WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 13 ] --

Для оценки погрешности воспользуемся величинами d/ и dx/x, которые характеризуют относительные ошибки определения соответственно инструментальных погрешностей dU1 и dU2 величин видеосигналов поляризационных изображений.

Проведем оценку погрешности для следующих условий:

P – степень поляризации собственного теплового излучения берем в интервале от 0,05 до 0,95 с шагом 0,05; а = 0,7; dU1 = dU2 =0,002.

Схема алгоритма расчета ошибки определения угла ориентации и координаты приведена на рисунке 59.

Рисунок 59 – Схема алгоритма расчета ошибки определения угла На основе выше описанной методики анализа точности метода определения трехмерной формы объектов внутри их тепловизионного контура были проведены исследования зависимости погрешности определения угла ориентации и координаты x от степени поляризации собственного теплового излучения наблюдаемого объекта. Результаты расчетов приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Результаты расчетов степени поляризации, погрешности определения угла ориентации и координаты x Для анализа полученных данных на основе таблицы 4 были построены графики зависимости погрешности определения угла ориентации и координаты x от степени поляризации P, которые представлены на рисунках 60 и 61.

Рисунок 60 – Зависимость погрешности определения угла ориентации от Рисунок 61 – Зависимость погрешности определения координаты от Из результатов расчетов погрешности видно, что погрешность метода определения формы объектов является достаточно приемлемой в диапазоне значений P больших 0,15 Так, в диапазоне, 0,15 P 0,8, погрешность лежит в диапазоне от 4,9% до 0,5%. Кроме того анализ зависимостей, представленных на рисунках 58 и 59 показывает, что при увеличении степени поляризации собственного излучения поверхности объектов погрешность определения как угла ориентации так и линейной координаты x имеет тенденцию к уменьшению.

3.6 Методика учета излучения внешней помехи фона при формировании поляризационных тепловых изображений Для рассмотрения влияния и учета теплового потока излучения фона, который отражается поверхностью объекта и регистрируется приемником оптического излучения, воспользуемся рисунком 62.

L(ф)j – вектор-параметр Стокса яркости фонового источника; Lj –векторпараметр Стокса суммарной яркости; ОС – оптическая система тепловизора;

ЭТТ – электронный тракт тепловизора; ПФ – поляризационный фильтр.

Рисунок 62 – Схема влияния теплового излучения фона на В вектор-параметрическом представлении яркость собственного теплового излучения объекта описывается следующим образом:

где Pс, tс и с – соответственно степень, азимут и степень эллиптичности энергетической яркости Lс теплового излучения объекта.

Для описания потока излучения фона воспользуемся выражением для вектор–параметра Стокса яркости теплового излучения фона:

где PФ, tФ и Ф – соответственно степень, азимут и степень эллиптичности энергетической яркости LФ теплового излучения фона.

Матрица отражения Мюллера поверхности объекта, согласно работам [10, 36, 40] представляется в виде:

где R=R(,), (,) – коэффициент габаритной яркости поверхности объекта [39], который зависит от его формы и характеризует индикатрису отражения поверхности объекта; о – коэффициент отражение материала покрытия объекта; 12, 21, 33, 34, 43, 44 – элементы матрицы отражения Мюллера, которые характеризуют поляризационные свойства отражения объекта.

Поскольку приемником измерительной системы регистрируется общий поток, а именно поток собственного теплового излучения объекта и отраженный поверхностью объекта поток теплового излучения фона, то вектор параметр Стокса суммарной яркости теплового излучения равен:

где kc – доля собственного теплового излучения объекта в суммарном потоке его теплового излучения; kо – доля отраженного теплового излучения от объекта в суммарном его тепловом излучении.

В этой связи на основе выражения (182) и формул (179)–(181) имеем:

Следует отметить, что первый параметр L1 суммарного теплового излучения объекта формирует энергетическую характеристику этого излучения, поэтому будем его использовать для получения величины видеосигналов поляризационных термограмм.

поляризационного фильтра (ПФ) имеет вид:

где ik – матрица пропускания поляризационного фильтра.

изображений с азимутом поляризации поляризационного фильтра =45° и =90°.

При =45° имеем:

где A0(,) – площадь входного зрачка и углы мгновенного поля зрения объектива тепловизора; S – интегральная чувствительность приемника излучения тепловизора; o и п – коэффициент пропускания соответственно оптической системы тепловизора и поляризационного фильтра.

Для =90° величина видеосигнала U2 равна:

Рассмотрим случай, когда РФ=0, что для естественных образований достаточно типично [13]. Тогда имеем:

Когда тепловое излучение объекта и окружающего фона подчиняются законам Планка, Стефана-Больцмана и Кирхгофа [12, 13, 18, 24], а тепловизионная система является интегральной в рабочей области спектра, то имеют место условия:

С учетом этих условий величины видеосигналов U1 и U2 равны:

где k A0S o п ;, ф – интегральный коэффициент излучения соответственно поверхности объекта и окружающего фона; T и Тф – абсолютные температуры поверхности объекта и фона.

В данной работе с использованием материалов работы [55], нами рассмотрены величины видеосигналов ИК систем в трех спектральных интервалах с эффективными длинами волн i (i=1,2,3), которые имеют следующий вид:





где Lo(i, T) и Lo(i, Tф) – спектральные яркости АЧТ с температурой соответственно поверхности объекта и окружающего фона. На основе анализа величин видеосигналов U(1), U(2), U(3) предложен способ бесконтактного измерения термодинамической температуры T поверхности объектов, который защищен патентом РФ [33].

При этом сведения о температуре поверхности объекта дополняют информацию о трехмерной форме поверхности объекта и расширяют информационную емкость тепловизионного канала.

1. В настоящей главе развита математическая модель формирования поляризационных тепловизионных изображений выпуклых объектов с произвольными азимутами поляризации и приведены методика и результаты анализа влияния материала поверхности объекта и ее состояния на поляризационные термограммы. Выявлены закономерности влияния материала, из которого выполнен исследуемый объект, на поляризационные тепловизионные изображения. Показано, что степень поляризации собственного теплового излучения металлов, сплавов и конструкционных материалов довольно стабильна при изменении температуры, слабо зависит от длинны волны в диапазоне от 2 до 10 мкм и сохраняет повышенные, по сравнению с диэлектриками, значения P даже для грубо обработанных поверхностей.

обработки поляризационных тепловизионных изображений и программа построения трехмерного изображения поверхности объекта на основе метода определения формы объектов по двум поляризационным термограммам с азимутами поляризации 45° и 90°.

методической погрешности метода определения трехмерной формы объектов на основе двух поляризационных термограмм с линейными азимутами поляризации. Выявлено, что погрешность метода определения трехмерной формы объектов составляет значения от 4,9 % до 0,5 % в диапазоне степени поляризации P от 0,15 до 0,8.

4. Разработана методика учета влияния отраженного излучения окружающего фона на поляризационные тепловизионные изображения.

5. Разработан и собран экспериментальный макет для получения поляризационных тепловизионных изображений объектов. Получены теоретические и экспериментальные тепловизионные изображения объектов в виде конуса с азимутами поляризации 0°, 45° и 90°. Проведен анализ зависимости распределения яркости поляризационных тепловизионных изображений объектов от азимута поляризатора и угла ориентации элементов их поверхности, которые подтвердили физическую и функциональную связь ориентации элементов наблюдаемой поверхности в пространстве со степенью поляризации ее собственного теплового излучения.

6. Теоретически и экспериментально получена трехмерная форма выпуклых объектов на основе метода определения формы с использованием поляризационных термограмм с азимутами поляризации 45° и 90°.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Выполнен анализ научно-технической и патентной литературы по теории, методам и устройствам определения трехмерной формы объектов.

Сформулированы актуальность, научная новизна, защищаемые положения и практическая значимость настоящей научно-исследовательской работы по разработке и исследованию новых оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов на основе оптических свойств собственного и отраженного излучения.

2. Разработаны и исследованы теория, метод, математическая модель, алгоритм и программа определения трехмерной формы выпуклых объектов на основе двух поляризационных термограмм с азимутами поляризации tп=45° и tп=90° с учетом эллиптичности поляризации собственного инфракрасного излучения и оптических свойств материалов поверхности объекта.

3. Разработан, исследован и обоснован метод получения информации о трехмерной форме объекта с использованием тепловизионного изображения с комбинированным поляризационным фильтром на основе последовательно расположенных ахроматической четвертьволновой пластинки и линейного ИК поляризатора. Особенностью метода является возможность определения трехмерной формы объекта в реальном масштабе времени. Технические решения метода защищены патентами РФ на изобретение № 2431936 и № 2469265.

4. Развит и усовершенствован метод определения трехмерной формы объекта на основе регистрации и обработки яркости отраженного излучения поверхностью, как с диффузным, так и с направленно-рассеивающим характером отражения. Технические решения метода защищены патентом РФ на изобретение № 2491503.

5. Разработан и собран экспериментальный макет стенда для получения поляризационных тепловизионных изображений объектов. Получены теоретические и экспериментальные тепловизионные изображения объектов в виде сферы и конуса с азимутами поляризации 0°, 45° и 90°. Проведен анализ зависимости распределения яркости поляризационных тепловизионных изображений объектов от азимута поляризатора и угла ориентации элементов поверхности.

6. Теоретически и экспериментально получена трехмерная форма выпуклых объектов на основе метода определения формы с использованием поляризационных термограмм с азимутами поляризации 45° и 90°. Дана оценка погрешности метода.

7. Материалы диссертационного исследования используются в:

– ФГУП «СибНИА им. С.А. Чаплыгина» при статических и ресурсных испытаниях авиационных конструкций, и экспериментальных исследованиях тепловых процессов поверхности летательных аппаратов;

– ОАО «ПО «НПЗ» при сравнительном анализе работы контрольноиспытательного оборудования;

– Внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «СГГА» на кафедре наносистем и оптотехники по дисциплинам «Теория и расчет ОЭП» и «Системы оптотехники» по направлению 200400 – «Оптотехника».

Основные положения и практические результаты работы были представлены и обсуждены на научно-технических семинарах кафедры наносистемы и оптотехники ФГБОУ ВПО «СГГА», научно-технических советах института оптики и оптических технологи ФГБОУ ВПО «СГГА», Международных научных конгрессах «ГЕО-Сибирь-2010», «ГЕО-СибирьГЕО-Сибирь-2012» (Новосибирск, 2010-2012 гг.), 21-ой Международной научно-технической конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения (Москва, 2010 г.) и научно-практической конференции «Современные тенденции и принципы построения авиационных оптико-электронных систем» (Екатеринбург, 2012 г.).



Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 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.