Тепловой тест-объект для оценки тепловизионных систем

SOFTWARE IMPLEMENTA TION OF THE SOL UTION OF THE PROBLEM OF RECOGNIZING THE AVAILABILITY OF MOVEMENT IN THE VIDEO STREAM

A.S. Safonov, M.B. Tsudikov

The basic principles of determining the motion of objects in the video stream are considered. A technique for solving the recognition problem based on the modernization of the SIFT method is proposed.

Key words: SIFT, method, filtering, gaussian, brightness, video stream, special points, recognition.

Safonov Alexander Sergeevich, bachelor, TuaTalf@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University,

Tsudikov Mihail Borisovich, candidate of technical sciences, docent, tsudick-ov. mb@yandex. ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.833

ТЕПЛОВОЙ ТЕСТ-ОБЪЕКТ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ

Е.В. Филиппова

Излагаются процессы, протекающие в тепловом тест-объекте, созданном для оценки параметров тепловизионных систем.

Ключевые слова: тепловизионная система, критерии качества, тепловой процесс, излучатель, конвекция, статический режим.

Критерии качества работы тепловизионной системы (ТС), являясь мерой успешного выполнения основной задачи, стоящей перед системой, учитывают разнообразные технические, эксплуатационные и технико-экономические требования к ТС.

Критерии качества тепловизионной системы можно разделить на группы:

- критерии качества изображения, сформированного ТС (информативные свойства теплового изображения);

- технические параметры и характеристики аппаратуры.

Для описания качественных параметров и характеристик ТС в пользуются понятиями пространственное, временное, спектральное и энергетическое (амплитудное) разрешение. Для ТС, работающих в статическом режиме, т.е. при неограниченном времени наблюдения неподвижного поля объектов, наиболее важно обеспечить хорошее пространственное и энергетическое разрешение.

При контроле тепловизионной системы должны быть использованы методы и тест-объекты, ориентированные на автоматизацию и кратчайшее время выполнения контрольных процедур.

Тест-объект - контрольное изображение с известными параметрами, относится к средствам оценки качества и (или) калибровки устройств, формирующих изображения.

В результате анализа существующих средств контроля ТС выявлена необходимость расширить эти системы контроля и тестирования в рамках ГОСТа за счет тест-объектов, т. к. существующие методы не позволяют выявить информационные характеристики и потери информации.

Тепловые тест-объекты, имеющие довольно простую конструкцию, позволяют эмитировать излучение реальных объектов, а также определять желаемые параметры и характеристики приборов, чувствительных к инфракрасному излучению.

Тепловой тест-объект в основе своей имеет источник ИК-излучения и, возможно, элемент, направляющий излучение в заданном направлении.

Интенсивность ИК-излучения зависит от температуры поверхности излучателя, следовательно, для решения задач стабилизации и варьирования интенсивности излучения, требуется определить зависимость, характеризующую поле температур поверхности излучателя.

Протекание теплового процесса в любой точке твердого тела в любой момент времени характеризует дифференциальное уравнение теплопроводности Фурье. Для изотропного тела с источником тепла, распределено в теле произвольно и теплофизическими параметрами, зависящими от температуры, в декартовой системе координат оно имеет вид:

_д_ дх

л*

V дх у

д

+ —

л^

ду V дУ

д +—

д2

л^ д2

дt

+ ж = еу—

дт

где t=t(x,y,z, т) - температура в точке (х,у,£) в момент времени т; Л = Л^) -коэффициент теплопроводности тела; с = е(^ - удельная теплоемкость тела, Дж/(кг оС); у - плотность тела, кг/м3; Ж - удельная объемная мощность источников энергии, Вт/м3.

Для описания тепловых процессов необходимо определить параметры тела излучателя, в котором они происходят. Анализируя рассматриваемую задачу, легко прийти к выводу о том, что единичный элемент должен иметь малые размеры поперечного сечения (для обеспечения малого последействия), причем достаточная излучающая площадь может быть получена увеличением длины.

Основываясь на малых линейных размерах тела, принимаются допущения об изотропности коэффициента теплопроводности л; рассматривая малый интервал температур (20...120о) можно пренебречь также зависимо-

200

стью коэффициента теплопроводности от температуры; источником энергии в теле является протекание низкочастотного электрического тока, следовательно, можно считать, источник равномерно распределен в теле.

На температуру перегрева влияют два фактора, поддающиеся корректировке в процессе функционирования теплового тест-объекта. Это напряжение электрического тока и и коэффициент теплоотдачи а. Напряжение является легко варьируемым параметром и может быть задано в зависимости от требуемой температуры поверхности. Коэффициент теплоотдачи является функцией многих переменных, и, следовательно, необходимо проведение исследования с целью изыскания закономерностей, позволяющих варьировать и этот параметр.

Важным является последействие излучающих элементов, которое находится во взаимосвязи с коэффициентом теплоотдачи, поэтому существенны вопросы управления коэффициентом теплоотдачи, для решения которых необходимо проведение исследования процесса охлаждения при вынужденной конвекции, как наиболее распространенного способа увеличения коэффициента теплоотдачи.

При свободной конвекции, в отличие от вынужденной, среда, температура которой повышается при взаимодействии с нагретыми поверхностями, принудительном движении среды, вызванном вынуждающей силой (обычно разностью давления). Влияние движения среды характеризуется ее скоростью V (м/с).

Значение скорости воздушного потока позволяет определить коэффициент конвективной теплоотдачи в условиях вынужденной конвекции. Из формулы (2), следует, что влияние принудительного охлаждения выражается как в изменении характерного размера (с диаметра на длину), так и в изменении критерия Нуссельта, который принимает форму

Ыы = О.ббЯе0'5 Рг°43

Р, ^0 25 Рг

V1 » У

Причем в интервале температур 0-300оС можно считать Рг=Рг„=0.7, а следовательно последнее соотношение может быть представлено в виде

Ыы = 0.57л/яё.

Коэффициент кинематической вязкости и, входящий в критерий Рейнольдса, для воздуха при нормальных условиях равен 15.06х10'6 м2с.

Представленных данных достаточно для определения зависимости коэффициента конвективной теплоотдачи в условиях вынужденной конвекции от скорости омывающего потока

V

а =0 57.

Для наглядного анализа представим зависимость (4) графически (приведена на рисунке).

V

Зависимость коэффициента конвективного теплообмена ак от скорости омывающего потока при вынужденной конвекции

Полученная зависимость (рис. 1) показывает, что в сравнении с коэффициентом теплоотдачи при свободной конвекции (для диапазона температур 20...100 °С лежит в пределах 35...55), теплоотдача при вынужденной конвекции с имеющимися параметрами при скорости омывающего потока более 3 м/с происходит интенсивнее.

Оптимальным легко варьируемым параметром, является стационарная температура перегрева ист = 1раб . Таким образом, увеличение скорости

повышения температуры легко добиться, увеличив стационарную температуру перегрева, путем повышения мощности, поступающей в излучающий элемент. Однако в этом случае, произойдет нарушение теплового баланса излучателя при работе в статическом режиме, т.е. его температура будет значительно превышать требуемую. Следовательно, необходимо исследовать методы, позволяющие обеспечить как высокую скорость повышения температуры, так и корректную работу излучающего элемента в стационарном режиме. Решением может быть как использование средств контроля термического состояния излучателя, управляющих интенсивностью непрерывного потока поступающей энергии в виде, например, ЦАП, так и использование импульсной подачи энергии с применением широтно-импульсной модуляции управляющих воздействий.

Список литературы

1. Алеев Р.М., Иванов В.П., Овсянников В. А. Основы теории анализа и синтеза воздушной тепловизионной аппаратуры. Казань: Казан. ун-т, 2000. 252 с.

2. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение: пер. с франц. М.: Мир, 1988. 416 с.

202

3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос, 2004. 444 с.

Филиппова Екатерина Вячеславовна, лаборант, kisskiri a hk.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет

THERMAL TEST-OBJECT FOR ESTIMATION OF THERMAL SYSTEMS

E. V. Filippova

The processes occurring ir a thermal test facility designed to evaluate the parameters of thermal imaging systems are outlined.

Key words: thermal imaging system, quality criteria, heat process, radiator, convection, static mode.

Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, laboratory assistant, kisskina hk.ru, Russia, Tula, Tula State University

УДК 681.5

ПОГРЕШНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМЫ ИЗ СЕРИИ КАДРОВ

Д.В. Чеховский, М.Б. Цудиков

Рассмотрены возможные ошибки получения панорамы из нескольких кадров. Рассмотрены способы их компенсации.

Ключевые слова: панорама, система панорамного наблюдения, реперные точки.

Наиболее распространенным способом получения панорамных изображений является сшивание серии кадров. Кадры соединяются с определенным перекрытием, которое составляет от 5 до 30%. Вследствие инерционности поворотной части систем панорамного наблюдения (СПН), люфтов в механизме поворотной части СПН, пропуска шагов электродвигателем, некорректной установки системы панорамирования относительного горизонта, колебаний системы под воздействием ветра и других факторов неизбежно смещение оптического центра объектива системы от исходного положения. Как следствие возникает смещение кадров панорамы п и п+1 относительно друг друга и появляется разница (ошибка) Азп между центрами действительной зоны перекрытия кадров и ожидаемой, которая является функцией трех параметров: смещением по вертикали Ау, смещением по горизонтали Ах и углом наклона кадров (рис. 1).

203