CC BY
5
Visnyk N'l'UU KP1 Seriia Radiolekhnika tiadioaparatobuduummia, "2021, Iss. 85, pp. 21—26
УДК 621.384.3
Комп'ютерно-штегрований метод виявлення об'еьсив поляризащйним теплсжзором
Колобродов В. Г.1, Микитенко В. 1.\ Птчук Б. Ю?, Сокол Б. В.3, Тягур В. М.2
1Нацшнальний техшчний ушверситет Украши «Кшвський псиптехшчний ¡еститут ¡мен! Ггоря Сжорського» 2Казенне шдприемство «Конструкторське бюро спещального приладобудування "Арсенал" » 3Державне шдприемство «Укрметртестстандарт»
E-mail: v.тукуI(Фикг. nеI.
Досл1джепо спрощепу математичпу модель перетвореш1я i апал!зу шфрачервопого випромшювашш фопо-гцльово! обстановки р!зпого ступепя поляризацп в теилов1зорах. Розглядаеться мопохроматичпе випромшювашш. яке м!стить природою та липйпо полярпзовапу компопептп. Модель поляризовапого оптпчпого сигналу е адитивпою. Стаи поляризацп об'ектав описуеться параметрами вектора Стокса. Розгляпуто припципи формувашш поляризацшпих зображепь та i'x апал!зу з використаппям оберто-впх поляризатора i фазово! пластинки. На виход! оптичпо! системи встаповлепо матричпий приймач випромшювашш. Bin перетворюе двовим1рпий розподш штепсивпост! випромшювашш в електричпий в1деосигпал. Таке поедпаппя поляриметричпого та в!део капал!в утворюе поляризацпший теплов!зор. який сформував пову перспектнвпу niniy техшчпих засоб!в дистапцшпого зопдуваппя. Запропоповапо алгоритм обробки сигпал1в в поляризацшпих теплов!зорах за умови того, що у випромниовапш гцл! лшпшо поляризована компонента е бглын виражепою, шж у випромниовапш фону. На еташ апал!зу поляризацп сумарпого сигналу, що падходпть в!д фопо-ц1льово1 обстановки, визпачаеться иапрям пере-важпо! поляризацп всього зображешш. У випадку спостережешш малорозм1рпих цглей Bin сшвпадае з папрямом поляризацп фону. За рахупок вгцязаппя оптич1шмп засобами вказапо! поляризацишо! компопептп сигналу 1з загалыго! cyMinii. велика частила фонового зображешш усуваеться. а повшстю поляризована компонента випромшюваппя ц1л! залишаеться зпачпою Mipoio збережепою. Контраст кпщевого зображешш ц1л1 па фош суттево зростае, збглынуеться ймов!ршсть правильного виявлеппя
Клюноог слова: дисташцйпе спостережешш: теплов1зор: шфрачервопа поляриметр!я DOI: 10.20535/RAD АР. 2021.85.21-26
Вступ
ТепловЬори широко використовуються для виявлення 1 розшзнавашш цшей на основ1 рсестраш! теплового рад1ащйного контрасту яскравосп (штен-сивносп) хйж об'ектом 1 фоном [1 3]. За низького контрасту фоново-цшьовсм обстановки (ФЦО) ви-явити цшь. а тим бшыне и розшзнати. достатньо складно. Для шдвшцешш ймов1рност виявлення 1 розшзнавашш цш. а також для змсншешш ймо-в1рносп помилково1 тривоги. у евт розпочались активш доелвдження 1 розробки теплов1зор1в. в яких нойем основним шформаш! про стан ФЦО с поля-ризащйш властивосп випромпповання ц1т 1 фону (завад) [4 6].
В шфрачервоному (Iх!) д1апазош спектру поля-ризащйне випромпповання утворюеться як за ра-хунок власного теплового випромпповання об'скта. так 1 в результат! ввдбивання об'ектом випромпио-вания в1д зовшшшх джерел. Як правило, випромпповання в1д об'екта с частково поляризованим.
а в1д фону природним. неполяризованим [1. 7]. Основними характеристиками поляризовапого випромпповання с штенсившсть. ступшь поляризащ!. азимут 1 елштичшеть поляризащ! [7.8]. Для втпрю-вання цих характеристик в шфрачервошй област1 спектру використовують поляризащйн1 теплов1зори [6]. Основною характеристикою будь-якого тепловь зора с енергетичне розд1лення. Воно визначасться пороговим рад1ащйним контрастом об'скта спостережешш. що розташований на р1вном1рному фош. Поляриметричш теплов1з1йн1 методи спостережен-ня штучних об'скт1в на природних фонах в ряд1 випадк1в забезпечують значно бшыний рад1ашйний контраст, шж звичайн1 теплов1зшш спостережешш. 1снус значна кшьк1сть монографШ 1 статей, при-свячених розрахунку 1 вим1рюванню енергетичного роздшення класичних теплов1зор1в [9 11]. В той же час практично ввдеутня науково-техн1чна шформа-Шя стосовно моделювання поляризашйних тепловь зор1в для визначення 1х основних характеристик.
22
Колобродов tí. Г., Микитоико tí. 1., Шичук tí. Ю., Сокол tí. tí., Тягур tí. M.
Метою роботи с дослщження одного i3 методов виявлення топлоконтрастнсм цш за допомогою тешктазора, до шформащя про стан об'екта чиститься у вщмпшостях в поляризацшних параметрах випромпиовання цш i фону.
1 Принципи формування та анал1зу поляризацшних зображень
Поляризащйш характеристики випромпиовання, що змпноються шд час розповсюджоння i вщби-вання, найчасташе опнеують вектором Стокса, вектором Джонса або матрицею Мюллера [12]. Вектор Стокса був запропонований для дослщження час-тково полярнзованого, а також нополяризованого i noBiiicTio полярнзованого свила. Чотири параметри вектора Стокса S = {So, S2, ¿3} опнеують ш-формащю про стан поляризацп цЫ. Найбшыного розповсюджоння отримав метод чотнрьох сегмен-тащй модуляцп детектора поляризащйним станом випромпиовання для втирювання вектора Стокса [6,13 15].
На рис. 1 зображена схема, яка поясшое принцип роботи такого поляризащйного тсплов1зора. Досль джуване частково поляризовано випромпиовання з амшптудою Ерр проходить через поляризатор i фа-зову пластину, яш можуть змпновати кут поляризацп в i р1зпицю фаз е mdk складовими Exï Еу вектора Eip при мехап1чпому обертанш, або неперервнш пе-рюдичшй модуляцп. Об'ектив формуе зображення на матричному приймач1 випромпиовання (МПВ), який перетворюе двовтпрний розподш оптичного сигналу в одновтпрний олоктричний сигнал. На виход1 блоку МПВ утворюеться сигнал, на осно-Bi якого отримують значения чотнрьох парамстр1в вектора Стокса поляризащйного зображення.
Параметри Стокса дозволяють визначити основ-ni параметри полярнзованого випромпиовання: in-тонсившсть, сту-niiib поляризацп, кут поляризацп i елштичшеть поляризацп.
9
ÍU
17
МПВ
Щ(.х,у )
Поляризатор фазова пластина
Об'ектив
Рис. 1. Принцип роботи поляризащйного тешктазора
Для спрощоння дослщження будемо вважатн, що розглядаеться монохроматнчне випромпиовання [13].
Нехай частково поляризовано випромпиовання з штенсившстю I0 i частотою ш розповсюджуеться
уздовж oci z. Електричне поле з напружешетю Ерр розкладемо на дв1 плосш хвшп Ex(t) i Еу(t), що поляризован! уздовж осей x i у:
Ex(t) = Ex0(t)exp[j(px(t) — ut)];
Ey(t) = Eyo(t)exp[j(ipy(t) — uit)],
де Ex0(t) i Ey0(t) - амшлтуди складових електри-чпого поля уздовж осей x i у, що мають фази уx(t) i ipy (t), вщповщпо.
Хвшп Ex(t)i Ey(t) проходять через поляризатор з площиною поляризацп', яка opieiiTOBana шд кутом в вщпоспо oci x, i фазову пластинку, що забезпечуе фазовий кут £ mdk милями Ex(t) i Еу (t). Тому-па виходо фазово! пластини формуеться електричне поле, яке описуеться функщяо
E(t,e,e) = Ех cos в + Еу exp( je) sin в.
Тодо iiiTenciiBiiicTb результуючо! xBimi
I(в, е) = {ЕЕ*) = {ЕхЕу) cos2 в + {ЕуЕ*у) sin2 в+ + {ExE**)cos вexp(-je)sin 6+ + {ЕУуЕу)cos в exp(je) sin в =
= Ix cos2 в+Iy sin2 в+'l\JIxIy cos в sin в cos(ó — е),
(1)
де S = ipx — фу - фазовий кут м1ж комплексными амшлтудами Ех'\ Еу.
Píbiihiiim (1) дозволяе отрпматп чотири параметри вектора Стокса, яи залежать вщ кутв {в, е}:
50 = Ix+1У = I (0°, 0)+/(90°, 0);
51 = Ix —1У = I(0°, 0)— I(90°, 0);
S2 = cos S = I(45o, 0)-/(135o, 0);
S3 = 2лД^Гу sin 6 = I(45o, n/2) — I(135o,к/2).
т1астково поляризовано випром1нення можна подати у вигляд1 двох незалежних складових: нополяризованого (природнього) випромпиовання з штенсившстю In i лшшно полярнзованого вппром1нюва-ння (noBHicTio полярпзованого) з 1нтенспвн1стю 1р. Вщповщно параметри Стокса частково полярнзованого випромпиовання можна виразити через дв1 складов! :
Spp = Sn + Sp, (2)
де Sn i Sp - вектори Стокса для природнього i полярнзованого випромпиовання.
Ступшь поляризацп визначаеться як
Р
V S1 + +
S,
0
а полярнзацшна елштнчшеть визначаеться як
^3
¡3 = tan-
-i
(y^T+sf).
В бшыноста випадшв циркулярио поляризована компонента у випромпнованш ФЦО с малою i тому
Комитотерно-штегровании метод виявлення оГгек'Ив иолярцзащшшм тоиловкюром
■23
складова вектора Стокса S3 = 0 [ , ]. На практищ, зазвичай, розглядаеться ступшь липшим поляризацп ВоЪР, кут поляризацп (ор1ептацп) 9р та шил параметри для такого випадку:
Р = БоЬР
5п '
tan —
2
Поляризацшний метод виявлення цш1
3 появою Iх! маскувалыго! технолог!! та Iх! завад традицшш методн внявлення цшь що засноваш на в1зуал1заци штенсивносп Iх! випромпповання. сти-каються з великими проблемами. В останнш час. технолопя виявлення поляризацп' випромпповання в Iх! д1апазош спектру була розроблена для де-кшькох застосувань. Розроблеш методи дозволяють отримати диференщальну шформащю про поляри-защю Iх! випромпповання в1д цш 1 фону. Ця технолопя г'рунтуеться на таких характеристиках як ступшь поляризацп', кут поляризацп', р1зниця мЬк горизонталышми та вертикалышми компонентами поляризащ!, р1зпиця мЬк 45° та -45° компонентами поляризащ!'. тощо. Через вказаш вище особливосп та переваги, технолопя детектування Iх! зображешш поляризацп стала ефективпим методом для виршмння проблем при виявленш 1 розшзнаванш цш.
При вивченш мехашзм1в поляризацп Iх! випромпповання було встановлено. що випромпповання багатьох цшей с частково поляризованим 1 може бути розкладено на суму лшпшо поляризованих компоненте 1 компоненте природного випромпповання (рис. 2) [12.18]. Отже комионенти природнього випромпповання ввд цш 1 фону можна вилучити, а дат для внявлення цш 1 сегментацп внкорнсто-вуються тшьки лшпшо поляризован! компонентн. На цш що! засновано ряд методов внявлення цш 1 сегментацп [6.19]. в яких використовуються вектор Стокса для анатзу випромпповання вщ цш 1 фону з метою подавления фону, усунення випадкового шуму 1 полшшення поляризацшпих характеристик цш.
► =
*• +
Результуюча штонсившсть Iх! випромпповання ФЦО у вщповщноста до формули (2) розглядаеться як суперпозищя штенспвност поляризованого 1р 1 неполяризованого свила (природнього випромпповання) 1п, тобто
!рр + .
Шсля проходжешш поляризатора (рис. 1). ш-тенспвшсть буде залежати в1д кута ор1ентацп вр частково поляризовапого випромпповання вщносно оа х та кута спостережешш (впм1рювання) Зп-дно з законом Малюса маемо
!рр(<р)= 1п{ф)+ 1р(^) = т21п + 1р еав2(ф — вр), (3)
де 21п - прпродна компонента; 1р сов2(^ — вр) -лшпшо поляризована компонента.
Ступшь поляризацп визначимо за класичною формулою
Р=(4)
де 1± — комионенти штенспвност двох взаем-но периендикулярних компоненте поляризацп. яш отримуемо 1з формули (3):
Ц (ф) = I(вр) = 1п(вр) + 1р(вр) = 11п + 1р. (5)
1±(ф =I (вр + 2) = 1п {ер + 2)+1р (вр + 2) = 21п.
3 р1внянь (4) (6) отримаемо ступшь поляризацп випромпповання на шкселях приймача, що вщповь дають цшь та на фонових шксолях
Р
1г,
1П +
1р
1г.
•-Р *рр
Використовуючи формулу (3). визначимо штонсившсть випромпповання, яке потрапляе на окрем1 (г,з) шксел1 МПВ в1д цш \ фону в довшьному напрямку поляризацп:
(р) = Ъ,п-,г,з (у) + (у), (7)
де (<-р) — штенспвшсть вппромшювання в напрямку поляризацп у, яке надходить вщ щл1 па тксель 1,]; 1ь,п;г,з 1 ~ природнш \ л1шйно
иоляризований компоиеити цього випромпповання, вщповщно.
Аналопчно внзначаемо штонсившсть вииромь шовання, яке надходить в1д фону:
(ф) = 1ъ,п-,г,о (ф) + 1ъ,р-,г,о. (8)
1з системи р1внянь (3),(4) \ (7), (8) отримуемо модель поляризащйного теплов1зора, яка визначае штонсившсть випромпповання, яке надходить до МПВ ввд цш1 \ фону в довшьному напрямку поляризацп:
Рис. 2. Векториа модель частково поляризовапого
вппромшювання цш Е,
рр
Еп + Еп
1Шо (Ч>)=
—Р^п )+Рцгэ С082(1р — вр^гз )
; (9)
о
р
1ь;го (Ф) = 1ь;',
--Рь;ч )+Рь;го СОв2(^-врь^ )
(10)
Р1вняння (9) 1 (10) дозволяють побудувати по-ляризацшш елшсо!ди, в яких елштичшсть вщобра-жае ступшь поляризацп, бшыпа вшь елшса вказуе напрямок поляризащ! 9Р, а вписане в елшс коло вщповщае природшй складовШ випромпповання. Лпшшо поляризоваш компонента в иапрямку кута поляризащ! 9р е найбшыппмн, а в перпендикулярному иапрямку дор1вшоють нулю, як показано на рис. 3. Вщповщно р1знищ мЬк кутамн поляризацп фону 1 цш, знаходнмо р1зницю штонсивностой I(6Рь-м - |) = - 1ь-м в перпендикулярному иапрямку до напрямку поляризащ! 6рь^ фону, яка е штенсившстю поляризащйно! карти ФЦО. Ця карта хйстить частково поляризащйно випромпповання цш та природного фону. Шд час обробки сигнатв з МПВ, напрямок кута поляризащ! фону може бути замшений на сородне значения кута поляризащ! у межах всього зображоння.
бути практично повшстю внлучена 1з сигналу \ збережеться тшьки повшстю полярнзованнй компонент штенснвносп цш (<р), який внзначаеться як р1зниця мЬк поляризованою 1 неполярнзованою компонентами 21п сигналу в кожному шксат МПВ
— 'К — 'К 1
Ы^р - 2 )=1 (° - 2 ) - 21п.
Таким чином, значна частина фонового зображоння усуваеться, повшстю поляризован! компо-ненти випромпповання цш будуть збсрежеш. Контраст цш на фош суттево зростас.
3 Алгоритм обробки поляриза-щйного зображення
Процес обробки ввдоосигнатв МПВ поляриза-цпшого тсплов1зора для шдвищення вщношення сигнал/шум можна представити в такш послщов-носп (рис. 4) [19].
Рис. 3. Залежносп штснсивносп поляризованого випромпповання цш та фону вщ напрямку поляризащ! ф [ , ]
Отжо, в основу поляризацпшого методу виявле-ння цш дорочно покластн засоби внзначення напрямку оптимального кута поляризащ! випромпповання, що проходить на МПВ, таш, що збериають якомога бшыне шформацп про поляризацпо цш, \ наскшьки можливо бшыне затримують шформацпо про поляризацпо фону. При спостерожения цш малого розьйру середне значения кута поляризащ! 9рь фонового випромпповання можна апроксимувати середшм кутом поляризащ! 9Р всього зображення. Поим обчислюеться змпша складова поляризащ! I(9Р - I) в напрямку перпендикулярному до кута поляризащ! фону. Тодо фонова шформащя може
Рис. 4. Послщовшсть обробки оптичного сигналу в поляризащйному теплов1зор1
Алгоритм оброки мштить 5 еташв:
1. Отримують три кадри топлов1зпшого зображення для трьох напрямшв поляризащ! I(^1), I(^2), I(фз)- Використовуючи р1вняння
I (<Рг) = 2(^0 + 8100^^1 + ^2 Эт2<Рг) (11)
обчнслюють параметры Стокса 50,Б1,82.
2. Для частково поляризованого випромпповання вщ цш знаходять складов!: лпшшо поляризова-ну Ъ,р = V Ь1! + [ природню 1г,п = 5*0 -у/ 5*1 + •
3. Обчнслюють лпшшо поляризовану складову для напрямку поляризащ! 9Р -1, перпендикулярному до середнього значения кута поляризащ! 9Р, за допомогою р1вняння (11).
4. Отримують значения лшпшо поляризовано! складово! випромпповання вщ шксо~тв цш, внлуча-ючп прпроднпй компонент поляризащ! 1п(9р - |) = 21п ^з компонента змшпо! поляризащ! I(9Р - 2), збе-р1гаючи при цьому „шшйно поляризовану складову !Р,г(9Р - I) В1д шксел1в цш.
Комитотерио-штегровашш метод виявлення оГгек'Ив иоляризащшшм тоиловкюром
■25
5. Шсля поротвороння в блощ МПВ отримано-го значения штенспвност в олоктричний сигнал nopiBiiioiOTb його з пороговим значениям для забез-печення виявлення цш на фош завад з заданою
flMOBipiliCTIO.
Ефектившсть роботи поляризащйного топловь зора можна оцпшти двома параметрами:
контрастом цш у вихщному зображонш, який зручно визначити на виходо МПВ як
С
Щ - иь щ
де щ ~ Ip,t(др —1§) -електричний вщеосигпал, сфор-мований шкеелем цш; щ ~ It,n(@р — §) — h,n(@р — f) олоктричний видеосигнал, сформований шкеелями цш i фону (з урахуванням шухйв МПВ);
вшгошенням сигнал/шум в поляризацпшому зображонш ФЦО
М =
Щ — ub
(12)
де аь - середньоквадратичне значения флуктуацш сигналу ввд фонових шксо~тв.
Причому, якщо перша характеристика контраст дае скорпн яккну оцшку процесу перетво-рення сигнатв в поляризашйному теплов1зорп то друга дозволяс безпосередиьо обчислити ймов1рш-сш характеристики виявлення. Наприклад, ймов1р-шеть правильного виявлення в метода однократного В1дтку визначиться на основ1 формули (12) як
Ра = 1 — Ь(р[(1 пЛ* — 0,
де Ь(р(и)) - функщя Лапласа (штеграл ймов1рно-стей); Лги - порогове вщношення правдоподобность
Висновки
Одним 1з пштв шдвищоння ймов1рност внявлення \ розшзнавашш далей в Iх! доапазош спектру при невеликих теилових контрастах с використан-ня вщмпшост в поляризащ! випромпповання вщ цш \ фону. Розглянута \ дослщжена математична модель поляризащйного теплов1зора, яка викори-стовуе частково поляризовано випромшювашш вщ цш \ природие випромпповання вщ фону, що дозволило:
1. Проанатзувати ироцос поротвороння випромпповання вщ цш \ фону в оптичнш систем! те-шктазора, яка складаеться 1з поляризатора, фазо-во! пластини, Iх! об'ектива I МПВ. В основ1 цього анатзу ложить модель частково поляризовапого випромпповання цш, що мштить прнродшо \ лшпшо поляризовану компонентн.
2. Достдити алгоритм вилучоиня 1з сигналу фоново-цшьово! обстановки природшх складовпх цш 1 фону. Результатом с формування на МПВ зображешш, яке мштить тшьки лшпшо поляризовану
складову випромпповання вщ цш. Це прнзводнть до значного шдвищоння контрасту ФЦО, а отжо i ДО збшЫПОННЯ flMOBipiIOCTi внявлення цш.
3. Недолшами розглянутого алгоритму е:
• певна невизначешеть у внм1рюваннях кута поляризацп вр вппромшювання фону;
при piBiiocTi природшх складових випромпповання ввд цш i фону;
ва фону.
4. Незважаючн на наводеш недолши розглянутого алгоритму обробки сигнатв, такий поляриза-цпший теплов1зор дозволяе значно шдвшцити ймо-BipiiicTb внявлення i розшзнавашш цш.
References
[1] Vollmer М„ Mollman К.-Р. (2018). Infrared Thermal Imaging. Fundamentals, Research and Applications. Second Edition. WileyVCH: Weinheim. Germany. 788 p. ISBN: 978-3-527-41351-5.
[2] Vollmer M„ Henke S., Karstadt S., Möllmann К.-P.. Pin-no F. (2004). Identilication and Suppression of Thermal Rellections in Infrared Thermal Imaging. InJraMation Proceedings, Vol. 5, pp. 287-298.
[3] Peri'c 1)., Livada В.. Peri'с M. and Vuji'c S. (2019). Thermal Imager Range: Predictions, Expectations, and Reality. Sensors, Vol. 19(15), 3313, pp. 1 23. D01:10.3390/sl9153313.
[4] Tooley R. D. (1990). Man-Made Target Detection Using Infrared Polarization. Proc. SP1E, Polarization considerations for optical systems 11, Vol. 1166, pp. 52-60. D01:10.1117/12.962878.
[5] Sadjadi F. Л., Chun C. S. L. (2003). Automatic detection of small objects from their infrared state-of-polarization vectors. Optics letters, Vol. 28, No. 7, pp. 531-533. DOl: 10.1364/OL.28.000531.
[6] Zhang Y., Shi Z. G., Qiu T. W. (2017). Infrared small target detection method based on decomposition of polarization information. .Journal of Electronic Imaging, Vol. 26, No. 3. DOl: 10.1117/1..I El.26.3.033004.
[7] .lian Gong, Liang Liu, Youjin He. (2018). The infrared polarization characteristics of ship-target in marine environment. Optical Sensing and Imaging Technologies and Applications, 108460W, pp. 1-10. DOLIO.1117/12.2504055.
[8] Goldstein D. H. (2011). Polarized Light. Third edition. CRC Press is an imprint of Taylor & Francis Group. London New York, 786 p. DOl: 10".1201/bl0436.
[9] Schuster N.. Kolobrodov V. G. (2004). Infrarotthermographie. Zweite, überarbeitete und erweiterte Ausgabe. WILEYVCH. Berlin, 354 p. ISBN: 978-3-527-40509-1.
[10] Chrzanowski K. (2010). Testing thermal imagers. Practical guidebook. Military University of Technology, 00-908 Warsaw, Poland, 164 p. ISBN: 978-83-61486-81-7.
[11] Kaplan H. (2007). Practical Applications of Infrared Thermal Sensing and Imaging Equipment. 3rd ed. SP1E Press (Washington), 192 p. ISBN: 9780819467232.
[12] Born М„ Wolf Е. (1999). Principles of Optics: Elcctrom-agnctic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light., 7th edn. Press, Cambridge: Cambridge University, 950 p. DOl: 10.1017/CB09781139644181.
[13] Zhao Y„ Yi C„ Kong S. C„ Pan Q„ Cheng Y. (2016). Multi-ban Polarization Imaging and Applications, Part, of the Advances in Computer Vision and Pattern Recognition. National Defense Industry Press, Beijing and SpringerVerlag Berlin Heidelberg, 194 p. DOl: 10.1007/978-3-66249373-1.
[14] Ourton K. P., Yulfa A. .1., Videen O. W. (2014). Enhanced facial recognition for thermal imagery using polarimetric imaging. Optics Letters, Vol. 39, No. 13, pp. 3857-3859. DOl: 10.1364/OL.39.003857.
[15] Kolobrodov V. O., Lykholit M. 1. (2007). Proektuvannya teploviziynykh i. televiziynykh system sposterezhennya /Design of thermal imaging and television surveillance systems/. K.: NTUU «КР1», 364 p. ISBN 966-622-230-2. [In Ukrainian].
[16] Liu M., Zhang X., Liu Т., Shi C„ et al. (2019). On-Orbit Polarization Calibration for Multichannel Polarimetric Camera. Applied Science, Vol.9, No.7. DOl: 10.3390/app90714"24.
[17] Zhao Y., Cong P., Pan Q. (2008). Object Detection by Spectropolarimeteric Imagery Fusion. IEEE 'transactions on Geoscience and Remote Sensing, Vol. 46, No. 10, pp. 3337-3345. DOl: 10.1109/TCRS.2008.920467.
[18] Kolobrodov V. C., Mykytenko V. 1., Tymchik C. S. (2020). Polyaryzatsiyna model: teplokontrastnykh ob:yektiv sposterezhennya [Polarization model of thermal contrast objects of observation]. Termoelektryka, No. 1, pp. 36-52. ISSN 1726-7714. [In Ukrainian],
[19] Karpenko 1. V., Kolobrodov V. C„ Sokol В. V. (2018). Polyaryzatsiynyy metod vyyavlennya teplo kontrastnoyi tsili na foni zavad [Polarization method for detecting heat contrast target against the background of interference]. Visnyk KhNU, seriya: Tekhnichni пайку, No.l, pp. 33 37. ISSN 2307-5732. [In Ukrainian],
Компьютерно-интегрированный метод обнаружения объектов поляризационным тепловизором
Колобродов В. Г., Микитсико В. И., ПиичукБ. Ю., Сокол Б. В., Тягур В. М.
Исследована упрощенная математическая модель преобразования и анализа инфракрасного излучения фопо-целевой обстановки разной степени поляризации в тепловизорах. Рассматривается монохроматическое излучение, которое содержит естественную и липейпо поляризованную компоненты. Модель поляризованного оптического сигнала является аддитивной. Состояние поляризации объектов описывается параметрами вектора Стокса. Рассмотрены принципы формирования поляризационных изображений и их анализа с использованием вращающихся поляризатора и фазовой пластинки. На выходе оптической системы установлен матричный приемник излучения. Он превращает двумерное распределение интенсивности излучения в электрический видеосигнал. Такое сочетание поляриметрического и видео каналов образует поляризационный тепловизор. который сформировал новую перспективную пишу технических средств дистанционного зондирования.
Предложен алгоритм обработки сигналов в поляризационных тепловизорах при условии, что в излучении цели липейпо поляризованная компонента является более выраженной, чем в излучении фона. На этапе анализа поляризации суммарного сигнала, поступающего от фопо-целевой обстановки, определяется преобладающее направление поляризации всего изображения. В случае наблюдения малоразмерных целей оно совпадает с направлением поляризации фона. За счет вырезания оптическими средствами указанной поляризационной компоненты сигнала из общей смеси, большая часть фонового изображения устраняется, а полностью поляризована компонента излучения цели остается в значительной степени сохранной. Контрастность конечного изображения цели па фоне существенно возрастает, увеличивается вероятность правильного обнаружения цели.
Ключевые слова: дистанционное наблюдение: тепловизор: инфракрасная поляриметрия
Computer-Integrated Method of Object Detection by Thermal Polarimetric Imager
Kolobrodov V. G., Mykytenko V. I., Pinchuk B. Yu., Sokol В. V., Tiagur V. M.
Introduction. A simplified mathematical model of infrared radiation transformation and analysis in thermal imagers for different degrees of polarization target environment has been studied.
Theoretic results. Monochromatic radiation, which contains natural and linearly polarized components, is considered. The polarized optical signal model is additive. The state of radiation polarization is described by Stokes vectors. The principles of polarization image formation and their analysis using a rotating polarizer and a phase plate are considered. A matrix radiation detector is installed at the output of the optical system. It converts two-dimensional distribution of radiation intensity into an electrical video signal. This combination of polarimetric and video channels forms a polarimetric thermal imager, which has formed a new promising niche of technical means for remote sensing. An algorithm for signal processing in polarimetric thermal imagers is proposed. It is suposed, that linearly polarized component is more pronounced in the target radiation than in the background radiation. At the stage of analysis of the polarization of the total signal coming from the target environment, the direction of the predominant polarization of the whole image is determined. In the case of observing small targets, this direction coincides with the direction of background polarization. Due to the optical means of cutting the specified polarization component of the signal from the total mixture, most of the background image is eliminated, and the fully polarized component of the target radiation remains largely-preserved.
Conclusions. The contrast of the final image of the target on the background increases significantly, the probability of correct detection of the target increases.
Key words: remote sensing: thermal imager: infrared polar imet.ry
