WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 10 ] --

2.5 Метод определение трехмерной формы объектов на основе одной поляризационной термограммы с Дальнейшее развитие методов и способов тепловизионного определения объемной формы объектов [25, 26, 27, 31] предопределяет возможность определения их трехмерной формы в реальном масштабе времени. С развитием технической базы научного и специального оптико-электронного приборостроения, с расширением области решения различных задач в науке, технике, медицине и оборонной отрасли, возникает острая необходимость в быстрых и эффективных методах решения поставленных задач. Возможности системы выполнять анализ и обработку поступающей информации, в том числе в изображении сцены, меняющуюся как во времени, так и в плане объектно-фоновой ситуации, выделяют её мобильные качества и расширяют область применимости и поле решаемых задач.

В виду выше изложенного, разработан метод определения трехмерной формы объектов в реальном масштабе времени, задачей, на решение которой направлен предлагаемый метод, является дистанционное определение трехмерных характеристик формы наблюдаемого объекта внутри его тепловизионного контура на основе одного поляризационного изображения.

Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в определении и трехмерной визуализации формы объекта в реальном масштабе времени, расширение информативности тепловизионного канала оптических и оптико-электронных систем наблюдения, что дает неоспоримое преимущество перед аналогичными способами [29].

Поляризационно-комбинированное изображение изображение полученное, полученное регистрацией инфракрасного оптического излучения, тепловизионной системой, с применением линейного Поляризационно-комбинированное изображение не обладает свойствами классической термограммы.

Рассмотрим оптико-физическое обоснование метода определения поляризационной термограммы [29, 42].

Вектор-параметр Стокса собственного теплового излучения объекта имеет вид [10, 46, 51]:

где – поток собственного излучения объекта; Р, t, – степень, азимут и степень эллиптичности поляризации теплового излучения объекта.

В качестве комбинированного поляризационного фильтра используется последовательно расположенные ахроматическая пластинка /4 с углом ориентации быстрой оси =45° и линейный инфракрасный поляризатор с азимутом tп=0° [48, 52]. Матрицы пропускания пластинки /4 и линейного поляризатора имеют соответственно следующий вид:

где /4, п- энергетический коэффициент пропускания ахроматической пластинки /4 и линейного поляризатора.

Вектор-параметр Стокса для потока излучения комбинированного поляризационного фильтра получиться следующим образом:

Так как первый элемент вектор-параметра Стокса теплового излучения представляет собой значение энергетического потока теплового излучения объекта, то выходной сигнал на выходе приемника излучения записывается в виде:

где S – чувствительность приемника излучения, который располагается после комбинированного фильтра.

На основании формул где ||, – перпендикулярная и параллельная поляризационная компоненты коэффициента излучения материала поверхности объекта.

То уравнение, которое связывает выходной сигнал Uн в нормированном виде со степенью поляризации P, после определенных преобразований принимает вид:

Учитывая выражение связи степени поляризации P поляризации теплового излучения плоского элемента поверхности с углом ориентации элемента по отношению к наблюдателю и решая уравнение (105), получим связь угла ориентации локальных элементов поверхности объекта через видеосигналы Uн этих элементов:

Эта функциональная связь угла и видеосигнала U и используется для определения формы объекта.

Практически при обработке термограмм процесс определения формы объектов осуществляется по следующим формулам:

которые с учетом (107), формируют следующие выражения для третьей координаты трехмерной поверхности объекта, при сканировании в плоскости параллельной координатным плоскостям XOY и XOZ.

Устройство, с помощью которого реализуется настоящий способ определения трехмерной формы объектов также защищено патентом РФ на изобретение, а его схема приведена на рисунке 32 [30].

Рисунок 32 – Функциональная схема устройства определения трехмерной формы объектов на основе комбинированного поляризационного

Работа устройства заключается в следующем: тепловое излучение исследуемого объекта 1 проходит инфракрасный поляризационный фильтр 2, который представляет собой последовательно расположенные ахроматическую четвертьволновую платину и линейный ИК поляризатор с азимутом поляризации 0 градусов. Далее излучение фокусируется оптической системой 3 на матричный приёмник излучения (МПИ) 4, сигнал от которого поступает на вход блока усиления 5. После блока 5 сигнал поступает в блок обработки информации 6, содержащего аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Цифровая информация поступает в блок хранения 7, из которого передается на ЭВМ 8, где при помощи программного обеспечения 9 производится обработка и вычисление декартовых координат всех NK элементарных площадок на поверхности наблюдаемого объекта.

При этом, две (y и z) из трёх декартовых координат элементов поверхности объекта определяются размерами теплового изображения объекта, а вычисление третьей координаты x осуществляется за счет функциональной зависимости степени поляризации P теплового излучения каждого из элементов изображений от угла ориентации излучающей площадки относительно направления её наблюдения и передается на устройство вывода информации 10.





2.6 Метод определения трехмерной формы объектов с направленно-рассеивающим покрытием на основе анализа яркости отраженного излучения элементов их поверхности При решении задачи определения трехмерной формы объектов получил развитие метод, описанный в параграфе 1.2.3 первой главы. Задачей, на решение которой направлен метод, является определения трехмерной формы объектов, как с диффузным, так и с направленно-рассеивающим покрытием.

Для представления сути предлагаемого метода определения трехмерной формы объектов как с диффузным, так и с направленно-рассеивающим покрытием, рассмотрим следующее теоретическое обоснование.

Рассмотрим на рисунке 33 произвольный элемент dA поверхности объекта в декартовой системе координат XYZ и допустим, что его нормаль n составляет углы и соответственно с осями OZ и OX. Эти углы и определяют ориентацию элемента в трехмерном Направление источника освещения элемента dA определяется вектором ro, а направление, из которого визируется этот элемент, вектором rн.

Сферические координаты этих направлений соответственно равны (o, o) и (н, н) [32].

Рисунок 33 – Геометрия освещения и наблюдения элемента dA в В общем случае угол между векторами ro и n равен o, а между векторами rн и n равен н.

На основании данных работ [40, 44, 47] сила отраженного излучения элементом dA равна выражению:

где E – освещенность элемента dA которая формируется источником коллимированного излучения; (н,о) – индикатриса яркости отражения элемента dA с произвольным покрытием.

На основании выражения (111), яркость отраженного излучения элемента dA равна:

Представим индикатрису яркости отражения в виде:

где о- коэффициент яркости элемента dA в направлении зеркального отражения; – угол между направлениями зеркального отражения и наблюдателя; m – параметр, зависящий от характера рассеяния покрытия элемента dA (m0; при m=0 отражение является ламбертовым, а при m отражение носит направленно-рассеивающий характер).

Следует отметить, что величина cos2m представляется ввиде:

На основании (111) и (114) выражение для сигнала, который формируется отраженным излучением элемента dA поверхности объекта можно представить в виде:

где Aвх и – площадь входного зрачка и мгновенный угол поля зрения измерительной системы; S – чувствительность приемника излучения измерительной системы.

Рассмотрим два варианта освещения и наблюдения объекта:

где i, k – единичные вектора соответственно направлений осей OX и OZ.

В свою очередь вектор нормали n согласно рисунку 32 можно представить в виде:

Для направленно-рассеивающего покрытия элемента dA поверхности объекта m=0,5.

На основании выражений cosО=( n, ro ) и cosН=( n, ro ) и формул (116)– (118) имеем:

В конечном счете, на основании (112), (113), (119) и (120) для обоих нормализованных сигналов равны:

Решая данную систему уравнений, получаем значения для tg и tg в виде:

В конечном итоге, координаты y и z элементов наблюдаемой поверхности объекта определяют по двумерной картине объекта в плоскости изображения YOZ с учетом масштаба изображения, а третью координату x внутри контура изображения определяют выражениями:

где K, N – номера строк и элементов строки, для которых измеряется третья координата x в изображении поверхности объекта; y, z – шаг сканирования поверхности объекта соответственно вдоль координат OY и OZ.

формирования сигналов в тепловизионных приборах. Выявлены основные проблемы современного тепловидения. Рассмотрены принципы расширения информативности оптического канала ТВП, на основе оптических свойств собственного и отраженного излучения поверхности объектов.

2. С использованием формализма вектор-параметра Стокса и матриц Мюллера разработаны теория, метод и математическая модель определения трехмерной формы выпуклых объектов на основе двух поляризационных термограмм с учетом эллиптичности поляризации собственного инфракрасного излучения и оптических свойств материалов поверхности объектов.

3. Разработан и исследован метод получения информации о трехмерной форме объектов с использованием комбинированного поляризационного фильтра на основе последовательно расположенных ахроматической четвертьволновой пластины и линейного ИК поляризатора. Особенностью метода является возможность определения трехмерной формы объектов в реальном масштабе времени. Технические решения метода защищены патентами РФ на изобретение № 2431936 и № 2469265.

4. Развит и усовершенствован метод определения трехмерной формы объектов на основе регистрации и обработки яркости отраженного излучения, элементов поверхности характерной чертой которого является его применимость к поверхностям объектов, как с диффузным, так и с направленно-рассеивающим характером отражения. Технические решения метода защищены патентом РФ на изобретение РФ № 2491503.

3 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНОЙ ФОРМЫ ОБЪЕКТОВ НА

ОСНОВЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ТЕРМОГРАММ

3.1 Методика математического моделирования поляризационных тепловизионных изображений выпуклых На кафедре оптико-электронных приборов, а впоследствии, на кафедре наносистем и оптотехники ФГБОУ ВПО «СГГА» под руководством профессора Тымкула В.М. выполняются НИР по разработке математических моделей, теоретическому и экспериментальному исследованию тепловизионных изображений, в том числе, поляризационных. В этом параграфе, а также в п.3.2. рассматриваются развитие этих исследований, в основном, в частности анализа влияния оптических свойств поверхности объектов на поляризационные термограммы.



Pages:     | 1 |   ...   | 8 | 9 || 11 | 12 |   ...   | 15 |
 


Похожие работы:

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.