Моделирование и анализ инфракрасных изображений объектов, наблюдаемых в условиях естественного теплообмена

• Автор: Эльц, Екатерина Эдуардовна
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление

Основные обозначения

Основные сокращения.

Введение
Глава 1. Описание основных этапов при моделировании и анализе изображений, обоснование необходимости решения поставленных задач.

1.1. Построение тепловых моделей объекта и фона.

1.1.1. Наземные объекты.

1.1.2. Заглубленные объекты.

1.1.3. Космические объекты космический мусор

1.2. Модель энергетического портрета сцены

1.3. Получение и анализ изображения.

1.3.1. Прогнозирование информативности корреляционных характеристик, получаемых при совместной обработке ИК и видимого изображений наземного объекта.
1.3.2. Прогнозирование обнаружительной возможности ИК аппаратуры при поиске заглубленного объекта
1.3.3. Использование совместной обработки отношения видеосигналов в ИК и видимом диапазонах для определения удельной нагрузки
и материала космического мусора.
Выводы к главе 1
Глава 2. Исследование закономерностей корреляции полей яркости в инфракрасном и видимом спектральных диапазонах
при наблюдении наземных объектов
2.1. Зависимость температуры фрагмента наблюдаемой поверхности объекта от оптикофизических параметров и условий теплообмена
2.1.1. Методика определения температуры поверхности объекта в случаях постоянной температуры и конвективного теплообмена
на нижней грани.
2.1.2. Методика определения температуры поверхности объекта с внутренней замкнутой полостью.
2.2. Аналитические выражения для корреляционных признаков при регистрации яркости в спектральных интервалах видимого и ИК диапазонов
2.3. Анализ временной динамики корреляционных характеристик фоновых образований и техногенных объектов
2.3.1. Расчет корреляционных характеристик по предложенной модели
2.3.2. Сравнение с экспериментальными данными.
Выводы к главе 2
Глава 3. Исследование температурных аномалий, обусловленных
заглубленными в грунт инородными объектами
3.1. Исследование температурных аномалий, обусловленных заглубленными в грунт инородными объектами в условиях стационарного солнечного нагрева
3.1.1. Зависимость величины температурной аномалии от условий естественного теплообмена и теплофизических свойств фунта и
заг лубленного в него инородного объекта
3.1.2. Оценка вероятности обнаружения рассматриваемых температурных аномалий при их регистрации авиационной сканирующей ИК аппаратурой
3.2. Исследование температурных аномалий, обусловленных заглубленными в грунт инородными объектами в условиях нестационарного солнечного нагрева
3.2.1. Тегшофизическая модель в нестационарном случае.
3.2.2 Результаты численного решения и их сравнительный анализ с
результатами на основе стационарной модели
3.3. Сравнение с экспериментальными данными
Выводы к главе 3.
Глава 4. Исследование характера временной зависимости отношения сигналов в ИК и видимом каналах радиометрической аппаратуры .
4.1. Принцип оптического метода измерения удельной нагрузки фрагмента космического мусора бортовой оптикоэлектронной аппаратурой с видимым и ИК каналами.
4.2. Анализ временной зависимости отношения сигналов в ИК и видимом каналах бортовой радиометрической аппаратуры.
Вы воды к главе 4.
Заключение
Список использованных источников


Разработка математических моделей для описания распределения температуры по поверхности наблюдаемых объектов, а также корреляционных признаков, определяемых при совместной обработке изображений наземных объектов, наблюдаемых в инфракрасном и видимом диапазонах спектра, осуществлялась с применением аналитических и численных решений уравнений теплопроводности и теплообмена. Учитываемые механизмы естественного теплообмена в общем случае включали солнечный нагрев, тепловой нагрев за счет инфракрасного излучения атмосферы, радиационное выхолаживание, конвективный теплообмен, теплопередачу. Закономерности, описываемые предложенными математическими моделями, сравнивались с экспериментальными данными из литературных источников, а также с экспериментальными данными, полученными в НИИКИ ОЭП. Оценка вероятности обнаружения температурных аномалий осуществлялась с использованием модели зрительной системы для анализа инфракрасных изображений, построенной на основе известной статистической теории обнаружения и принятия решений. Для получения аналитических и численных решений использовался программный пакет , . Все теоретические исследования, результаты которых включены в диссертационную работу, проведены лично автором. Автором разработаны программы для получения аналитических и численных решений, выполнен анализ и интерпретация полученных результатов. Представлен алгоритм расчета распределения температуры по поверхности объемного объекта сложной формы, основанный на замене элементов его оболочки плоскими пластинами, нахождении температуры каждой из пластин путем аналитического решения стационарного уравнения теплопроводности второго порядка с учетом теплового баланса объекта в целом с внешней средой. Полученные результаты указывают на существенные отличия корреляционных характеристик у техногенных обтюктов и плоских фрагментов ландшафта, что может использоваться при анализе изображений. Установлены особенности поведения локальных температурных аномалий, обусловленных заглубленными в грунт инородными объектами, что позволяет прогнозировать обнаружительную способность ИК аппаратуры дистанционного зондирования в различных условиях естественного теплообмена. Получены сравнительные данные по оценкам локальных температурных аномалий, обусловленных заглубленными объектами, рассчитанные в приближении стационарной и нестационарной моделей естественного теплообмена. Полученные данные позволяют определить условия, ограничивающие применимость стационарной модели в условиях включения и выключения солнечного нагрева. Выведены выражения для временного хода отношения сигналов в инфракрасном и видимом каналах радиометрической аппаратуры при наблюдении на околоземных орбитах вращающихся вокруг центра масс фрагментов космического мусора. Показана возможность использования полученных выражений для оценки удельной нагрузки и материала космического мусора. Алгоритм расчета распределения температуры по поверхности объемного объекта сложной формы и математическая модель для описания закономерностей формирования двумерного распределения корреляционных признаков, определяемых при совместной обработке изображений объектов, наблюдаемых в инфракрасном и видимом диапазонах спектра. Математическая модель для прогнозирования температурных аномалий поверхности грунта, обусловленных заглубленными инородными объектами, и полученная на ее основе оценка вероятности обнаружения температурных аномалий инфракрасным каналом авиационного оптикоэлектронного прибора в различных условиях естественного теплообмена. Оптический метод определения удельной нагрузки и материала фрагментов космического мусора на околоземных орбитах на основе вычисления отношения интенсивности сигналов, регистрируемых инфракрасным и видимым каналами бортовой аппаратуры наблюдения. Полученные аналитические зависимости корреляционных характеристик яркости в видимом и ИК диапазонах от физических параметров объектов и условий их наблюдения раскрывают информативность новых признаков, выявляемых при совместной обработке видимого и ИК изображений, и позволяют прогнозировать их поведение в изменяющихся условиях теплообмена и наблюдения. Результаты данных исследований найдут применение при дистанционном зондировании и мониторинге земной поверхности, при обнаружении и распознавании объектов гражданского и военного назначения.