WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 9 ] --

Степень поляризации собственного излучения материалов во многом определяется действительной и мнимой составляющей комплексного показателя преломления, к примеру, для диэлектриков (k1, а 1n2), и излучение поляризовано слабее, чем для металлов ((n2 + k2)1/2 3,3). Следует отметить, что степень поляризации собственного излучения объекта зависит не только от параметров n и k материала, но и от состояния излучающей поверхности, влияние которой рассматривается в параграфе 3.2 главы 3.

2.3 Получение и анализ свойств поляризационных тепловых изображений выпуклых объектов Для экспериментального подтверждения информативности поляризационных термограмм, рассмотрим результаты исследований проводимых ранее под руководством Тымкула В.М. в лаборатории тепловидения ФГБОУ ВПО «СГГА». Рассмотрим примеры получения поляризационных термограмм с азимутами поляризации фильтра 0 и градусов.

Исследуемые объекты были установлены на оптической скамье ОСК-2.

исследуемого объекта совмещены. Изображения объектов регистрировались на экране ВКУ тепловизора. Для получения качественного изображения, тела нагревались до температуры плюс 50 °С. После окончательной настройки тепловизора на объекты, была произведена съемка. Снимки производились на пленке 125 единиц, при выдержке 1/4 секунды и диафрагме 3,5.

Поляризационные тепловизионные изображения получали при различных азимутах ИК поляризатора, tп=0°, 45°, 90° и 135°, а для диска еще и при различных углах =0° и 60°.

Для анализа методики определения формы объектов внутри контура были получены поляризационные тепловизионные изображения поверхности тел в виде конуса, сферы и диска, изображенных на рисунках.

Изображения поверхности тела в виде сферы при азимуте поляризации 0 и 90° представлены на рисунке 27.

Рисунок 27 – Поляризационные термограммы сферы с азимутами Изображения поверхности тела в виде конуса при азимуте поляризации 0 и 900 представлены на рисунке 28.

Рисунок 28 – Поляризационных термограммы конуса с азимутами Изображение поверхности тела в виде плоского диска представлено на рисунке 29.

Рисунок 29 – Поляризационная термограмма плоского диска при tп=0° и Как видно из представленных поляризационных изображений, они обладают характерными свойствами. На поляризационном изображении сферы видно, что при tп=0°, яркость плавно увеличивается от центра к краю по горизонтали (то есть по плоскости поляризации поляризационного фильтра) и уменьшается по вертикали.

распределения яркости в приделах границы исследуемого объекта. Картина термограммах диска при =60° и при разных углах tп поляризатора видно, что яркость при tп=90° значительно меньше, чем при tп=0°.

Таким образом, по поляризационным термограммам можно отличить объекты друг от друга, а так же судить о форме объектов внутри контура изображения.

Для решения задачи воспроизведения формы объектов внутри контура изображения, были использованы негативы, отснятые с ВКУ тепловизора (фотографирование производили фотоаппаратом).

Фотометрирование двух изображений (при tп=0°, tп=45°) производилось параллельно строке диаметра изображения, то есть плоскости поляризации при tп=0° и под углом равным 45° для термограммы, полученной при азимуте tп=45°.

По результатам эксперимента вычисляется степень поляризации P и азимут поляризации tп по формулам [51]:

Так как анализировались негативы, то U(н)1 и U(н)2 связывались с измеряемыми коэффициентами пропускания по формулам:

Были подсчитаны средние квадратичные ошибки измерения степени поляризации теплового излучения по поверхности объектов, по формуле:

где Pi - текущее значение степени поляризации; P - средние значение степени поляризации.

В данной работе стояла и обратная задача: по данной степени поляризации построить форму объекта.

Степень поляризации связана с углом выражением [49]:

где a - постоянная материала, (для дюралюминия a=0,7).

Тогда для имеем:

Угол наклона элементарных площадок вдоль линии визирования, рассчитывается по формуле:

где y - координата, вдоль которой осуществляется визирование объекта.

На рисунке 30 представлена функциональная схема стенда получения поляризационных тепловизионных изображений.

Рисунок 30 – Функциональная схема стенда получения поляризационных 2.4 Метод определение трехмерной формы объектов на основе двух поляризационных тепловых изображений с учетом эллиптичности поляризации теплового излучения Собственное ИК-излучение объектов в реализации систем и комплексов для дистанционного определения трехмерной формы объектов обладает существенными преимуществами, отраженными в предыдущих параграфах данной главы. Для извлечения информации о форме объектов, за счет расширения информативности тепловизионного канала ИК системы наблюдения необходимо использовать инфракрасные поляризационные фильтры. В этой связи был разработан метод определения трехмерной формы наблюдаемых объектов.

Допустим, что тепловизионной системой наблюдается объект выпуклой произвольной формы, которая в декартовой системе координат описывается сопряженный по размеру с одним элементом разложения кадра (рисунок 25).

потоком, идущего от объекта излучения, представим в виде [46]:

где A0 – площадь входного зрачка прибора;, –углы мгновенного поля зрения по строке и по кадру; o – коэффициент пропускания оптических элементов прибора; a – коэффициент пропускания слоя атмосферы между объектом и прибором; S- спектральная чувствительность фотоприемника;





L(,T) – спектральная яркость излучения объекта; – угол наблюдения элемент объекта. Далее для упрощения записи, связь параметров и dA c числами N и K расположения их на изображении опущена.

тепловизионных изображения с азимутами поляризации 45, 90, а форму объекта определяют по углу - значение угла наклона нормали элемента на поверхности объекта по отношению, к направлению наблюдателя и координате y. При этом угол определяется из значения двух видеосигналов тепловизионного кадра для соответствующего ему элемента при азимутах поляризации 45° и 90°:

где U1(N,K) и U2(N,K) – величина видеосигналов поляризационных тепловизионных изображений с азимутами поляризации 45° и 90°.

предлагаемого метода тепловизионного определения формы объектов, где приведены следующие обозначения:

ИК поляризатор 6 устанавливается в схеме с возможностью вращения вокруг своей оптической оси и фиксации его азимута поляризации tп под углами 0, 45, 90 относительно плоскости референции.

Предлагаемый метод реализуется следующим образом: собственное тепловое излучение от наблюдаемого объекта проходит защитное окно 1 и отражается от зеркала 2 и 3, далее излучение от объекта проходит диафрагму 4, окуляр 5 и направляется на ИК поляризатор 6, конденсор 9 и попадает на приемник излучения 8. Если азимут tп поляризатора 6 равен tп=45°, то на выходе приемника 8 формируется NK сигналов U1(N,K). При азимуте поляризатора tп=90°, аналогично формируются сигналы U2(N,K) от всех элементов NK разложения тепловизионного кадра. После предварительной обработки сигналов в блоке 9, они поступают в модуль электронной обработки 10. Модуль управления фильтром 11 управляет вращением ИК поляризатора 6, и соответственно устанавливается необходимый азимут поляризации.

После обработки сигналов для каждого азимута поляризации U1(N,K) и U2(N,K) информация передается на ВКУ, на экране которого формируются поочередно поляризационные термограммы с азимутами равными 45° и 90°.

1 - защитное окно; 2 - сферическое зеркало со слепым пятном; 3 - зеркало;

4 - диафрагма; 5 – окуляр телескопической системы; 6 - линейный ИК поляризатор;

7 - конденсор; 8 – матричный приемник ИК излучения; 9 – модуль предварительной обработки (МПО); 10 – модуль электронной обработки (МЭО); 11 – модуль управления фильтром; 12 - видеоконтрольное устройство (ВКУ) Рисунок 31 – Функциональная схема тепловизионного устройства для определения формы объектов основе двух базисных поляризационных изображения) решается следующими выражениями:

= y ( N, K )tg arccos z = const y = const где x, y, z – декартовые координаты точек на поверхности объекта; N, K – номер строки и элемента строки тепловизионного кадра; U1, U2 – величины видеосигналов двух поляризационных тепловизионных изображений с азимутами поляризации 45 и 90 соответственно; a – постоянная, зависящая от материала и шероховатости поверхности объекта.

Характерное отличие рассматриваемого метода заключается в том, что при его разработке учитывался такой параметр поляризации оптического излучения объекта как степень эллиптичности поляризации. В настоящей работе развит метод определения трехмерной формы объектов на основе двух поляризационных термограмм в части учета степени эллиптичности поляризации теплового излучения.

Рассмотрим методику учета эллиптичности поляризации излучения.

Вектор-параметр Стокса потока теплового излучения реального объекта в общем случае имеет вид [10]:

где – энергетический поток теплового излучения объекта; P, t, степень, азимут и степень эллиптичности поляризации теплового излучения объекта.

Для яркости поляризованного излучения объекта в общем виде векторпараметр Стокса имеет вид:

Для уменьшения времени обработки информации для получения данных о форме наблюдаемого объекта в изображении, будем формировать два тепловизионных поляризационных кадра, с помощью поляризационного фильтра, имеющего азимуты поляризации 45° для первого кадра и 90° для второго кадра.

Вектор-параметр Стокса для энергетической яркости излучения, прошедшего произвольный поляризационный фильтр можно записать в виде [46]:

Матрица пропускания линейного поляризационного фильтра в общем виде выглядит так:

где п- энергетический коэффициент пропускания поляризатора; tп - угол положения плоскости поляризации фильтра, отсчитываемый относительно плоскости референции; k=1 соответствует tп =45; k=2 соответствует tп =90.

Пусть формирование первого кадра началось, и перед принимающем устройством установлен поляризационный фильтр с азимутом поляризации tп=45°.

видеосигнала U1 в нормированном виде имеет вид:

Аналогично, для термограммы с азимутом поляризатора tп=90°, величина видеосигнала U2 представляется в виде:

При анализе термограмм сигналы U1 и U2 регистрируются и являются известными величинами.

поляризационные тепловизионные изображения будут равны:

Второму кадру соответствует поляризационный фильтр с азимутом поляризации tп=90°. В этом случае величина видеосигнала равна:

Произведем нормирование сигналов U1 и U В итоге получена следующая система уравнений:

поляризованного инфракрасного излучения, с учетом эллиптичности его поляризации, то этот параметр излучения необходимо учитывать. Согласно работе [51], степень эллиптичности tg записывается в виде:

где max и min – максимальная и минимальная составляющие поляризационных компонент излучения.

В свою очередь степень поляризации P теплового излучения связанна со степенью эллиптичности по формуле:

Тогда, на основе формул (84) и (85) имеем:

Таким образом, формула (88) связывает эллиптичность со степенью поляризации P.

Решая систему уравнений (83) получаем:

Тогда, подставив (90) в (89), имеем:

Введем обозначение:

Тогда, выражение (91) записывается в виде:

Из тригонометрии воспользуемся формулой [3]:

Учитывая (86), выражение (94) получится в виде:

Подставив теперь (95) в (91), получим уравнение, где неизвестной величиной является P; решая это равнение, получим следующее выражение:

Так как P связана с углом ориентации элемента dA по отношению к направлению наблюдения формулой (67), то, с учетом (96), получим следующее выражение для определения угла :

который фактически позволяет определить третью координату объемной формы наблюдаемого объекта согласно соотношениям (72) и (73).



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 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.