СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОЙ КАРТЫ МЕСТНОСТИ
METHOD FOR CONSTRUCTING THE TEMPERATURE MAP OF TERRAIN

Изобретение относится к системам цифрового картографирования, а именно к способам формирования температурной карты местности путем регистрации электромагнитного излучения, испущенного находящимися на местности объектами.
Известны способы формирования температурой карты местности с помощью тепловизора, в котором оптическая система тепловизора проецирует электромагнитное излучение, испущенное находящимися на местности объектами в инфракрасном диапазоне длин волн, на приемник, выполненный, например, в виде матрицы светочувствительных диодов [1, 2]. В результате в тепловизоре получают матрицу амплитудного (теплового) изображения участка местности, в которой амплитуды сигналов, испущенных в инфракрасном диапазоне длин волн и пропорциональных значениям температуры, переводят в уровни цветности. Полученная матрица цветного изображения представляет температурную карту наблюдаемой местности.
Недостатком известного способа является невозможность определения тепловых характеристик (температуры) объектов, находящихся под поверхностным слоем наблюдаемой местности (в подстилающей поверхности). Указанный недостаток связан с невысокой проникающей способностью электромагнитного излучения в инфракрасном диапазоне длин волн.
В качестве ближайшего аналога заявляемого способа принят способ повышения разрешающей способности радиотепловых изображений [3], который может быть использован для формирования температурной карты местности с помощью сканирующего радиометра, радиолокационная антенна которого принимает электромагнитное излучение, испущенное находящимися на местности объектами и подстилающей поверхностью в миллиметровом диапазоне длин волн [3]. В результате первичной обработки принимаемых сигналов на множестве угловых положений антенны получают матрицу, амплитуды элементов которой пропорциональны температуре излучающих объектов и подстилающей поверхности. Далее полученную матрицу подвергают цифровой обработке с помощью алгоритма восстановления изображения, встроенного в процессор радиометра, и получают матрицу радиометрического изображения. Амплитуды элементов матрицы радиометрического изображения переводят в уровни цветности и получают матрицу цветного изображения, представляющую температурную карту местности.
Упомянутый способ позволяет получить температурную карту местности, содержащую информацию как о тепловых характеристиках (температуре) объектов, находящихся на наблюдаемой поверхности (о внешнем слое наблюдаемой поверхности), так и о тепловых характеристиках объектов, скрытых под поверхностным слоем (о температуре подстилающей поверхности).
Недостатком способа, принятого в качестве ближайшего аналога, является невысокое пространственное разрешение, обусловленной работой в миллиметровом диапазоне длин волн.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в получении температурной карты местности, несущей информацию как о температуре объектов, находящихся во внешнем слое наблюдаемой поверхности, так и о температуре подстилающей поверхности, с высоким пространственным разрешением. Иначе говоря, изобретение позволяет получить температурную карту местности в миллиметровом диапазоне длин волн с пространственным разрешением, характерным для инфракрасного диапазона длин волн.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе формирования температурной карты местности, включающем регистрацию с помощью сканирующего радиометра с радиолокационной антенной электромагнитного излучения, испущенного находящимися на местности объектами и подстилающей поверхностью в миллиметровом диапазоне длин волн, обработку принятого излучения на множестве угловых положений антенны с формированием матрицы амплитуд электромагнитных сигналов участков местности, перевод упомянутых амплитуд в уровни цветности и формирование матрицы радиометрического изображения местности, дополнительно регистрируют с помощью тепловизора электромагнитное излучение, испущенное находящимися на местности объектами в инфракрасном диапазоне длин волн, с получением матрицы оптического изображения участков местности, разбивают указанную матрицу на непересекающиеся однородные по амплитуде подобласти, приводят матрицу радиометрического изображения в соответствие масштабу матрицы оптического изображения, определяют соответствующие элементы матрицы радиометрического изображения и вычисляют среднюю амплитуду этих элементов, которую присваивают всем элементам подобласти матрицы оптического изображения, переводят амплитуды элементов матрицы оптического изображения в уровни цветности и формируют температурную карту местности.
Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.
1. Формируется матрица X оптического изображения участка местности с элементами x(i,j), i=1,…, М, j=1,…, N, где М и N - число строк и столбцов матрицы. Значения элементов x(i,j) матрицы X представляют амплитуды (интенсивности) оптического излучения, испущенного соответствующим i-м, j-м элементом наблюдаемой поверхности.
1
2
K
2. Матрица X разбивается на К непересекающихся однородных по амплитуде подобластей D, D,…, D с помощью известных алгоритмов сегментации [4].
3. Формируется матрица Y радиометрического изображения того же участка местности с элементами y(i,j), i=1,…, m, j=1,…, n, где m и n - число строк и столбцов матрицы: m≤М, n≤N. Значения элементов y(i,j) матрицы Y представляют амплитуды (интенсивности) электромагнитного излучения, принятого антенной при ее i-м, j-м положении, которые зависят от температуры в миллиметровом диапазоне длин волн.
1
1
1
4. Матрица Y приводится в соответствие масштабу матрицы X включением в состав матрицы Y дополнительных строк и столбцов. Получается матрица Y с элементами y(i,j), i=1,…, М, j=1,…, N. Элементы дополнительных строк и столбцов матрицы Y получаются интерполяцией соответствующих элементов соседних строк и столбцов матрицы Y.
k
1
k
1
1
5. Для каждой подобласти D(к=1,…,K) матрицы X устанавливаются соответствующие элементы матрицы Y и вычисляется средняя амплитуда этих элементов, которая присваивается всем элементам подобласти D. Получается матрица X с пространственным разрешением матрицы X, амплитуды элементов которой x(i,j), i=1,…, М, j=1,…, N, соответствуют радиометрической температуре i-x, j-x элементов поверхности и подстилающего слоя.
1
1
6. Амплитуды элементов x(i,j) матрицы X переводятся в уровни цветности. В результате получается цветовое изображение температурной карты местности.
Таким образом, заявляемый способ в отличие от способа, принятого в качестве ближайшего аналога, позволяет получить температурную карту местности, несущую информацию как о температуре объектов, находящихся во внешнем слое наблюдаемой поверхности, так и о температуре подстилающей поверхности, с высоким пространственным разрешением.
ЛИТЕРАТУРА
1. Обработка изображений в геоинформационных системах: учеб. пособие / В.К. Злобин, В.В. Еремеев, А.Е. Кузнецов. Рязан. гос. радиотехн. ун-т. Рязань, 2006, с. 18-22.
2. http://leg.co.ua/arhiv/raznoe-arhiv/teplovizory-21.html, с. 26-30.
3. Патент РФ №2379706, МПК G01S 13/89, 2010 г. Способ повышения разрешающей способности радиотепловых изображений.
4. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М.: Техносфера, 2006. 616 с.