一种红外融合视觉探测方法与流程

文档序号:11132401阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于光纤束层析及红外多目视觉的融合视觉探测方法,该方法是在基于光纤束层析及红外多目视觉的融合视觉探测系统上实现的,所述的融合视觉探测系统包括测试平台(16)、光纤束层析子系统、红外视觉子系统、千兆交换机(26)、计算机(27);其特征在于融合视觉探测方法包括以下步骤:

1)采用黑体炉进行OFB通带辐射标定

每个OFB中一根光纤传感单元探测一根红外辐射线,传感光纤采用红外光纤,经输出耦合器耦合长波单元器件实现通带光纤束层析数据采集,把所受辐射转化为模拟电压,经放大及A/D变换后成为数字量;

n个OFB的共计n乘以p根光纤传感单元的每个长波单元器件位置所对应的通带黑体辐射强度It,j与数字量的关系都必须进行预先标定,n为大于等于4的整数,p为大于等于10的整数的平方,It为通带黑体辐射强度,j为待标定的长波单元器件所属光纤传感单元的序号,采用的方法为:

选择光纤束层析探测波长范围8~14μm,调节黑体炉温度至某一温度T,根据普朗克黑体辐射公式计算温度T对应的通带黑体辐射强度It,即黑体温度T下的辐射曲线在8~14μm范围的面积;离黑体炉辐射腔距离L处,固定放置一待标定的光纤传感单元,使其传感头端面对准并垂直于辐射腔中心,测得光纤传感单元输出数字量为D;记录上述的一组参数值L、It,和D;调节黑体炉温度T,记录另一组参数值L、It和D;完成整个黑体炉温度范围的标定后,改变L,重复以上步骤,可实现不同距离下,不同通带黑体辐射强度下,光纤传感单元输出数字量的标定;由于每根光纤传感单元的长波单元器件存在个体差异,因此需要对每根光纤传感单元进行标定,减小系统误差;最终完成n个OFB的共计n乘以p根光纤传感单元在不同探测距离L对应的通带黑体辐射强度It,j与输出数字量D的关系It,j=f1(L,D,j),建立OFB通带辐射数据库;

2)采用黑体炉进行红外视觉通带辐射标定

为了实现光纤束层析及红外多目视觉信息融合,即提供光纤束层析重建的边界约束条件,必须解决通带8~14μm红外图像灰度与通带黑体辐射强度的转换问题,即进行红外视觉通带辐射标定;

m个红外视觉模组中的每个红外面阵输出的红外图像组成像素点灰度值G与通带黑体辐射强度It,i的关系都必须进行预先标定,m为大于等于4的整数,It为通带黑体辐射强度,i为待标定的红外视觉模组的序号,标定方法与步骤1)类似:

调节黑体炉温度至某一温度T,根据普朗克黑体辐射公式计算温度T对应的通带黑体辐射强度It,即黑体温度T下的辐射曲线在8~14μm范围的面积;离黑体炉辐射腔距离L处,固定放置一待标定的红外视觉模组,调节红外视觉模组的红外变焦镜头,使其准确聚焦到黑体炉辐射腔。读取该红外视觉模组的红外面阵输出的红外图像中黑体炉辐射腔部分的平均灰度值G,记录上述的一组参数值(L,It,G)。调节黑体炉温度T,记录另一组参数值L,、It和G;完成整个黑体炉温度范围的标定后,改变L,重复以上步骤,可实现不同距离下,不同通带黑体辐射强度下,红外视觉模组输出的红外图像组成像素点灰度值G的标定;由于每个红外视觉模组的红外面阵存在个体差异,因此对所有的红外面阵进行标定,可减小系统误差;最终完成m个红外视觉模组中的共计m个红外面阵在不同探测距离L下,输出的8~14μm红外图像组成像素点灰度值G与通带黑体辐射强度It,i的关系It,i=f2(L,G,i),建立多目红外视觉通带辐射数据库;

3)MV及OFBT数据采集

将待测目标放置于测试平台上,在相等球半径R球形空间的不同经纬方向角的位置上,由三角架云台上的安装板,固定放置n个OFB,同时,m个红外视觉模组安装在m个平动导轨8上,沿平动导轨作一维平动及绕旋转导轨旋转,直到各平动导轨之间的夹角相等,且m个红外视觉模组离球形空间球心距离都等于R后可固定,将所有红外视觉模组的红外变焦镜头的焦点调至R;

每个OFB的传感头为平行准直孔结构,该结构既保证直线信号采集又满足实时性要求;属于一个OFB的p根光纤传感单元中的共计p个传感头作为一组,按顺序装进空间滤波器的定位孔中并固定,传感头外径与定位孔直径相等,定位孔中心之间的水平与垂直距离相等,可满足对待测目标进行测试的空间分辨率要求;

进行待测目标的融合视觉测试,千兆交换机将计算机、光纤束层析子系统与红外视觉子系统组成千兆局域网,计算机通过千兆局域网得到红外视觉子系统输出的有关待测目标不同角度下的m路红外图像数据,对每路红外图像的所有像素点灰度G,对照多目红外视觉通带辐射数据库It,i=f2(R,G,i)进行转换,获得m幅以黑体通带辐射强度It表征的红外辐射图像;

同时,数字信号处理电路通过控制电子开关对所有n乘以p根光纤传感单元的每个长波单元器件进行工作电源的控制,从而实现以电子快门方式瞬时启动所有长波单元器件以采集待测目标进入各传感头的空间多点通带辐射强度信号,同时各长波单元器件的输出端接峰值保持电路,使采集到的空间多点通带辐射强度信号转换成电压信号锁存在峰值保持电路中;经过模拟放大器进行放大,再经数字信号处理电路进行处理,对所有数据进行模拟信号至数字信号的变换,得到数字量D,再对照OFB通带辐射数据库It,j=f1(R,D,j),获得待测目标空间多点的通带辐射强度原始数据It

4)融合数据处理

对计算机中的m幅以黑体通带辐射强度It表征的红外辐射图像,采用Harris算子进行不同区域的角点检测,基于红外通带光学薄及光学厚区域不同的图像空域及频域特征,如灰度、直方图、纹理、幅频分布,进行区域分割,基于极线约束的图像匹配算法对m幅进行红外辐射图像特征角点匹配,重构待测目标的表面形貌,以及表面不同区域边界三维坐标及通带黑体辐射强度值;根据重构的待测目标的表面不同区域边界,对待测目标进行空间分割,即分为红外通带光学薄及光学厚区域,对于光学厚区域,直接采用重构的待测目标的表面形貌,即完成红外多目视觉的工作;对于光学薄区域,进入下述的光纤束层析空间三维重建:

把由红外多目视觉重构的表面不同区域边界三维坐标及通带黑体辐射强度值作为约束,对步骤2)中数字信号处理电路处理获得的待测目标空间多点的通带辐射强度原始数据进行划分,对光学厚区域的辐射强度数据舍弃,采用光学薄区域的通带辐射强度原始数据进行光纤束发射光学层析的反演计算;通过层析计算,可得到待测目标光学薄区域内部空间各点的通带辐射强度,从而与光学厚区域中,由红外多目视觉重构的待测目标1的表面形貌及其通带辐射强度相融合,完成整个待测目标,包括光学薄区域及光学厚区域,空间三维通带辐射强度It分布的重建,以此为基础可反演待测目标,包括光学薄区域及光学厚区域,空间三维温度、压强、粒子数密度等物理量的分布,其三维分布结果实时在计算机上显示,完成整个融合视觉探测。

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