![]() |
|
сделать стартовой | добавить в избранное |
![]() |
Промышленность и Производство
Технология
Методика моделирования тепловизионных изображений |
Методика моделирования тепловизионных изображений. В теории и практике проектирования тепловизионных оптико-электронных систем немаловажную роль играет моделирование тепловизионных изображений. Яркость тепловизионных изображений зависит как от распределения температуры по поверхности наблюдаемого объекта, так и от коэффициента излучения и ориентации визируемых элементов его поверхности - его формы. Кроме того, качество тепловизионного изображения зависит от передаточных характеристик оптической системы и всех звеньев тепловизора. В основу теории моделирования тепловизионных изображений заложен процесс формирования видеосигналов, пропорционально потоку теплового излучения объекта для всего тепловизионного кадра, в котором содержится L строк и элементов в строке. Величина видеосигнала U( , L ) элемента разложения кадра описывается выражением: l2 U ( , L ) = ( 1/ p)Чe (y)Чw Чcosy( ,L)ЧdS( ,L)Чт SlЧW(l, ,y,z)Ч 0(l)Ч a(l)Чdl ( 1 ); l1 где w - передний апертурный угол оптической системы тепловизора; y - угол между нормалью к элементу dS( ,L ) поверхности объекта и направлением наблюдения; W(l, ,y,z) - спектральная светимость элемента dS( ,L) поверхности объекта, имеющего абсолютную температуру ; e(y) - индикатриса спектрального коэффициента излучения поверхности объекта; Sl - абсолютная спектральная чувствительность приёмника излучения тепловизора; l1 ,l2 - границы спектральной чувствительности приемника излучения; 0(l), a(l) - спектральный коэффициент пропускания оптической системы и слоя атмосферы; y,z - координаты элемента dS( ,L) поверхности объекта в пространстве предметов . Для анализа влияния на качество изображения передаточных характеристик оптической системы тепловизора, приёмника излучения, электронного блока обработки информации и видеоконтрольного устройства (ВКУ) используется распределение освещённости E(y’, z’), которое определяется по формуле: 00 jЧ2ЧpЧ( Чy’ mЧz’) E(y’, z’)= 0Чw’Чтт L( , m)Чh0( ,m)Чhп( ,m)Чhэ( ,m)Чhв( ,m)Чe d Чdm. (2) -00 где w’ - задний апертурный угол оптической системы тепловизора с интегральным коэффициентом пропускания ; h0( ,m),hп( ,m),hэ( ,m),hв( ,m) - модуль передаточной характеристики соответственно оптической системы, приёмника излучения, электронного блока обработки информации и ВКУ тепловизора; y’, z’ - координаты элемента dS поверхности объекта в пространстве изображений; L( ,m) - пространственно-частотный спектр яркости поверхности объекта; ( ,m) - пространственные частоты, приведённые к плоскости изображений. Тепловизионные методы в настоящее время широко используются в задачах распознавания и идентификации объектов. Но следует отметить, что пользуясь только обычными тепловизионными изображениями, величина видеосигналов в которых определяется выражением ( 1 ), распознать объекты внутри их контура практически невозможно. В чём причина потери информации о форме объекта внутри контура в обычных тепловизионных изображениях? Чтобы это выяснить рассмотрим рис.1. Согласно этому рисунку, справедливо равенство: dS1 Ч cos y1 = dS 2 Ч cos y2 = dS3 Ч cos y3 ( 3 ) Анализируя рис.1 и эту связь, можно сделать вывод, что именно здесь и происходит потеря информации о форме объекта внутри контура.
Сопряжённость всех элементов dS’ и dS, соответственно, приводит к тому, что площадки, расположенные под меньшими углами(yЮ0, cosyЮ1), должны иметь меньшие размеры dS, чтобы равняться тем площадкам, которые расположены под большими углами(yЮ900, cosyЮ0). В связи с этим становится ясной необходимость использования таких информационных оптических характеристик теплового излучения объектов, которые исключали бы пропорциональную связь параметров dS и cosy. К таким величинам относятся поляризационные свойства теплового излучения поверхности объектов. По этой причине и представляют интерес задачи моделирования и обработки поляризационных тепловизионных изображений. 2.Теория и методы моделирования поляризационных тепловизионных изображений объектов. 2.1.Теория моделирования поляризационных тепловизионных изображений на основе вектор-параметра Стокса теплового излучения.Для подробного описания теории моделирования поляризационных тепловизионных изображений рассмотрим объект произвольной формы, который в декартовой системе координат описывается уравнением: f(x,y,z) = 0. Допустим, что этот объект ( рис.2 ) наблюдается из точки Н, где расположен чувствительный элемент тепловизионной системы. Выбираем на поверхности этого объекта элемент dS, который соответствует одному элементу разложения кадра. Наклон площадки dS по отношению к элементу приёмника определяется углом y между нормалью и направлением наблюдения rн. Тогда векторы и rн определяют плоскость наблюдения. Коэффициент излучения рассматриваемого объекта имеет две составляющие: параллельную eпп, которая лежит в плоскости наблюдения ( rн ), и перпендикулярную eыл , которая перпендикулярна плоскости наблюдения. Положение элемента dS определяется в декартовой системе координат радиус-вектором R , а в сферической системе координат углами q и j. Один из методов анализа поляризации пучка света - это метод вектор- параметра Стокса , характеризующий все виды и формы поляризации излучения поверхности объекта, который для нашего случая собственного излучения элементов dS( , L) имеет вид: й U0 ( , L) U90 ( , L) щ Ui( , L ) = к U0 ( , L) - U90 ( , L) к , ( 4 ) к U45 ( , L) - U135 ( , L) з л 0 ы где i = 1, 2, 3, 4; U0, U45, U90, U135 - величины сигналов, поляризованные, соответственно, под углами 00, 450, 900, 1350 относительно плоскости референции ( плоскости отсчёта ). Степень поляризации теплового изображения зависит от величины видеосигналов поляризационных составляющих тепловизионных изображений элементов поверхности объекта с азимута поляризации соответственно равны 00, 450, 900, 1350. Величины видеосигналов U0, U90 в соответствии с тем, что коэффициент излучения e(y) можно представить в виде параллельной eчч и перпендикулярной eыл составляющих, запишем в виде: U0 ( , L) = A ( , L) Ч, ( 5 ) U90 ( , L) = A ( , L) Ч. ( 6 )где l2 A ( , L ) = ( 1/ p)Чe (y)Чw Чcosy( ,L)ЧdS( ,L)Чт SlЧW(l, ,y,z)Ч 0(l)Ч a(l)Чdl. l1 Тогда, например, зависимость степени поляризации теплового изображения, с азимутом =0, от величины видеосигналов двух поляризационных тепловизионных изображений элементов поверхности объекта, с азимутами поляризации 00, 900, можно представить в виде: P’ ( , L) = , ( 7 ) где P’ ( , L) - степень поляризации изображений с азимутом =0.
Если пронумеровать вектор-параметр Стокса, то формула (4) примет вид: й 1 щ U1( , L) = U( , L) ф P( , L) Чcos2Ч ( , L) к , ( 8 ) ф P( , L) Чsi 2Ч ( , L) к л 0 ы где P( , L) - степень поляризации излучения элемента dS( , L) объекта; ( , L) - азимут поляризации излучения элемента dS( , L). На основе выражений (7) и (8) получим: P’( , L) = P( , L) Ч cos2 Ч ( , L). ( 9 ) Подставив формулы (5) и (6) в выражение (7), получим следующее выражение для степени поляризации P’( , L): eчч (y)Ч P’( , L) = - , ( 10 ) eчч (y)Ч где j , k - единичные орты координатных осей OY и OZ; eыл, eчч - единичные векторы, соответственно, параллельной и перпендикулярной компонент коэффициента излучения элемента dS. Преобразуем выражение (10) в виде: P’( , L) = - , ( 11 ) Принимая во внимание выражение: P(y) = ,получим связь величин eчч (y) и eыл (y) со степенью поляризации P(y): eчч (y)/eыл (y)= . ( 12 ) Анализируя данные исследований степени поляризации различных материалов, индикатрису P(y) можно представить в виде зависимости: P(y) = a Ч (1- cosy), где а - параметр, зависящий от типа и шероховатости материала. Принимая во внимание, что косинус угла y между нормалью к элементу dS и единичным вектором наблюдения rн определяется как скалярное произведение этих векторов, получим: P(y) = Ч a . ( 13 ) Подставив это выражение в формулу (12) получим: eчч (y) 1 Ч a --------- = ------------------------- . ( 14 ) eыл (y) 1 - Ч a Тогда, с учётом соотношения (12), из формулы (11) получим основное уравнение, выражающее зависимость между степенью поляризации P’( , L) и формой объекта через функцию распределения нормали для каждого элемента поверхности объекта: 1 Ч a ------------------------ 1- Ч a P’( , L) = -------- . ( 15 ) 1 Ч a ------------------------- 1- Ч a С помощью этой формулы можно определить степень поляризации всех элементов наблюдаемой тепловизором части поверхности объекта любой формы. Для этого нужно знать направление нормали для каждого элемента поверхности в зависимости от его положения в декартовой системе координат. Оно определяется как оператор Гамильтона ( набла-оператор ) от функции f(x,y,z) = 0, описывающий форму объекта: = . ( 16 ) 1/2 Единичный вектор наблюдения rн определяется как разница векторов l и R по формуле: rн = ( l - R ) / ( l - R ) , ( 17 )где l - вектор, определяющий положение декартовой системы координат по отношению к точке наблюдения H; R - радиус-вектор элемента dS поверхности объекта, определяющий его положение в декартовой системе координат x, y, z с единичными ортами i, j, k. Радиус-вектор задаётся R формулой : R = x Ч i y Ч j z Ч k . ( 18 ) Если направление наблюдения центра декартовой системы координат выбрано вдоль оси х, то есть направление вектора l и оси х совпадают, то вектор l выразится в виде: l = l Ч i , ( 19 )где l - расстояние от центра декартовой системы координат О до точки наблюдения Н; i - единичный орт оси ОХ . В этом случае выражение (17) примет вид:rн = 1/2 . ( 20 ) Вектор перпендикулярной составляющей коэффициента излучения eыл перпендикулярен плоскости, определяемой векторами и rн ( плоскости наблюдения ), и находится как векторное произведение этих векторов по формуле: eыл = .
Потребительские возможности соответствий «цель – процесс – структура целостного формирования и реализации системы инноваций» должны соответствовать возможностям производства объектов интеллектуально собственности внешней средой государственной системы инновационного управления». Для построения рабочих формул необходимо использование описанных здесь регламентов методики моделирования. 6. 12. Принцип баланса государственного системного управления ? Для общего случая государственного системного управления это правило формулируется следующим образом: «ресурсы, расходуемые на выживание, сохранение и развитие государственной системы управления в течение определенного периода времени, не должны превышать прирост ресурсов во внешней среде государственной системы управления, появляющийся в результате реализации продуктов государственной системы управления за такой же период времени». Далее в настоящем разделе для упрощения изложения будем рассматривать регламенты выполнения данного принципа при построении проекта системной технологии государственного управления только для системы триады управления, имея в виду систему-субъект, систему-объект или систему-результат
1. Устройство, оптическая схема, неполная разборка и сборка теодолита 2Т2П, ЗТ2КП
2. Сатирическое изображение русской действительности 30х годов в романе "Мастер и Маргарита"
3. "Горечь" и "сладость" человеческой жизни в изображении И.Бунина и А.Куприна
4. Историческое изображение эпохи начала XIX века в произведении А.С.Пушкина "Евгений Онегин"
5. Особенности художественного изображения эпохи Ивана Грозного в творчестве А. К. Толстого
9. Синтез голографического изображения с помощью компьютера
10. Слои изображения в программе Photoshop
11. Источники излучения в интегрально-оптических схемах
12. Влияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем
13. Технология изготовления волоконнооптических световодов для передачи изображения
14. Соотношение слова и изображения в комплексном аудиолингвовизуальном сообщении
15. Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа
16. Волоконно-оптические датчики
17. Волоконно-Оптические Линии Связи
18. Рубиновый оптический квантовый генератор
19. Передающее устройство одноволоконной оптической сети
20. Совмещенные двухчастотные ФАР
21. Оптические системы светоизлучающих диодов
25. Оптические мыши
26. Сатирическое изображение Москвы и москвичей в романе М. Булгакова "Мастер и Маргарита"
27. Изображение певцов и песнопений в древнерусском искусстве
28. Критическое изображение армейского общества в повести А. И. Куприна «Поединок»
29. Изображение глубокого, бескорыстного чувства любви, богатства духовного мира героев
30. Русская деревня в изображении И.А.Бунина
31. Художественные средства в изображении образа. Коробочка - одна из "мертвых душ"
32. Изображение "новых людей" в произведениях Тургенева и Чернышевского
33. Природа в изображении И. С. Тургенева и И. А. Бунина
34. Сатирическое изображение помещиков в поэме Н. В. Гоголя "Мертвые души"
35. "Великий перелом" и его изображение в романе А.А. Шолохова "Поднятая целина"
36. Изображение народа в поэме "Кому на Руси жить хорошо"
37. Изображение города в лирике Некрасова
41. Сатирическое изображение чиновников в комедии Гоголя "Ревизор"
42. Особенности изображения двух миров в поэме А.Блока «Двенадцать»
43. Многогранность изображения Островским образа женщины XIX века
44. Тоталитаризм в изображении Ю.Домбровского: "Хранитель древностей", "Факультет ненужных вещей"
47. Сатирическое изображение действительности
48. Критическое изображение военно-бюрократической среды в романе "Война и мир"
49. Изображение дворянства в романе "Евгений Онегин"
50. Изображение русского национального характера в произведениях Лескова
51. Своеобразие авторского подхода к изображению героя в повести "Очарованный странник"
52. Сатирическое изображение чиновников в комедии Гоголя "Ревизор"
53. Сатирическое изображение чиновников в произведениях Гоголя
58. Мастерство реалистического изображения жизни в одном из произведений русской литературы XX века
59. Внешняя красота женщины в изображении А.С. Пушкина
60. Изображение мира московского купечества в комедии Свои люди - сочтемся!
61. Морфологический анализ цветных (спектрозональных) изображений
62. Сегментация изображений гистологических объектов
63. Приемники излучения и изображения
64. Не серебряные изображения из металлохелатов
65. Аналоговые волоконно-оптические системы связи
66. Дискретизация и квантование изображений
67. Система сжатия подвижных изображений MPEG-2
68. Рубиновый оптический квантовый генератор
73. Тайны пустыни Наска: гипотезы вокруг древних изображений
74. Статистические таблицы и статистические графики - основные способы наглядного изображения данных
75. Измерения, проводимые на оптических кабелях
76. Глаз как оптическая система
77. Морфологические характеристики ПС и их взаимосвязь с оптическими свойствами
79. Возможности совмещения теоретических парадигм в социологии
80. Источники излучения в интегрально-оптических схемах
81. Приведения оружия к бою и выверка оптических прицелов в мотострелковом подразделении
82. Фотоотверждаемые силиконовые эластомеры и оптические клеи
83. Изображения животных из каповой пещеры на Южном Урале
84. Дуплексные изображения в Photoshop: взгляд технолога
85. Методы компрессии и сжатия изображений
89. Использование фонового изображения для замены текста
90. Импорт и экспорт изображений и текста в Adobe
92. Волоконно-оптическая система передачи
93. Фильтрация шумов в растровых изображениях методами усредняющего, порогового и медианного фильтров
94. Волоконно-оптические линии связи
95. Программа для просмотра изображений
96. Оптические разветвители и их устройства
97. Палеоэкономика населения горных степей Алтая (по наскальным изображениям и археологическим данным)
98. Происхождение мантии и иконография изображений на скрижалях
99. Изображение других персонажей сквозь призму восприятия Жюльена Сореля