Овечкін Віталій Сергійович. Вдосконалення методики розрахунку максимальної дальності розпізнавання тепловізійної системи спостереження

brief description

Овечкін Віталій Сергійович. Вдосконалення методики розрахунку максимальної дальності розпізнавання тепловізійної системи спостереження : Дис... канд. наук: 05.11.07 2007

Овечкін В.С.Вдосконалення методики розрахунку максимальної дальності розпізнавання тепловізійної системи спостереження. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.07 оптичні прилади та системи. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут», Київ, 2007.
Удосконаленнями методики вирішено задачу підвищення точності розрахунку максимальної дальності розпізнавання (МДР) тепловізійної системи спостереження (ТСС) і розширено область її застосування.
У дисертації досліджена наукова задача розрахунку МДР за шкалою NIIRS. Одна з найбільш розповсюджених систем, яка визначає порогові функціональні можливості ТСС, була пов’язана з характеристиками об’єкта, атмосфери, ланок ТСС, ЗА оператора, умов спостереження. Це дає можливість дослідити вплив цих параметрів на рівень NIIRS, синтезувати нову ТСС для забезпечення необхідної якості зображень за NIIRS, визначити з якої найбільшої відстані буде забезпечуватись виконання завдання по розпізнаванню об’єкта виходячи з його рівня NIIRS, параметрів ТСС та умов спостереження без проведення експериментальних досліджень.
Розглянуто математичні моделі атмосфери, ланок ТСС (ОС, ПВ, блоку електронної обробки сигналу, дисплея), а також властивості і характеристики зорового аналізатору оператора. Створено вдосконалену методику, в якій застосовано новий підхід до врахування атмосфери, враховано зорове сприйняття оператора, вплив руху та вібрацій зображення об’єкта, електронного збільшення на МДР. Це дозволяє аналізувати зв’язок параметрів об’єкта та фону, загальних метеорологічних даних, окремих елементів тепловізора, параметрів зорового аналізатора (ЗА) оператора, умов спостереження з МДР ТСС.
Використання замість закону Бугера МПФ атмосфери, дозволяє розраховувати МДР за умов сильного вітру, турбулентності, що було неможливо раніше, і дає результати близькі до експериментальних.
Досліджено вплив електронного збільшення, руху та вібрацій на МДР. Запропоновано методи їх врахування у методиці розрахунку МДР, що має важливе практичне значення для сучасних систем, які працюють на рухомих платформах.
Як засвідчили експериментальні дослідження, запропонована методика має високу точність і цілком придатна для практичного застосування. Показано, що використання запропонованої методики дає можливість синтезувати ТСС з необхідними функціональними можливостями.

1. В роботі вирішено задачу удосконалення методики розрахунку максимальної дальності розпізнавання тепловізійних систем спостереження шляхом впровадження нових або вдосконалених методів врахування атмосфери, руху та вібрацій, електронного збільшення, зорового сприйняття оператора, що дозволило підвищити точність визначення МДР та розширити сферу застосування методики. Теоретично обґрунтовано і експериментально підтверджено, що нова методика дозволяє дослідити зв’язок параметрів об’єкта та фону, загальних метеорологічних даних, окремих елементів тепловізора, параметрів ЗА оператора, умов спостереження з МДР ТСС.
2. У дисертації досліджена наукова задача розрахунку МДР за шкалою NIIRS. Одна з найбільш розповсюджених систем, яка визначає порогові функціональні можливості ТСС, була пов’язана з характеристиками об’єкта, атмосфери, ланок ТСС, ЗА оператора, умов спостереження. Це дає можливість:
- дослідити вплив окремих ланок ТСС на рівень NIIRS;
- синтезувати нову ТСС для забезпечення необхідної якості зображень за NIIRS;
- визначити з якої найбільшої відстані буде забезпечуватись виконання завдання по розпізнаванню об’єкта виходячи з його рівня NIIRS, параметрів ТСС та умов спостереження без проведення експериментальних досліджень.
3. Теоретично досліджено вплив руху і вібрацій зображення об’єкта на МДР та підтверджено припущення про їх значний вплив на МДР. Було виявлено, що:
- при малих значеннях частоти (до 10 13 Гц) і амплітуді вібрацій (до 28 мрад) ефект розмиття в кадрі й коливання осі візування мають приблизно однаковий вплив на МДР;
- усунення розмиття в зображенні веде до значно кращого розпізнавання об'єкта.
Розроблено метод розрахунку МДР з врахуванням погіршення якості тепловізійного зображення об’єкта під впливом прямолінійного рівномірного руху, низько- та високочастотних синусоїдальних вібрацій, що є новим для такого роду методик.
4. Теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено положення про значний вплив електронного збільшення на МДР. Впроваджено метод врахування цифрового збільшення і запропоновано вираз для знаходження найкращого його значення з точки зору сприйняття оператором.
5. Досліджено проходження теплового випромінювання через атмосферу. Було показано, що модель, яка враховує загальні метеорологічні дані (температура, метеорологічна дальність видимості, вологість, швидкість вітру), параметри об’єкта (розміри важливих для розпізнавання деталей, спектральний склад випромінювання) та турбулентність, є на сьогоднішній день найбільш точною. Тому було запропоновано враховувати вплив атмосфери на температурний контраст за допомогою МПФ атмосфери.
6. Запропоновано новий підхід до врахування сприйняття зображення об’єкта оператором за різних умов спостереження, таких як: фонова завада, обумовлена присутністю в спостережуваній сцені декількох схожих об’єктів, що зменшує ймовірність розпізнавання цільового об’єкта в групі; шум у зображенні, обумовлений нерівномірністю яскравості фону; освітленість у приміщенні, яскравість екрану, стан погоди, наявність хмарності, метеобачення; властивості ока оператора. Основною відмінністю даного методу є можливість врахування тренованості оператора по розпізнаванню об’єктів.
7. Подальший розвиток методики розрахунку МДР потребує удосконалень і автоматизації: 1) методу розрахунку впливу атмосфери; 2) розширення можливостей методики розрахунку МДР для багатоспектральних систем; 3) здійснення розрахунку МДР для систем з автоматичним виявленням і розпізнаванням об’єкта.