Спосіб визначення теплофізичних характеристик об’єктів при дистанційному моніторингу та система для його реалізації

Реферат: Винахід належить до радіотехнічних систем отримання та обробки інформації, дефектоскопії, медицини, військової справи. Спосіб визначення теплофізичних характеристик об’єктів при дистанційному моніторингу та система для його здійснення засновані на аналізі та поєднанні тепловізійного зображення в інфрачервоному діапазоні, геометричного контуру зображення, отриманого із видимого діапазону, а також дальнісного зображення у радіодіапазоні з урахуванням допплерівських ефектів від об'єкта спостереження шляхом їх суміщення та відображення на екрані кольорового відеомонітора. Технічним результатом є підвищення інформативності та точності дистанційного моніторингу теплофізичних характеристик спостережуваних об'єктів. UA 104906 C2 (12) UA 104906 C2 UA 104906 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до систем дистанційного моніторингу теплофізичного стану об'єктів шляхом аналізу випромінених, розсіяних або електромагнітних хвиль. Область застосування дефектоскопія, медицина, військова справа. Відомі способи дистанційного моніторингу теплофізичного стану об'єктів, що ґрунтуються на порівняльному аналізі теплових полів поверхні об'єкту та оточуючого середовища шляхом сканування заданої зони спостереження в інфрачервоному (ІЧ) діапазоні електромагнітних хвиль [Криксунов Л.З., Падалко Г.А. Тепловизоры. Справочник. - Киев: Техника, 1987. - С. 134141]. Однак, ці способи, забезпечуючи формування напівтонового тепловізійного зображення, не дозволяють чітко локалізувати тепловий стан фрагментів поверхні об'єкта спостереження в межах його геометричних контурів. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є спосіб дистанційного визначення теплофізичних характеристик об'єктів, згідно з яким синхронно з допомогою тепловізійної камери формують зображення об'єкту в ІЧ діапазоні, а з допомогою телевізійної камери формують зображення об'єкта у видимому діапазоні електромагнітних хвиль, причому напівтонове тепловізійне зображення розкладають на кольорові складові і формують геометричний контур спостережуваного об'єкта для координатної прив'язки фрагментів поверхні, суміщаючи на екрані кольорового відеомонітора тепловізійне зображення об'єкта з його геометричним контуром [Боженко В.І., Казмірчук Р.В., Шклярський В.І., Кондратов П.О. Можливі методи формування комплексних тепловізійних зображень. // Військово-технічний збірник, Академія сухопутних військ. - Львів, 2010. - № 3. - С. 16-21]. Однак, в цьому способі є низька інформативність та точність дистанційного моніторингу теплофізичних характеристик спостережуваних об'єктів, викликані тим, що не має координатної прив'язки теплового стану фрагментів поверхні спостережуваного об'єкта до його внутрішньої конструкції та динаміки її зміни через відсутність у тепловізійному та телевізійному каналах роздільної здатності по дальності та радіальній швидкості руху об'єкта в цілому та його конструктивних елементів. Відома система дистанційного визначення теплофізичного стану об'єктів складається з детекторів ІЧ та видимого зображення, виходи яких підключені до синтезатора кольору та генератора контурів через формувачі тепловізійного та телевізійного сигналів відповідно, синхрогенератора, перший вихід якого підключений до синхровходів формувачів тепловізійного і телевізійного сигналів та першому синхровходу генератора контурів, а другий вихід - до другого синхровходу генератора контурів, змішувача, входи якого підключені до RGB-виходів синтезатора кольору та генератора контурів, а вихід - до кольорового відеомонітора [Патент на корисну модель 27117 Україна, H04N 5/33. Пристрій для формування комплексного зображення / В. Боженко, І. Боженко, П. Кондратов (Україна). № U200613278; Заявлено 15.12.06. - Опубл. 25.10.07. - Бюл. № 17]. Крім того, в системі дистанційного визначення теплового стану об'єктів генератор контурів складається з пам'яті кадрів, регістра зсуву, арифметико-логічного пристрою, буферного регістра, схеми порівняння та тригера, причому інформаційний вхід пам'яті кадру є інформаційним входом генератора контурів, вхід запису є першим синхровходом генератора контурів, з'єднаним з синхровходом тригера, вхід зчитування - другим синхровходом генератора контурів, з'єднаним з синхровходами регістра зсуву та буферного регістра, а вихід пам'яті кадру з'єднаний з інформаційним входом регістра зсуву та першим входом підсумовування арифметично-логічного пристрою, вхід віднімання якого з'єднаний з виходом регістра зсуву, другий вихід якого з'єднаний з першим входом схеми порівняння, вихід якої з'єднаний з інформаційним входом тригера, а другий вхід схеми порівняння з'єднаний з другим входом підсумовування арифметико-логічного пристрою та виходом буферного регістра, інформаційний вхід якого з'єднаний з виходом арифметико-логічного пристрою, а вихід тригера є виходом генератора контурів. Характеристики вказаної системи не дозволяють визначити зв'язок між тепловим станом фрагментів поверхні спостережуваного об'єкта та процесами, що відбуваються всередині об'єкта, зокрема, змінами його внутрішніх конструктивних параметрів, що впливає на інформативність та точність дистанційного моніторингу теплофізичних характеристик спостережуваних об'єктів. В основу винаходу, що пропонується, поставлена задача підвищення інформативності та точності дистанційного моніторингу теплофізичних характеристик спостережуваних об'єктів шляхом урахування зв'язку внутрішньої структури об'єкта та властивостей конструкції з теплофізичними параметрами фрагментів його поверхні, що дозволяє: - підвищити достовірність діагностування теплофізичного стану об'єкта при дефектоскопії; 1 UA 104906 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 - формувати прогноз зміни теплофізичного стану об'єкта та пов'язаних із ним процесів (відмов, порушення умов безпечної експлуатації). Розв'язок поставленої задачі досягається тим, що формують комплексне зображення спостережуваного об'єкта шляхом синхронної обробки сигналів детекторів інфрачервоного та видимого випромінювання, розкладу напівтонового тепловізійного сигналу на кольорові складові, формування з напівтонового телевізійного сигналу контуру об'єкта, змішування їх та подавання на перший вхід кольорового відеомонітора, згідно з винаходом, взаємоузгоджено у просторі та взаємосинхронно у часі відносно спостережуваного об'єкта формують його дальнісний "портрет" у радіодіапазоні шляхом обробки ехо-сигналів когерентно-імпульсної РЛС. Підвищення інформативності та точності дистанційного моніторингу теплофізичних характеристик спостережуваних об'єктів шляхом додаткового формування дальнісних "портретів" у радіодіапазоні з урахуванням допплерівських ефектів дозволяє зменшити ймовірність руйнування об'єкта та прогнозувати інтервал часу його безпечної експлуатації в умовах, що змінюється динамічно. Розв'язок поставленої задачі досягається також тим, що система дистанційного визначення теплофізичного стану об'єктів, яка складається з детекторів інфрачервоного та видимого випромінювання, виходи яких підключені до синтезатора кольору та генератора контурів через формувачі тепловізійного та телевізійного сигналів, відповідно, синхрогенератора, перший вихід якого підключено до синхровходів формувачів тепловізійного, телевізійного сигналів та першому синхровхода генератора контурів, а другий вихід - до другого синхровхода генератора контурів, змішувача, входи якого підключені до RGB-виходів синтезатора кольору та генератора контурів, а вихід - до першого входу кольорового відеомонітора, згідно з винаходом, додатково містить когерентно-імпульсну РЛС та електронний ключ, причому вхід електронного ключа підключений до виходу детектора ІЧ випромінювання, вихід - до формувача тепловізійного сигналу, синхровхід когерентно-імпульсної РЛС з'єднаний з першим синхровиходом синхрогенератора, а вихід - з керуючим входом електронного ключа та другим входом кольорового відеомонітора. Когерентно-імпульсна РЛС для формування дальнісного "портрета" виконана згідно з [Патент на винахід № 91299 України, МПК (2009) G01 S 13/00, G01 J 3/28. Спосіб визначення геометричних характеристик і параметрів руху наземних об'єктів при геомоніторингу і система для його реалізації / А.Зубков, І. Прудиус, Л. Лазько, Д. Мимріков (Україна). - а200904541; Заявлено 17.05.2009. - Опубл. 12.07.2010. - Бюл. № 13]. Використання когерентно-імпульсної РЛС дозволяє взаємосинхронно по часу та взаємоузгоджено у просторі формувати кольорове тепловізійне, контурне телевізійне та радіолокаційне зображення одного і того ж об'єкта та шляхом оцінки їх взаємної кореляції точно діагностувати теплофізичний стан спостережуваного об'єкта і тим самим підвищити інформативність та точність дистанційного моніторингу. На кресленні представлена схема визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу. Спосіб визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу здійснюється наступним чином: формують комплексне зображення спостережуваного об'єкта шляхом синхронної обробки сигналів детекторів ІЧ та видимого випромінювання, розкладу напівтонового тепловізійного сигналу на кольорові складові, формування з напівтонового телевізійного сигналу контуру об'єкта, змішування їх та подавання на перший вхід кольорового відеомонітора, синхронно з комплексним зображенням формують дальнісний "портрет" об'єкта шляхом обробки ехо-сигналів когерентно-імпульсної РЛС, що використовують для стробування тепловізійного каналу та подачі на другий вхід кольорового відеомонітора. Система для визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу містить детектор ІЧ випромінювання 1, який через електронний ключ 2 підключений до формувача тепловізійного сигналу 3, детектор видимого випромінювання 4, підключений до входу формувача телевізійного сигналу 5, синхрогенератор 6, перший вихід якого підключено до синхровходів формувача тепловізійного сигналу 3, формувача телевізійного сигналу 5, когерентно-імпульсної РЛС 7 та першому синхровходу генератора контурів 8, відповідно, а другий вихід - до другого синхровходу генератора контурів 8, синтезатора кольору 9, RGBвиходи якого підключені до входу змішувача 10, другий вхід якого підключений до виходу генератора контурів 8, причому вихід змішувача підключений до першого входу кольорового відеомонітора 11, а вихід когерентно-імпульсної РЛС 7 підключений до керуючого входу електронного ключа 2 та другого входу кольорового відеомонітора 11. Система для визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу працює наступним чином: прийняте поле теплового випромінювання об'єкта з 2 UA 104906 C2 5 10 15 20 виходу датчика ІЧ 1 через електронний ключ 2 після перетворення у напівтоновий сигнал у формувачі 3 розкладається на кольорові складові у синтезаторі кольору 9 та змішується із сигналом генератора контурів 8, що формується з напівтонового телевізійного сигналу, утвореного шляхом обробки прийнятого датчиком 4 сигналу видимого випромінювання у формувачі 5. З вихідного сигналу змішувача 10, що подається на перший вхід кольорового відеомонітора 11, формується комплексне зображення, що визначає розподіл температурного контрасту у межах контуру фронтальної проекції спостережуваного об'єкта. Синхронно з комплексним зображенням на другий вхід кольорового відеомонітора 11 подається дальнісний "портрет" спостережуваного об'єкта, що є сформованим на виході когерентно-імпульсної РЛС 7 та який визначає розподіл відбивальних характеристик спостережуваного об'єкта в глибину. При цьому відомо, що тепловий та радіолокаційний "портрети" співвідносяться як "позитив" та "негатив", тобто найбільш ефективно випромінюють тепло слабовідбиваючі елементи спостережуваного об'єкта. Це дає можливість встановити взаємозв'язок внутрішньої структури (конструкції) об'єкта з розподілом теплового контрасту на його поверхні та, як наслідок, діагностувати динаміку теплодифузійних процесів, що відбуваються. Синхронне формування комплексного зображення та дальнісного "портрету" забезпечується одночасною синхронізацією тепловізійного, телевізійного та радіолокаційного каналів від синхрогенератора 6 та стробуванням тепловізійного каналу шляхом подачі імпульсу тривалістю, рівною тривалості дальнісного "портрету" на керуючий вхід електронного ключа 2. Просторове узгодження всіх каналів забезпечується за рахунок найбільш широкого миттєвого поля зору радіолокаційного каналу, який визначається шириною діаграми направленості антени. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 35 40 45 1. Спосіб визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу, при якому формують комплексне зображення спостережуваного об'єкта шляхом синхронної обробки сигналів детекторів інфрачервоного та видимого випромінювання, розкладають напівтоновий тепловізійний сигнал на кольорові складові, формують з напівтонового телевізійного сигналу контур об'єкта, змішують їх та подають на перший вхід кольорового відеомонітора, який відрізняється тим, що взаємоузгоджено у просторі та взаємосинхронно у часі з формуванням комплексного зображення спостережуваного об'єкта формують його дальнісний портрет у радіодіапазоні шляхом обробки ехо-сигналів когерентно-імпульсної РЛС і подають на другий вхід відеомонітора. 2. Система для визначення теплофізичних характеристик об'єктів при дистанційному моніторингу, яка складається з детекторів інфрачервоного та видимого випромінювання, виходи яких підключені до синтезатора кольору та генератора контурів через формувачі тепловізійного та телевізійного сигналів, відповідно, синхрогенератора, перший вихід якого підключено до синхровходів формувачів тепловізійного, телевізійного сигналів та першого синхровхода генератора контурів, а другий вихід - до другого синхровхода генератора контурів, змішувача, входи якого підключені до RGB-виходів синтезатора кольору та генератора контурів, а вихід - до першого входу кольорового відеомонітора, яка відрізняється тим, що додатково містить когерентно-імпульсну РЛС та електронний ключ, причому детектор інфрачервоного випромінювання підключений до формувача тепловізійного сигналу через електронний ключ, синхровхід когерентно-імпульсної РЛС з'єднаний з першим синхровиходом синхрогенератора, а вихід - з керуючим входом електронного ключа та другим входом кольорового відеомонітора. 3 UA 104906 C2 Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4