Системы тепловидения Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

P.645 - 654.

Аршакян Александр Агабегович, канд. техн. наук, докторант, elarkin@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

SCENE PANORAMIC OBSERVATION FROM FLYING MACHINE BOARD

A.A. Arshakyan

The model ofpanoramic image forming for a case, when a round observation chamber is placed on a flying machine board, is worked out. Dependencies which are linkedflying machine linear and angular co-ordinates alteration with image shift in arbitrary frame of panoramic observation system are obtained. It is shown that in systems with photo-electronic converter based on CCD blur-type dynamic aberrations are arise, but in CMOS photo-electronic converters geometrical aberrations are formed. Both types of aberrations create additional difficulties in joint-procedure of panorama neighboring frames.

Key words: scene, panoramic image, frame, flying machine, linear co-ordinates, angular co-ordinates, aberrations.

Arshakyan Alexander Agabegovich, postgraduate, candidate of technical science, elarkin@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.833

СИСТЕМЫ ТЕПЛОВИДЕНИЯ

Е.В. Филиппова, А.Е. Филиппов

Рассмотрен способ получения теплового изображения. Представлена обобщенная структурная схема получения теплового изображения. Описаны коэффициенты излучательных способностей различных тел и коэффициент пропускания среды. Рассмотрено устройство тепловизионной аппаратуры. Авторами предложено обеспечить тепловизионным комплексом мобильный робот, предназначенный для сканирования местности с распознаванием получаемых образов.

Ключевые слова: тепловое излучение, тепловизор, коэффициент излучения, коэффициент пропускания, изображение, наблюдение, робот.

Тепловизионные приборы начали свое развитие в 60-е годы ХХ века и в настоящее время получили широкое распространение в науке и технике [1]. Использование тепловизоров обусловлено такой сферой деятельности, где необходимо оперативно и своевременно отслеживать тепловые изменения.

Диапазоны тепловизионной аппаратуры охватывают следующие области длин волн: 8 - 14 мкм - область далекого инфракрасного излучения и 3 - 5,5 мкм - среднего инфракрасного излучения. Именно в этих областях приземные слои атмосферы прозрачны для инфракрасного излучения, а излучательная способность наблюдаемых объектов с температурой от -50 оС до 500 оС максимальна [2].

Структурная схема тепловизора представлена на рисунке.

Обобщенная структурная схема тепловизора

Тепловые изображения создаются главным образом за счет собственного излучения и различий в излучательной способности [1].

Чтобы обнаружить, а затем и опознать объект, он должен отличаться по температуре от фона на достаточную величину, которая позволила бы отделить его от других вариаций фона.

Обычные тела в общем случае не являются черными телами, поэтому поглощают только часть А падающего излучения, отражают часть R и пропускают часть T. Эти коэффициенты селективны, то есть А(Х), R(k) и T(X) зависят от длины волны. Коэффициент s(X) компенсирует поглощение А(Х). Различные материалы обладают различными значениями спектрального коэффициента излучения s(X): абсолютно черное тело имеет излуча-тельную способность s = 1 во всем диапазоне длин волн; для серого тела в определенном диапазоне длин волн s = const < 1. Излучательная способность селективного излучателя 0 < s(X) <1 и может быть однозначной функцией X того или иного вида. Излучательная способность зависит также от угла зрения [2].

Тепловое излучение ослабляется при прохождении через земную атмосферу вследствие поглощения и рассеяния молекулами газа, скоплениями молекул (аэрозолями), дождем, снегом, дымом, туманом, смогом. Наиболее сильно излучение поглощается парами воды, углекислым газом,

озоном. На данной длине волны при определенном состоянии атмосферы коэффициент пропускания атмосферы определяется законом,

Ta(X) = exp (- y(X) R), где R - расстояние или длина пути, а y(X) - показатель ослабления. Показатель ослабления равен сумме показателей рассеяния o(X) и поглощения к(Х):

y(X) = o(X) + к(Х).

Показатели рассеяния и поглощения в свою очередь состоят из молекулярной и аэрозольной компонент:

o(X) = Om(X) + Oa(X), к(Х) = Km (X) + Ka(X).

Средний коэффициент пропускания атмосферы в определенном диапазоне X1 — X2

1 1*1

Та = i l exP(_g(1)R)d1

Фоточувствительным элементом современного тепловизионного прибора является фокально-плоскостная двумерная многоэлементная матрица фотоприемников (FPA - focal-plane array), изготовленная на основе полупроводников - примесных кремния и германия. От характеристик объектива, так же как и от характеристик матрицы, во многом зависит точность тепловизора, дальность обнаружения теплового излучения, угол работы устройства и т. д. Линза такого объектива не может быть изготовлена из стекла, так как оно не способно пропускать инфракрасное излучение. Поэтому линзы для тепловизоров изготавливаются из очень редких материалов, преимущественно из германия [4].

Особый интерес представляет конфигурация тепловизора и видеокамеры, которая в условиях видимости может фиксировать изображение, уловленное до этого в инфракрасном диапазоне (дальность видения тепловизора может в разы превышать дальность видения обычной видеокамеры). Изображения как накладываются друг на друга, так и транслируются отдельно. Специальное программное обеспечение позволяет настроить работу тепловизионного комлпекса, максимально эффективно скоординировав работу всех входящих в него устройств.

Видеокамера и тепловизор имеют поля зрения, которые пересекаются между собой. Данные от источников поступают на видеосервер, где с помощью специально разработанного алгоритма обрабатываются. Алгоритм подавляет избыточную информацию и выводит обработанный результат. Такая система позволяет сопоставить образы, получаемые от телевизионной и тепловизионной камер. При этом уменьшается возможность ложных интерпретаций образов, а искусственные ориентиры намного легче детектировать.

Тепловизионный комплекс устанавливается на мобильный робот или на выносную систему видеонаблюдения для наблюдения с борта мобильного робота или со стороны, а также для осуществления кругового наблюдения со стационарной позиции в опасной для человека зоне.

Дополнение системы видеонаблюдения робота тепловизором значительно повышает качественные характеристики от использования робота в уже известных областях и открывает новые перспективные возможности применения не только мобильного робота, но и стационарной системы наблюдения.

Список литературы

1. Дж. Ллойд. Системы тепловидения / под ред. А.И. Горячева. М.: Мир, 1978. 407 с.

2. Госсор Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: пер. с франц. М.: Мир, 1988. 416 с.

3. Л.З. Криксунов. Справочник по основам инфракрасной техники. М.: Сов. Радио, 1978. 400 с.

4. Ушакова М.Б. Тепловизоры на основе неохлаждаемых микробо-лометрических матриц: современное состояние зарубежного рынка и перспективы развития. М.:ОНТИ ГУП “НПО “Орион”, 2001. 27 с.

5. http : //teplovizor. su/proizvodstvo

Филиппова Екатерина Вячеславовна, аспирант, kisskm a hk.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Филиппов Александр Евгеньевич, техник, dikorrva mail.ru. Россия, Тула, ООО «Группа МИГ»

THERMOVISION SYSTEMS E.V.Filippova, A.E.Filippov

The way of obtaining the thermal image is considered. The generalized block diagram of obtaining the thermal image is submitted. Coefficients of radiating abilities of various bodies and coefficient of a transmission of the environment are described. The device of the thermovision equipment is considered. Authors it is offered to provide with a thermovision complex the mobile robot intended for scanning of the district with recognition of received images.

Key words: thermal radiation, thermal imager, radiation coefficient, transmission coefficient, image, supervision, robot.

Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, postgraduate, kisskina,hk.ru. Russia, Tula, Tula State University,

Filippov Aleksandr Evgenevich, technician, di^^^maUm, Russia, Tula, Limited Liability Company «Gruppa MIG»