Разработка тепловизионного канала СП-1 АСДМ "Лидар" (стр. 6 из 7)
MIMVisualizer поддерживает две палитры псевдоцвета – в градациях серого и многоцветная, переключение между которыми осуществляется с уже сохранённым кадром.
Основное окно программы MIMVisualizer представлено на рис. 2.8.
Панель управления подробно представлена на рис. 2.9.
Рис. 2.9. Основное окно программы MIMVisualizer (включена многоцветная палитра)
Рис. 2.10. Панель управления
1. Многоцветное отображение.
2. Отображение в градациях серого.
3. Трёхмерная модель изображения.
4. Выделение колонки (сечение по вертикали).
5. Выделение горизонтальной линии.
6. Выделение произвольного сечения.
7. Измерение расстояния между двумя точками (в пикселях).
8. Выделение области.
9. Инвертировать текущее изображение.
10. Повернуть текущее изображение на 180 градусов.
11. Повернуть текущее изображение на 90 градусов по часовой стрелке.
12. Повернуть текущее изображение на 90 градусов против часовой стрелки.
13. Повернуть текущее изображение на произвольный угол.
14. Зеркально отобразить текущее изображение по горизонтали.
15. Зеркально отобразить текущее изображение по вертикали.
16. Повысить резкость в выделенной области или на всём изображении.
17. Применить размытие к выделенной области или на всём изображении.
18. Построение гистограммы для выделенной области или на всём изображении.
Пример тепловизионного изображения и построения его термопрофиля (сечения) с помощью программы MIMVisualizerпоказан на рис. 2.11:
Рис. 2.11. Тепловизионное изображение штатного тест-объекта СП-1 (ТЭЦ-8) и термопрофиля, полученного проведением сечения по горизонтали. Включена палитра градаций серого
Следует отметить, что в программе имеется некоторое количество других функций, которые не имеют практического значения при обработке тепловизионных изображений «Ската». Но одна из функций имеет большое значение. Эта функция позволяет вычитать одно изображение из другого и в результате выводить тепловизионную картинку, представляющую собой разницу между изначальными двумя изображениями. Разница выражается в изменении интенсивности температурной картинки с течением времени и позволяет наблюдать за изменением температуры наблюдаемого объекта.
На рисунке 2.12 представлены две термограммы, которые предполагается вычесть друг из друга для выявления температурной разницы между ними. На термограммах изображён штатный тест-объект СП-1 ТЭЦ-11. Термограммы сняты с интервалом в 15 секунд.
Рис. 2.12. Примеры термограмм для обработки в программе MIMVisualizer.
Для операции вычитания в программе должны быть открыты два изображения. Активным должно быть окошко с тем изображением, из которого предполагается вычесть второе изображение (рис. 2.13):
Рис. 2.13. Вид основного окна MIMVisualizer с открытыми термограммами
Далее необходимо выполнить команду меню Изображение / Операции / Вычесть… Или кликнуть на активном изображении правой кнопкой мыши, далее команды Операции / Вычесть… Появится окошко следующего вида (рис. 2.14):
Рис. 2.15. Окошко вычитания изображений
Под графой «Изображение» отображается список изображений, которые предполагается вычесть из исходного. Поскольку изображение в списке только одно, жмём OK.
Получается тепловизионное изображение, являющееся разницей в распределении температур между двумя изображениями (рис. 2.16):
Рис. 2.16. Результат применения функции «Вычитание»
Полученное изображение показывает, что окружающие объекты не поменяли температурной интенсивности, но заметна разница в отображении поднимающихся тепловых потоков из труб ТЭЦ-11. При обработке термограмм, снятых с большим интервалом времени (около часа или двух), результат вычитания будет более заметен, в том числе и на окружающих зданиях, поскольку температурная интенсивность за более долгое время может измениться.
2.4 Сравнительный анализ тепловизоров «ИРТИС» и «Скат»
Был проведён сравнительный анализ двух тепловизоров – «ИРТИС» и «Скат», проанализированы их свойства, функции, принципы работы. В ходе экспериментов были выявлены явные преимущества и недостатки каждого прибора.
«ИРТИС-2000» работает в диапазоне 3ч5 мкм, что позволяет наблюдать слабоконтрастные объекты, и на этот диапазон приходится максимум спектра излучения факелов пламени. ПМО к тепловизору позволяет измерять значения абсолютной температуры, строить термопрофили выбранной области термограммы, конвертировать термограммы в форматы, пригодные для обработки в другом ПО. Кроме того, данный термограф является полностью Российской разработкой.
Из недостатков тепловизора ИРТИС наиболее существенными оказались необходимость постоянной заливки жидкого азота для охлаждения приёмника излучения и ограничение непрерывной работы тепловизора. Время формирования кадра 1,5 с, что налагает существенные ограничения на непрерывный мониторинг. Тепловизор для защиты от внешних воздействий (улица) необходимо устанавливать в специально изготовленный термобокс. Эксперимент с тепловизором проводился около года, данные недостатки показали, что «ИРТИС-2000» не вполне пригоден для непрерывного круглосуточного мониторинга КС. Дальнейшие эксперименты с ним не проводились.
Преимущества тепловизора «Скат»: неохлаждаемая микроболометрическая матрица не требует заливки жидким азотом; частота развёртки кадров 25 Гц обеспечивает более высокое быстродействие тепловизионного канала; высокая надёжность и время непрерывной работы более 10000 часов. Диапазон 8ч13 мкм выигрывает на больших дистанциях, поскольку отношение сигнала к шуму в изображениях слабо нагретых тел выше, чем при диапазоне 3ч5 мкм. Программа MIMVisualizer, которой обрабатываются термограммы «Ската», имеет множество полезных функций, таких как наличие двух палитр отображения термограмм, отображение интенсивности температурной картины на теплоизображении; построение термопрофиля (сечения) изображения любой длины и направления в пределах кадра; функция вычитания одного кадра из другого, что позволяет наблюдать изменение температурной интенсивности с течением времени.
Из недостатков тепловизора «Скат» можно выделить посредственное качество термограмм при чересчур влажной атмосфере; при одинаковых площадях фоточувствительного элемента и одинаковых электрических полосах пропускания приемники 3ч5 мкм чувствительны к более слабым сигналам, чем приемники 8ч12 мкм. Также следует выделить тёмный ореол вокруг сильно нагретых объектов, возникающий из-за неточной настройки апертурной диафрагмы тепловизора.
В ходе экспериментальной эксплуатации тепловизор «Скат» показал себя с очень хорошей стороны. Стабильная работа, высокая частота кадров, защищённость прибора от дождя и ветра показали отличную пригодность «Ската» для круглосуточного мониторинга КС. Дальнейшие эксперименты на СП-1 проводились с тепловизором «Скат».
3. Экспериментальная отработка возможностей тепловизора «Скат»
В данной главе приводятся результаты экспериментальной отработки возможностей тепловизора «Скат» с помощью программы построения интенсивности теплового изображения MIMVisualizer. Приводятся примеры построения термопрофилей изображений с целью демонстрации возможностей тепловизора и программы MIMVisualizer. Приводятся примеры термограмм различных объектов, интересных с точки зрения мониторинга и поставленных задач, таких как: обнаружение аномально нагретых объектов и тепловых вулканов, обнаружение очагов возгорания, которых не видно невооружённым глазом, наблюдение теплового контраста изображений при различной метеорологической дальности видимости (МДВ), обнаружение очагов возгорания и пожаров (КС, ЧС).
3.1 Построение и анализ термопрофилей изображения
Термопрофиль изображения позволяет получить картинку интенсивности теплового излучения наблюдаемого объекта. Также он позволяет проанализировать тепловизионное изображение на предмет шумов и слабоконтрастных областей, могущих быть интересными.
На рисунках 3.1 и 3.2 представлены термограммы, на которых изображён штатный тест-объект СП-1 – здание завода «Фрезер» и проведённые через его изображение сечения по горизонтали и вертикали. Это здание играет для СП-1 роль натуральной тепловизионной миры, по которой определяется разрешающая способность тепловизора. Судя по полученным изображениям термопрофилей, тепловизор в состоянии различить сетку окон здания и построить её контрастную картину.
На термограммах обозначены начало (1) и конец (2) линии сечения. На термопрофилях линия сечения по умолчанию идёт только слева направо. Далее по тексту третьей главы сохраняются такие же настройки программы.
Рис. 3.1. Термограмма «Фрезера» и термопрофиль, проведённый
На рисунке 3.3 представлена термограмма с изображением ещё одного штатного тест-объекта – ТЭЦ-11 с проведённым сечением через всё изображение по горизонтали. Окошко термопрофиля растянуто в соответствии с изображением. Согласно полученной картинке, программа отлично распознаёт контрастные профили труб (два высоких пика в центре термопрофиля), а также менее контрастные профили тепловых потоков, поднимающихся из труб (1 и 2).