CC BY
31
ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ №1 (19) февраль 2012 г.
ЭНЕРГЕТИКА 65
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ТЕПЛОГРАММ ПРИ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ ДИАГНОСТИКЕ СЛОЖНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHODS OF THERMAL IMAGE PROCESSING IN THERMAL IMAGING УДК 772.96
DIAGNOSTICS OF COMPLEX OBJECTS
Р.А. РОМАНОВ аспирант СПБГУКиТ, директор по маркетингу Санкт-Петербург
и сбыту ООО «Балтех»
R.A. ROMANOV graduate student of SPbGUKiT, Sales and Marketing Saint-Petersburg
Manager of Baltech Ltd
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: тепловизионная диагностика, обработка теплограмм, методы диагностики KEYWORDS: thermal imaging diagnostics, thermal image processing, diagnostics methods
В статье рассматриваются проблемы тепловизионной диагностики сложных объектов методами обработки теплограмм. The article is concerned with problems of thermal imaging diagnostics of complex objects using methods of thermal image processing.
В настоящее время развитие всех направлений технической диагностики обусловлено актуальными проблемами общества, которые направлены на решение глобальных проблем в науке и технике. Методов и методик во всех известных и новых направлениях технической диагностики за последние десятилетия появилось множество, но не все они универсальны и эффективны. Для сложных технических объектов очень часто рассматривается проблема обеспечения и повышения их надежности.
В настоящее время наряду с методом тепловизионной диагностики на практике применяется ряд других методов. В данном разделе мы хотим провести сравнительный анализ эффективности наиболее распространенных методов применительно к задаче оценки качества диагностики аудиовизуальной аппаратуры. Для решения указанной задачи воспользуемся наиболее признанными в данное время в теории принятия решений методом анализа иерархий (МАИ) [1]. Ниже излагаются основные положения МАИ, необходимые для выполнения расчетов.
В соответствии с терминологией МАИ сравниваемые методики будем называть альтернативами. Каждая методика (альтернатива) характеризуется совокупностью оценок-технических, экономических, финансовых, экологических и и.д., которые будем называть критериями. Альтернативы однородны по своей внутренней природе, а критерии альтернатив независимы методу собой и не оказывают влияния на другие альтернативы и критерии других альтернатив. Задача состоит в выборе лучшей альтернативы или их упорядочения в порядке значимости показателя эффективности. В основе метода МАИ лежат понятия об иерархии и приоритетах.
В качестве сложного объекта исследования автором был выбран цифровой киновидеокомплекс одного из кинотеатров
г. Санкт-Петербурга. Основными объектами для разработки методов преобразования и анализа теплограмм аудиовизуальной техники необходимо принять ограждающие конструкции кинотеатра, его операторскую и непосредственное основное и вспомогательное оборудование для кинопроката: кинопроекторы и их поддерживающие вспомогательные системы охлаждения, электрические системы, механические системы и системные программные стойки и пр.
Необходимость и проблема проведения постоянной тепловизионной диагностики и контроля технического состояния кинопроекционной техники и инфраструктуры кинотеатров, также заключается в следующем:
- Кинотеатры относятся к объектам скопления большой массы людей, вследствие этого, они являются объектами повышенного внимания с точки зрения пожарной безопасности людей и технического персонала (особенно кинотеатры и видеозалы, совмещенные с торговыми центрами в крупных городах);
- В зависимости от степени нагрева (величины температурного поля) объекта аудиовизуальной техники можно запланировать ремонт c наименьшими потерями и затратами (контроль кинотехники подлежащего ремонту по резервным схемам, проведение ремонта во время наименьшей нагрузки, более рациональное использование технического персонала).
Преимуществами тепловизионной диагностики является:
- Безопасность персонала при проведении измерений;
- Не требуется отключение киноаппаратуры (бесконтактный контроль);
- Не требуется специальных помещений и подготовки рабочего места;
- Большой объём выполняемых
диагностических работ за единицу времени;
- Возможность определение дефектов аудиовизуальной техники на ранней стадии развития;
- Диагностика всех типов аудиовизуальной техники;
- Малые трудозатраты на производство измерений;
- Достоверность, точность и наглядность получаемых сведений и отчетов.
Целью исследовательской работы является разработка и развитие конструктивно-технологического подхода к обеспечению безопасности и надежности объектов киновидеоиндустрии и в частности цифрового киновидеокомплекса путем создания алгоритмов и разработки методов обработки и анализа теплограмм.
Методами для решения проблемы преобразования и анализа теплограмм для диагностики технически сложных объектов и в частности цифрового киновидеокомплекса являются [2]:
- линейное контрастирование и поэлементная обработка изображений;
- нелинейная обработка изображений с целью улучшения контраста;
- расчет допустимых границ уровней температур (интервальный анализ);
- дискриминантный анализ;
- дисперсионный анализ;
- проверка гипотез согласия с нормальностью.
Для разработки технологии экспериментальных измерений была проведена исследовательская работа по выбору аппаратуры и разработки программного обеспечения для регистрации теплограмм. Для данной исследовательской работы, где важна чувствительность и качество изображения теплограмм, следует применять микроболометры на оксиде ванадия с разрешением не хуже 160х120 пикселей, также необходимо принять во внимание температурный диапазон ►
66 ЭНЕРГЕТИКА №1 (19) февраль 2012 г. ЭКСПОЗИЦИЯ НЕФТЬ ГАЗ
измерений, стоимость тепловизора, объем памяти и точность измерения (температурную чувствительность). По соотношению цена/функциональность на сегодняшний день для решения задач диагностики аудиовизуальной техники лидируют тепловизи-онные комплекты серии ВА^ГЕСН TR-01100 и разработанное автором программное обеспечение для обработки теплограмм на персональном компьютере. За время проведения экспериментальной исследовательской части было произведено снятие и обработка более 200 теплограмм однотипных цифровых киновидеопроекторов для определения технического состояния данных сложных объектов.
Одним из эффективных методов обработки теплогамм является нелинейное преобразование изображений с целью повышения контраста. Это одно из направлений тепловизионной диагностики связано со зрительным анализом изображений термограмм. Естественно поставить вопрос о предварительной обработке тепло-граммы с целью улучшения его внутренних характеристик, обеспечивающих качество зрительного восприятия теплограммы. Наиболее важными характеристиками изображения, влияющими на качество его зрительного восприятия при отсутствии шумов, являются средняя яркость изображения и его контраст [3]. Под контрастом принято понимать различное количественное восприятие двух частей изображения, видимых одновременно или последовательно. Если В. и Вj яркости двух частей изображения, то контраст К., есть
I <K;j 5+] О)
Где г - параметр, характеризующий физиологический уровень реакции зри тельной системы на яркостный сигнал. Для человека г~0,4, и поэтому в формуле (1) в теоретических рассмотрениях принято по лагать 2г~1, тогда (1) трансформируется в (2)
имеем дело с сюжетными изображениями, которые содержат много градаций яркости. В процессе восприятия сюжетного изображения глаз человека осуществляет сканирование, благодаря чему на центральные и периферийные отделы сетчатки попадает световой поток от всех элементов изображения, создавая на сетчатке глаз среднюю освещенность, пропорциональную средней яркости изображения В0.
Подставляя полученные результаты, находим что контраст преобразованного изображения, как функция параметра 5, равен
(3)
В (3) I- [, равно математическому ожиданию случайной величины х, распределенный по закону (24).
Опираясь на формулу (3), нетрудно показать, что имеют место следующие результаты:
К/ (1 в ) = 0,72 06 К* (1 / 2 )= 0,6366 К'(1)=<иб40 к! (2)= 0,3011
Таким образом показано, что контраст преобразованного изображения не зависит от сюжета исходного изображения, его гистограммы и контраста, а является характеристикой вида нелинейного статистического преобразования и в зависимости от величины параметра 5 может служить
мерой его эффективности.
Нелинейное контрастирование термограмм улучшает их визуальное восприятие. Оно в зависимости от классов исследуемых объектов может быть использовано как до, так и после обработки термограмм по другим более сложным статистическим алгоритмам.
ВЫВОДЫ:
1. При тепловизионной диагностике сложных объектов для повышения достоверности диагноза необходимо производить анализ теплограмм методами обработки изображений (нелинейное преобразование изображений с целью повышения контраста, инверсию изображения, линейное контрастирование изображения, построение линейной и кумулятивной гистограмм изображения, бинаризация изображения, интерполяция первого порядка и пр.).
2. Взаимосвязи между элементами сложного объекта наглядно и эффективно выявляются термографической диагностикой и анализом теплограмм. ■
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА:
1. Саати Т.Л. Принятие решений при зависимостях и обратных связях. - М.: ЛКИ, 2008, с.360.
2. The Thermography Monitoring Handbook, author: Roderick A. Thomas, Oxford, UK, 1999, с.62.
3. Неструк В.Ф. Структура статистических преобразований изображений в ограниченном динамическом диапазоне. Труды ГОИ им.С.И.Вавилова, 1982, т.51, вып. 185, с.13-22.
Следует пояснить, что формула (2) действует, когда имеет место двух града ционное изображение, в котором один уро вень яркости образует фон, а другой ха рактеризует изображение. На практике мы
Рис. 1. Пример нелинейного преобразования изображения с целью повышения контраста.
