Способ распознавания объекта по зональным инфракрасным аэроснимкам

(51) 5 АНИЕ ИЗОБРЕТЕ ПАТЕНТ О4,3 Ы ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТВЕДОМСТВО СССР(56) Брамсон М.А. Справочные таблицы поинфракрасному излучению нагретых тел, -М,: Наука, 1964,Госсорг Ж, Инфракрасная термография,(54) СПОСОБ РАСПОЗНАВАНИЯ ОБЪЕКТАПО ЗОНАЛЬНЫМ ИНФРАКРАСНЫМАЭ РОСН ИМ КАМ(57) Изобретение относится к способам измерения интенсивности ИК-излучения ирасшифровке изображений путем сравнения двух и более изображений одного и тогоже участка. Цель изобретения - повышениевероятности распознавания объектов местности на многоспектральных ИК-аэроснимИзобретение относится к способам измерения интенсивности инфракрасного (ИК) излучения и расшифровке изображений путем сравнения двух и более изображений одного и того же участка,Изобретение может быть использовано при разработке многоспектральных систем дистанционного зондирования и дешифрирования получаемых ими ИК-изображений,Известен способ распознавания объекта, основывающийся на том, что различные объекты имеют характерные, только им присущие зависимости спектрального коэффициента яркости от длины волны, Измеренные на микроденситометре оптические плотности изображений объектов в каждой спектральной зоне сравниваются с ках за счет получения дополнительного дешифровочного признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов, Это достигается за счет сравнения рассчитанных с заранее известными коэффициентами теплового излучения объектов в каждом рабочем спектральном диапазоне, Для получения коэффициентов теплового излучения рассчитывается истинная температура объекта, для чего используется такое расположение 3-х спектральных диапазонов в многоспектральной системе дистанционного зондирования, что два из них одинаковы по ширине и смежные по спектру, а шири а третьего диапазона превышает ширину каждого из этих двух диапазонов, при этом границы спектральных диапазонов выбирают в пределах прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения исследуемых объектов от длины волны, 5 ил,эталонными значениями оптических плотностей изображений этих объектов, Недостатком данного способа является необходимость наличия достаточно большого банка эталонных значений оптических плотностей изображений объектов для различных условий тепловой аэросъемки, А при многоспектральном дистанционном зондировании объектов на неизвестных фонах становится вообще невозможным использование данного способа,Наиболее близким к заявленному способу является способ распознавания объекта по зональным ИК аэроснимкам, включающий прием теплового излучения в нескольких рабочих спектральных диапазонах, регистрацию энергетической светимо 1790771сти излучения М (Лэф 2), где Лэф 2 - эффективная длина волны в 1-м рабочем спектральном диапазоне, мкм, от объекта местности во всех рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, обнаружение и распознавание объекта по совокупности полученных в различных зонах ИК спектр зональных изображений, определение яркостных температур Тм обнаруженного объекта во всех рабочих спектральных диапазонах с использованием градуированных кривых Тю = (Яю), где Ь - величина сигнала в изотермйческих единицах, из выражения15где р и ц - константы, зависящие от используемой аппаратуры, относительного отвер стия оптики и применяемых фильтров,Недостатком данного способа является невозможность определения причины изменения яркостной температуры объекта, называемой либо изменением коэффициента теплового излучения объекта е, либо изменением истинной температуры объекта Т,Цель изобретения - повышение вероятности распознавания обьектов местности из зональных ИК аэроснимках за счет пол- Э 0 учения дополнительного дешифровочного признака в виде коэффициентов теплового излучения объектов.Поставленная цель достигается благодаря тому, что в способе распознавания объекта по зональных ИК аэроснимкам, включающем прием теплового излучения в рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, определение энергетической светимости излучения от объекта во всех рабочих спектральных диапазонах, определение яркостных температур объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и распознавание объекта, произведены следующие изменения;1) прием теплового излучения осуществляют не менее, чем в трех рабочих спектральных диапазонах, два из которых одинаковые по ширине и смежные по спектру, а ширина третьего диапазона превыша ет ширину каждого из этих двух диапазонов, при этом третий диапазон объединяет их по спектру, а границы спектральных диапазонов выбирают в пределах прямолинейного участка зависимости коэффициентов тепло ваго излучения е(Л) исследуемых объектов от длины волн;2) кроме яркостных температур определяют аналитическим путем значение истин я 1 =(Лэф 1, Ям, Т г = (Лэфем, Яч, Т) ю =(Лэф, Яа, Т еп = (ЛэФ, Ячп Т) Однако ч объекта Т неиз ний (2) являетс ло неизвестн числа уравнен исло истинная температура вестна, тогда система уравнея слабо обусловленной, и чисых параметров на 1 больше ий, что влечет за собой мноной температуры Т и коэффициенты теплового излучения я; во всех рабочих спектральных диапазонах;3) по рассчитанным коэффициентамтеплового излучения я производят распознавание объекта.Таким образом способ распознаванияобъекта по зональным ИК аэроснимкам решает задачу получения количественной информации об объектах местности или самойместности (в виде коэффициентов тепловогоизлучения в каждом рабочем спектральномдиапазоне). По этой информации производится опознавание объекта, В предлагаемом способе распознавания объекта позональным ИК аэроснимкам решается обратная некорректно поставленная задача,т,е, восстанавливается внутреннее состояние объекта по внешним проявлениям, причем некорректность заключается в том, чтоискомое внутреннее состояние объекта может иметь множество реализаций, удовлетворяющих заданным (измеренным)выходным параметрам. Поэтому в предлагаемом способе решается задача установления однозначного соответствия междувыходными и входными параметрами, Входным параметром в способе является коэффициент теплового излучения объекта вкаждом рабочем спектральном диапазоне О .а выходным - сигнал в изотермических единицах Яч,Для решения обратной задачи восстановления входного сигнала в способе используются аппроксимативные и прямыеметоды, основанные на аппроксимациивходного сигнала е; и аппаратной функцииего передачи с помощью аналитических выражений, позволяющих по измеренному выходному сигналу Я определить входнойсигнал е, Для этого решается система из иуравнений с и неизвестными, где и - числорабочих спектральных диапазонов:(3) 45 При выборе спектральных диапазоновосновным условием является равенство Лэфэ = (Лэф 1 + Лэф 2)/2жество реализаций искомых коэффициентов теплового излучения объекта в рабочихспектральных диапазонах. Для того чтобыполучить равенство числа уравнений числунеизвестных параметров, предлагается искусственно определять дополнительный параметр, с помощью которого можноуменьшить число неизвестных параметровна 1, Тогда вся задача восстановления входного сигнала сводится к решению системы 10из и уравнений с и неизвестными, Для этогосмежные по спектру рабочие спектральныедиапазоны располагаются в той области ИКспектра, где зависимости коэффициентов теплового излучения от длины волны е(Л) объектов, представляющих потенциальныйинтерес для пользователя, имеют линейныйхарактер (фиг, 1 .фиг. 3), На фиг, 1 показаны зависимости коэффициентов тепловогоизлучения от длины волны для металлов, на 20фиг. 2 - для сплавов, на фиг, 3 - для различных материалов,Очевидно, что по известному углу наклона линейного участка зависимости я(Л)нетрудно определить значения коэффициента теплового излучения в любом спектральном диапазоне, совпадающем слинейным участком зависимости,Для определения угла наклона зависимости я(Л) используются два смежных спектральных диапазона, в которых зависимостьимеетлинейный характер(фиг. 4). Для случая,когда два спектральных диапазона отстоятдруг от друга в пределах линейного участказависимости я(Л) (фиг. 4), а третий объединяет их по спектру, выражение для коэффициента теплового излучения ез в третьемспектральном диапазоне имеет видТогда выражение (3) преобразуется квиду яз = (е 1 + е 2)/2(7) Для случая, когда два спектральных диапазона имеют перекрытие (фиг. 5), а третий объединяет их в спектре, рассуждения аналогичны и яз = (я 1 + е 2)/2,Таким образом для искусственного определения дополнительного параметра в виде коэффициента теплового излучения язвводится такое расположение трех из п рабочих спектральных диапазонов, что два из них одинаковые по ширине и смежные по спектру (перекрывают или отстоят друг от друга в пределах линейного участка зависимости е(Л, а третий спектральный диапазон шире каждого из них и объединяет эти два диапазона по спектру. Отсюда следует, что расчет проводится не для трех коэффициентов теплового излучения объектов в 3-х спектральных диапазонах, а для 2-х В в 1-м ( = 1) и 2-м (1 = 2) спектральных диапазонах. А выходные параметры третьего спектрального диапазона позволяют определить истинную температуру Т дешифрируемого объекта,Для определения истинной температуры Т обнаруженного обьекта и коэффициентов теплового излучения В в виде трех спектральных диапазонах решается система из трех уравнений с тремя неизвестными (Т, Е 1 Х 2 ):(8) й= ЖЯ С 2(Тя 2 - Т)/Тя 21 Лэф 2т = тяз 1-- г.пТязЛэфз й + е 22 2 где С 2 - вторая постоянная формула Планка,Ты - яркостная температура обнаруженного объекта в 1-м спектральном диапазоне,Для определения Тм используется формула (1), Таким образом искусственное определение коэффициента теплового излучения в третьем спектральном диапазоне, позволяет устранить некорректность обратных задач многоспектрального дистанционного зондирования и однозначно определять истинную температуру и коэффициенты теплового излучения исследуемого объекта во всех рабочих спектральных диапазонах, Использование предлагаемого способа позволит повысить вероятность распознавания объектов за счет получения дополнительных дешифровочных признаков в виде истинной темпера 1790771туры и коэффициентов теплового излученияисследуемого объекта,Формула изобретенияСпособ распознавания объекта по зо нальным инфракрасным аэроснимкам, включающий прием теплового излучения в рабочих спектральных диапазонах, визуализацию зональных изображений объекта, определение энергетической светимости 10 излучения от объекта (во всех рабочих спектральных диапазонах, определение яркостных температур объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и распознавание объекта, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с 15 целью повышения вероятности распознавания, прием теплового излучения осуществляют не менее чем в трех рабочих спектральных диапазонах, два из которых одинаковые по ширине и смежные по спек тру, а ширина третьего диапазона превышает ширину каждого из двух других диапазонов, при этом третий диапазон объединяет их пб спектру, а границы спектральных диапазонов выбирают в пределах 25 прямолинейного участка зависимости коэффициентов теплового излучения исследуемыхобъектов от длины волны, определяют значение истинной температуры Т и коэффициенты теплового излучения е 1, я 2 объекта в двух рабочих спектральных диапазонах по формуламС 2 Тя 1 - Т е 1 =ехря 1 Т эф 1С 2 Тя 2 Т е 1 =ехр я 2 Т эф 2ТязТ - где С 2 - вторая постоянная функции Планка;4 ф 1( = 1, 2, 3) - эффективная длина волны в 1-м рабочем спектральном диапазоне;Т; ( = 1, 2, 3) - яркостная температура в 1-м рабочем спектральном диапазоне, определяют далее значения коэффициентов теплового излучения объекта во всех рабочих спектральных диапазонах и по этим значениям коэффициентов теплового излучения производят распознавание объекта.оставитель Б.Комракоехред М,Моргентал КоРРеоР Т.Вашкови дактор Т,Шагова Заказ 375 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10