепловизионных изображения с азимутами поляризации 0o, 45o, 90o и 135o соответственно для определения формы внутри контура по формулам, основанным на значениях полученных видеосигналов каждого элемента разложения кадра. Недостатком этого способа является длительность процедуры распознавания, включающая в себя время, затраченное на получение четырех поляризационных изображений, их запоминание, анализ и распознавание формы на основе формул. Задачей предлагаемого способа является сокращение времени распознавания формы объекта внутри его контура путем формирования двух поляризационных изображений. Поставленная задача достигается за счет того, что в способе тепловизионного распознавания формы объектов, заключающемся в сканировании поверхности объекта, преобразовании поляризационного тепловизионного сигнала в электрический с последующим запоминанием и анализом электрического сигнала и формировании поляризационного тепловизионного изображения объекта, согласно изобретению, формируют два поляризационных тепловизионных изображения с азимутами поляризации 0o и 45o соответственно, при этом форму объекта внутри его контура определяют выражениями:
где X, Y декартовы координаты точек поверхности объекта;
N, K номер строки и элемента строки изображения объекта;
U1, U2 величины видеосигналов двух поляризационных тепловизионных изображений с азимутами поляризации 0o, 45o соответственно;
a постоянная, характеризующая материал объекта. Таким образом, поставленная задача для заявляемого способа выполняется за счет формирования только двух поляризационных тепловизионных изображений. Известное тепловизионное устройство [1] выбранное в качестве прототипа, может быть представлено упрощенной структурной схемой (фиг. 1) и имеет следующий принцип действия: тепловое излучение от объекта 1 и окружающего фона, пройдя через слой атмосферы, разделяющий тепловизионное устройство и наблюдаемый объект, фокусируется объективом 2 на чувствительную площадку приемника излучения 4. Сканирующее устройство 3 осуществляет развертку изображения объекта, последовательно направляя на приемник излучения 4 изображения различных элементов объекта. После усиления и преобразования тепловизионного сигнала усилителем 5 сигнал подается в видеоконтрольное устройство 6, которое формирует изображение объекта. В видеоконтрольное устройство поступают также синхронизирующие сигналы от элемента 7, связывающие видеоконтрольное устройство 6 со сканирующим устройством 3. Эта упрощенная схема может быть дополнена запоминающим устройством 8 и блоком обработки информации 9. Недостатком описанного устройства является невозможность однозначного распознавания формы объекта внутри его контура, так как принцип работы этого устройства основан на приеме теплового излучения от объекта и построения тепловизионного изображения, зависящего одновременно от распределения температуры по поверхности объекта, коэффициента излучения и ориентации элементов поверхности объекта. Задачей предлагаемого изобретения является повышение информативности изображения объекта за счет использования поляризационных свойств излучения. Устройство, с помощью которого реализуется заявляемый способ, содержит тепловизионное устройство, состоящее из объектива, сканирующего устройства, приемника излучения, усилителя, видеоконтрольного устройства, устройства синхронизации, запоминающего устройства и блока обработки информации, и, согласно изобретению, в него введена вращающаяся ИК-поляризационная насадка, которая устанавливается перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника этого излучения. Предлагаемое устройство для реализации способа тепловизионного распознавания формы объекта поясняется схемами на фиг. 2 и фиг. 3, где показаны возможные места установки ИК-поляризационной насадки. Здесь: 1 - объект, 2 объектив тепловизионного устройства, 3 сканирующее устройство, 4 приемник излучения, 5 усилитель, 6 видеоконтрольное устройство, 7 блок синхронизации, 8 запоминающее устройство, 9 блок обработки информации, 10 вращающаяся ИК-поляризационная насадка. Предлагаемый способ реализуется следующим образом: тепловое излучение от объекта 1 и окружающего его фона проходит ИК-поляризационную насадку (фиг. 2) 10, азимут поляризации которой установлен и зафиксирован при угле 0o, и объектив 2. С помощью сканирующего устройства 3 излучение от элементов поверхности объекта направляется на приемник излучения 4, который формирует выходной сигнал (N, K). Далее этот сигнал усиливается в усилителе 5 и подается на видеоконтрольное устройство 6, на экране которого формируется визуализированное поляризационное тепловизионное изображение объекта с азимутом поляризации 0o. Для синхронизации оптико-механического сканирования поверхности объекта с электронным сканированием элементов изображения в схеме имеется блок синхронизации 7. В запоминающем устройстве 8 сигналы U1(N, K) запоминаются. После этого азимут поляризационной насадки 10, вращая ее, устанавливается и фиксируется при угле 45o. При этом угле азимута поляризации насадки аналогично получаются, оцифровываются и запоминаются сигналы U2(N, K) для всех NxK элементов кадра. В результате формируются два поляризационных тепловизионных изображения, которые накоплены в запоминающем устройстве 8 и обрабатываются в блоке обработки информации 9 по алгоритму, основанному на формулах, используемых при описании тепловизионного способа распознавания формы объекта внутри его контура. На фиг. 3 представлена схема иного размещения ИК-поляризационной насадки в рамках признака "перед приемником излучения". Источники информации
1. Л.З. Криксунов, Г.А. Падалко. Тепловизоры. Киев, Техника, 1987, с. 30 аналог, с.37 прототип. 2. SU, авторское свидетельство N1667273, кл. H 04 N 5/33, 1989.
Класс G02B27/18 для оптического проецирования, например сочетания зеркал, конденсоров и объективов
Класс H04N5/33 преобразование инфракрасного излучения
