CC BY
157
УДК 621.384.326
СОЗДАНИЕ БАЗЫ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕКОТОРЫХ ОБЪЕКТОВ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ РАЗВЕДКИ И НАБЛЮДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ
ПРИБОРОВ
А.М. Садыков, А.Н. Васильев
В статье описывается проведение исследовательских работ по формированию экспериментальной базы тепловизионных изображений некоторых образцов вооружения, военной и специальной техники, а также военнослужащих. Дан порядок их выполнения и приведены основные результаты. Выделены особенности тепловых сигнатур исследуемых объектов. Предлагается использование результатов в устройствах автоматического распознавания целей при помощи тепловизионных каналов в качестве исходных данных при создании базы эталонов, а также при оценке эффективности приборов
Ключевые слова: тепловизионный прибор, спектральный диапазон, объект наблюдения, тепловая сигнатура
Тепловизионные приборы (ТВП) и системы в настоящее время являются неотъемлемой частью многих современных вооружений, военной и специальной техники (ВВСТ) они находят применение в качестве приборов разведки и наблюдения, ночных прицелов или ночных каналов в системах управления огнем бронетехники, авиации и корабельных вооружений [1].
Одной из главных задач является оценка эффективности использования тепловизионных систем, как входящих в состав ВВСТ, так и в создаваемых современных комплексах наблюдения и разведки. В решении этой задачи накопление и анализ банка данных по сигнатурам ВВСТ в тепловом изображении в различных спектральных поддиапазонах способствуют совершенствованию существующих ТВП и перспективных поколений тепловизионных систем, в том числе с автоматическим распознаванием целей.
В октябре 2007 года на полигоне Казанского ВАКУ проведены экспериментальные измерения теплового состояния бронетанковой техники и военнослужащих в различной экипировке и с разнообразным вооружением. Объекты
исследовались как в статическом, так и в динамическом режимах. В статическом режиме рассматривались неподвижные объекты в разных проекциях на неизменном расстоянии от измерительного прибора, составляющем 60 метров. В динамическом режиме рассматривались ситуации подхода боевой техники и ее маневрирование со сменой проекции как для статического режима. Скорость регистрации кадров в условиях динамического режима составляла 2,5 кадра в секунду. Наблюдения осуществлялись при помощи измерительного комплекса ТОР, который предназначен для спектрорадиометрических тепловизионных исследований различных объектов в областях спектра 3 - 5 и 8 - 12 мкм в натурных условиях с сопровождением тепловизионных изображений телевизионными изображениями.
Садыков Александр Мунирович - КВВКУ (ВИ), адъюнкт, тел. 89046706590
Васильев Андрей Николаевич - КВВКУ (ВИ), преподаватель, тел. 89274421965
Состав комплекса:
- оптико-механический блок тепловизора AGA-780, шведской фирмы Agema, имеет два спектральных канала 3 - 5 и 8 - 12 мкм;
- электронные блоки сопряжения и персональный компьютер;
- модели абсолютно черного тела (АЧТ) типа 1010 в комплекте тепловизора в количестве 2 штук;
- дистанционно управляемая видеокамера Panasonic M7 защищенная от механических и метеорологических воздействий;
- штатив со сменными ручными и дистанционными угловыми подвижками и монтажной платформой оптических частей приборов.
Для регистрации сопровождающих эксперимент метеорологических условий применяются стандартные измерительные средства:
- анемометр ручной индукционный АРИ - 49 со встроенной оптопарой для измерения скорости ветра;
- психрометр аспирационный МВ - 4M для измерения относительной влажности воздуха;
- датчик температуры воздуха на основе платинового датчика температуры ИС - 568А.;
- пиранометр универсальный М - 80М для измерения горизонтальной освещенности.
Основную метрологическую нагрузку аппаратуры ТОР несет тепловизор - радиометр AGA - 780 в комплекте с двумя АЧТ диаметром 100 мм каждое. Температура АЧТ регулируется при помощи блоков управления с фиксированными значениями установок температуры от 16°С до 100°С - с шагом 2° до 40° и далее с шагом 5°С до 100°С.
Регистрация данных осуществлялась с помощью персонального компьютера, в память которого записывались теплокадры в спектральных диапазонах 3 - 5 и 8 - 12 мкм, видеокадр сопровождения, сопроводительная информация (коэффициенты усиления каналов, метеоданные, температура АЧТ и тест-объекта). При этом обеспечивался визуальный просмотр одновременно со всех информационных каналов в реальном времени регистрации.
Исследования проводились в спектральных поддиапазонах: LW (7,6 - 11,8 мкм), SW0 (2,1 - 5,5 мкм), SW2 (4,7 - 5,5 мкм).
В качестве объектов наблюдения были использованы:
1. Автобронетанковая техника - танк Т - 72Б, самоходные артиллерийские орудия 2С3, 2С19, подвижный разведывательный пункт ПРП - 3, командирская машина (КМУ) 1В14, ЗИЛ-131 с тентом, ГАЗ - 66 с кунгом;
2. Военнослужащие (одиночные и в составе групп) в летней форме одежды с различным снаряжением (бронежилет, противогаз и т.д.) и следующими средствами ближнего боя (СББ):
- 5,45 - мм автомат Калашникова (АК - 74);
- 5,45 - мм ручной пулемет Калашникова (РПК - 74);
- 7,62 - мм снайперская винтовка Драгунова (СВД);
- ручной противотанковый гранатомет (РПГ - 7В);
- переносной противотанковый ракетный комплекс (ПТРК), с тепловизионным прицелом 1ПН65.
В ходе исследований была получена база радиационных изображений объемом более 3800 кадров [2].
Так на рис. 1, 2, 3, 4 в качестве примера приведены результаты исследования объекта КМУ 1 В14 при наблюдении в статическом режиме и полученные радиационные сигнатуры данного объекта (табл. 1, 2) в различных поддиапазонах инфракрасного спектра. Цифровые обозначения на изображениях указывают номера зон, относительно которых приводятся оценки средних значений контрастов радиационных температур
рассматриваемых элементов объекта и близлежащего фона земли (зона 1). Здесь в табл. 1 в первой строке приводится номер рассматриваемой зоны, во второй строке - среднее значение эффективной радиационной температуры зоны, а в третьей ее среднеквадратическое отклонение (СКО) в рассматриваемом фрагменте. Там, где указывается максимальное значение радиационной температуры
- вместо значения СКО стоит прочерк.
В свою очередь табл. 2 строится в
соответствии с таблицей радиационных температур зон. Все контрасты рассчитываются относительно близлежащего фона земли (асфальт).
Таблица 1
Радиационные температуры зон
1 2 3 4 5
LW 287,02 283,52 297,87 290,28 304
0,89 0,55 0,80 0,82 -
SW 302,05 292,32 303,6 297,18 314
1,01 2,84 0,87 0,85 -
SW2 287,20 283,21 296,56 289,06 309
1,00 1,45 1,21 1,30 -
Таблица 2 Контрасты зон
2 3 4 5
LW -3,5 10,85 3,26 16,98
SW -9,73 1,55 -4,87 11,95
SW2 -3,99 9,36 1,86 21,8
Рис. 1. КМУ 1В14 видео изображение
Рис. 2. КМУ 1В14 тепловизионное изображение в диапазоне LW (7,6 - 11,8 мкм)
Рис. 3. КМУ 1В14 тепловизионное изображение в диапазоне SW0 (2,1 - 5,5 мкм)
Рис. 4. КМУ 1В14 тепловизионное изображение в диапазоне SW2 (4,7 - 5,5 мкм)
Особенности тепловых сигнатур
автобронетанковой техники:
1. После прогрева ПРП - 3 в течение 10 минут контраст зоны двигателя во всех диапазонах увеличился не более чем на 2 К.
2. Применение маскировочной сети в один слой не снизила демаскирующих признаков объекта в тепловых областях спектра.
3. Можно отметить, что выхлопные патрубки двигателей бронетанковой техники, из-за своего расположения и конструктивных особенностей, создают меньший контраст в тепловизионном изображении по сравнению с выхлопными патрубками автомобилей. Однако и при этом наблюдаемый радиационный контраст остается значительным - несколько десятков градусов.
4. Ход контрастов в диапазонах LW (7,6 - 11,8 мкм) и SW2 (4,7 - 5,5 мкм) сходен, вследствие преобладания собственной тепловой составляющей излучения объектов для данных диапазонов.
5. Диапазон SW0 (2,1 - 5,5 мкм) содержит значительную долю рассеянного и отраженного излучения, что характерно проявляется в радиационных изображениях (наличие блика на стекле автомобиля, невидимого в диапазоне LW; яркое свечение фар; значительная величина радиационной температуры фона земли).
Особенности тепловых сигнатур
военнослужащих:
1. Наиболее контрастными выглядели те части тела военнослужащего, которые не имеют элементов снаряжения, несмотря на прикрывающую их форму одежду (предплечья, грудь, спина, ноги). Фрагменты головы в большинстве случаев выглядели менее контрастно, что связано, по-видимому, с особенностями теплообмена открытых участков кожи человека с окружающей средой.
2. Использование бронежилета, шлема стального и другого снаряжения, а также наличие на спине военнослужащего переносной радиостанции Р - 107М, заметно снижало средний радиационный контраст всего объекта (цели).
3. Распознавание макета пусковой установки (ПУ) ПТРК 9К111 с тепловизионным прицелом 1 ПН65 в лобовой проекции было затруднительным. В боковой проекции хорошо проявлялись следующие характерные для распознавания в
тепловом изображении признаки ПУ ПТРК: её профиль, горизонтально расположенный контейнер ракеты и оптикоэлектронный блок тепловизионного прицела.
Основные результаты проведения испытаний:
- получены экспериментальные значения
радиационных контрастов целей типа «ростовая фигура солдата» (РФС) в спектральных диапазонах излучения 3 - 5, 8 - 14 мкм, а также в ряде промежуточных поддиапазонов;
- получены тепловизионные сигнатуры РФС в различных ракурсах с демаскирующими признаками в виде наличия на РФС бронежилета, радиостанции или стрелкового оружия;
- получены экспериментальные значения
радиационных контрастов объектов
автобронетанковой техники в «холодном»
состоянии, после маневрирования и в различных ракурсах, в спектральных диапазонах 3 - 5 и 8 - 14 мкм, что существенно дополняет банк данных по целям типа «танк»;
- выявлен ряд признаков, характеризующих принадлежность объекта к определенному типу ВВСТ.
Таким образом, полученные тепловизионные изображения некоторых видов автобронетанковой техники и военнослужащих с различными видами стрелкового оружия лягут в основу базы эталонов образов объектов. Данная база будет использоваться в устройстве автоматического распознавания целей перспективной системы разведки и наблюдения, при этом цель будет распознаваться
(идентифицироваться) посредством сравнения полученного и обработанного ТВП изображения с хранящимся в базе эталоном и на основе совпадения будет выдаваться решение о принадлежности к определенному типу объектов.
Литература
1. Богатинов С.В., Шеремет И.Б. О совершенствовании разведки в интересах огневого поражения противника ракетными войсками и артиллерией. Военная мысль, 2006, № 11, с. 32 - 36.
2. Отчет о НИР, Инв. № Р-5618, Казанское ВАКУ (ВИ), ФГУП НПО «ГИПО», - Казань, 2008, 224 с.
Казанское высшее военное командное училище (Военный институт)
CREATING THE BASE OF SOME OBJECT IMAGES, AIMED AT SOLVING THE PROBLEMS OF RECONNAISSANCE AND SURVEILLANCE, USING THERMAL IMAGING DEVICES A.M. Sadykov, A.N. Vasilev
The article describes the prosecution of research work on forming the experimental base of thermal images of military personnel and some types of fighting equipment, armament and special-purpose equipment. The procedures and basic results are described, as well. The special features of thermal signatures of the objects under research are emphasized. The results are proposed to be used in automatic target recognition devices, using thermal channels as basic data when creating a base of templates, as well as at device performance evaluation
Key words: thermal imaging device, spectral range, surveillance object, thermal signature
