0056] 〇.5m/6 = 0.0833m
[0057]在要求相对短的焦点长度的情况下，可通过减少F#提高灵敏度。
[0058]当系统的主要目标是障碍物检测时，为减轻生产并减小尺寸，焦点长度可减少至 约150mm〇
[0059]用于物体检测的热系统通常具有F/2系数(F/2figUre)，该系数支持每像素~ IOOmKelvin的噪声等效温差(NETD)区别，这支持长于2Km距离的障碍物检测。在目标障碍物 是活体，例如人，的情况下，人体和他图像周围地面之间的温差可在5°K到25° K之间变化。结 果，信噪比（SNR)可以是50或更高。
[0060] 根据本发明的一些实施方式，要求目标障碍物一定范围的检测概率(POD)和一定 范围的错误警报率(false alarm ratio FAR)。
[0061] 现参照图3,即根据本发明的实施方式的描绘SNR、P0D和FAR的大小关系的示例性 曲线图。SNR以无量纲图表达并且在横轴上呈现，POD以百分数表达并且在纵轴上呈现，对于 给定的FAR，以无量纲图表达。如在图3的曲线图可见的，对于给定的FAR值，POD值与SNR值成 正比例，对于足够高的SNR值(例如高于12.5 )，POD值高于99，甚至FAR等于I 0-22，也就是-- 具有足够高的SNR，FAR的值可忽略。然而即使FAR的值高于上文具体化的值，系统100仍然对 机车司机有帮助，因为在单元200调谐为在这个范围提供警报信号时，它会引起他对于警报 的关注。对于SNR等于10，FAR的值非常低，对于SNR高于10,很明显FAR的值几乎为零。对于由 传感器106获取的单个帧，对于SNR等于10的POD值接近99.99%，当然如果获取两个或两个 以上帧，POD值非常接近100%。
[0062] -种根据本发明的一些实施方式用于铁路障碍物识别和避开的系统，（例如系统 100)可在至少两个不同范围的波长操作。第一波长范围，也被称作中波长红外线(MWIR)是 3-8μπι，第二范围也称为长波长红外线(LWIR)是8-15μπι。这些范围的每一个中的系统的操作 涉及其自身的优点和缺点。当需要检测红外（IR)导弹尾焰时，在Mff IR范围操作有优点。如本 文中所使用的，IR导弹尾焰可指从导弹尾气排出的IR辐射。另外，在好的氛围条件下，MWIR 范围具有较好的可转移性，例如在具有低水平空气紊动(turbulence)的环境中。当在具有 高水平空气紊动的环境中操作时，在LWIR范围的操作具有大量的优点。当IR能量的波长在 LWIR范围时，IR范围的波长的可转移性非常高。可使用参数Cn2来评估紊动(turbulence)对 成像器性能的影响，参数Cn2表明目标物体和成像器之间的介质的折射因素的变化水平。这 个单元具有物理尺寸【"f 2/3】并且该数字越大，折射数量的变化越大，结果一一成像器的性 能越低。
[0063] 现参照图4,即示意性地图示了根据本发明的实施方式的MW和LW波长范围内的IR 波长的可转移性作为紊动系数。在MW和LW波长范围的IR波长的可转移性(其作为紊动系数 Cn2沿着横轴呈现），在被观察的物体和物体与成像器之间的介质中，沿着纵轴呈现。如图4 可见，在低水平紊动Cn2上的MWIR的可转移性比LWIR的可转移性高。但是，紊动对MffIR的影 响远高于对LWIR的影响，并且在2km的范围和高水平的紊动的感兴趣区域中，LWIR的可转移 性较好。
[0064] 根据本发明的实施方式，在IR频谱的LW范围内操作系统(诸如系统100)的优点也 适用于在低可见度条件下的操作。成像系统的可转移性可由雷利衍射方程（Rayleigh equation)评估：
[0066] 在该方程中，成分（l/λ)4对于坏天气条件下的可转移性最重要，在坏天气条件下 使用长波长被证明具有高的可转移性。
[0067] 根据本发明的一些实施方式，用于铁路障碍物识别和避开的系统，诸如系统100， 在图形帧中可自动地聚焦于铁路的铁轨的图像。期望铁轨的图像在所述帧中具有高水平的 区分度，这主要由于在所述图像帧中铁轨的温度和其背景的温度之间的差异。铁路铁轨由 金属制成，通常是钢，其具有不同于设置该铁轨的地面的热传递系数。铁的热传递系数为 50W/m 2 · k(瓦特每平方米开尔文)而等同的地面(包括岩石、土壤和气穴）的热传递低于IW/ m2 · k。这种不同确保在全天和所有范围的天气变化中铁轨表面的温度与其背景温度相比 的显著差异。
[0068] 根据本发明的一些实施方式的系统需要能够通过可被污染或具有低可见度的具 有折射变化等的介质，识别2km距离或更远的约0.5m宽的障碍物。另外，由于安装在以高速 行驶的火车机车上，IR传感器常遭受复杂的振动。这样的复杂振动组包括特定机车的特定 振动、来自在铁轨上的行驶的振动。从火车机车引入到IR传感器的振动可引发对于获取的 图像的两种不同类型的负面影响。第一种负面影响是获取的图像的振动，第二种负面的影 响是图像的模糊。
[0069] 第一种负面影响的结果是这样的图像，在该图像中，每一个物体在不同的地点在 帧中出现几次，在横向和/或纵向上以未知量相对于彼此移动。第二种负面影响是帧中物体 的模糊，该效应减小了图像的清晰度。处理第一个负面效应更难，因为很难自动确定哪些像 素代表物体，从而排除记录帧中被拍摄物体的确切位置的可能性从而接下来通过减法清除 该负面影响。第二种负面影响更容易处理，因为可通过及时平均化模糊的物体提取物体从 而接收真实的物体。
[0070] 根据本发明的一些实施方式，可通过例如为特定机车和/或在各种特定行驶概况 中的机车和/或沿着铁路的特定路段行驶的机车储存振动概况，记录、分析和研究特定的火 车机车的振动的特定性质。这样的振动数据可储存或随时由诸如系统100的系统使用。根据 本发明的可替代或另外的实施方式，为了被使用以使障碍物IR图像清晰，可动态地研究和 分析特定机车的振动的特定性质。
[0071] 根据本发明的又另外的实施方式，通过依靠假定：只要至少一个铁路铁轨在成像 器的视线(LOS)内，可更容易提取振动影响，依靠如上文讨论的由于其区分的热特征在图像 帧中定位铁轨的容易性，可进一步改善获取的IR图像以克服振动的负面影响。为了改善被 拍摄的IR图像，可使用维纳滤波器。维纳滤波器的频率响应可表达为：
[0073]其中：
[0074] Snn(W1，w2)为如从具有均匀分散的帧中的位置所取得的噪声频谱，以及 [0075 ] Suu (W1，W2)为起始物体的图像的频谱。
[0076] 根据本发明的一些实施方式，可储存沿着铁路轨道拍摄的图像以便后面的使用。 一个这样的使用可以是用作参考图像。例如就图2B描述的，系统100可提取对应当前由IR传 感器(诸如传感器106)观察的铁路路段的预存图像。可基于从(例如)GPS输入单元242接收 的连续的位置信息提取预存的图像。预存的图像(假定其具有更高质量)可用于通过例如减 法比较。另外或可替代地，可通过诸如蜂窝网络的通信链接从远程存储装置接收预存储的 参考轨道图像。
[0077] 本发明的一些实施方式是当前应用的主题，本发明的发明者(他的一些实施方式 是本申请的主题）已经执行实验从而将从由IR传感器在白天和黑夜拍摄的图像进行的铁路 铁轨的检测及置于铁轨附近的物体的检测，与由普通的相机在同样时间拍摄的同样的铁轨 和物体的图像进行比较。在黑夜中，由普通相机拍摄的图像是是完全看不见的，但是由IR相 机在同一时间拍摄的图像是明显看得见的。另外，实验发现即使是在白天，当穿过阴影区域 时，由普通相机拍摄的铁轨是完全看不见的，但是用IR传感器是足够看得见的。意识到即使 通过阴影区域时铁轨的温度低于暴于阳光下的铁轨的温度，由于铁轨的高的热传递数字， 一些热量从暴于阳光下的部分传输，结果，其在阴影部分的温度下降少于其附近的地面的 下降，结果在IR帧中保持区别。
[0078]现参照图5A到图5E，这些是根据本发明的实施方式进行和处理的火车机车前方场 景的图像。
[0079] 图5A为根据本发明的一些实施方式，由置于火车机车前端的IR成像器拍摄的图 像，该图像呈现了如在白色框502内看到的阴影部分内的铁轨500的部分的可见度。可见即 使人眼不能区分，位于白色框502内部（阴影部分）的铁路500的部分在IR图像中可区分。
[0080] 图5B为根据本发明的一些实施方式，与铁轨500在图5A中示出的同一场景经受过 滤之后的图像。在图5B的实例中，一阶导数过滤器(也称为一阶差分过滤器)应用于边缘检 测。此处在白色框504中的图像的阴影区域中的铁轨500在阴影区域的图案中也是很好区分 的。
[0081] 图5C为示出根据本发明的一些实施方式的沿着铁轨的两个不同点的铁轨500的温 度变化以及铁轨和其背景之间的温度差异的图像。位置512和516为铁轨500上互相距离约 Ikm的点。通过灰度级的差值(其为20级）提取点512和516之间的温度的差值，计算出的IKm 的差值约为1.6°C。在点514测量的灰度为0,其与铁轨的代表相差约230级--一个巨大的 差别。因此，很明显，与铁轨和它们的背景之间的温度差相比，沿着铁轨的温度变化忽略。 [0082]图5D为根据本发明的实施方式，的由位于火车机车前方的IR摄像机拍摄的图像， 该图像呈现了距离成像器约〇.5km距离的位于铁轨500之间的障碍物522、铁轨500之间的背 景524和铁轨526之间温度的差异。与图5C中的温度分析相似，在此，在约0.5km的距离处，背 景524的温度与障碍物522的温度的区别为246灰度(约80mK*246~20 °C)，并且与铁轨526的 温度差异为约220灰度（约17.5°C度）。这再次例证了由IR成像器拍摄的铁