Енергетична модель оптичної системи поляриметричного тепловізора
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2024.95.47-53Ключові слова:
поляриметричний тепловiзор, відбите і емісійне випромінення, вектор Стокса, ступінь поляризації.Анотація
Поляриметричне дистанційне зондування є відносно новим напрямком теплобачення та має різноманітні сфери застосування. Останнім часом тепловізори широко використовуються у військовій справі в якості систем спостереження, які дозволяють виявити і розпізнати цілі на граничній дальності цілодобово в складних метеоумовах за умови наявності теплового радіаційного контрасту між ціллю і фоном. При відсутності такого контрасту ціль можна виявити за допомогою новітніх тепловізорів, в яких джерелом інформації є відмінність поляризаційних характеристик випромінювання цілі від фону (завади). Оптична система і матричний приймач випромінювання (МПВ) поляриметричного тепловізора (ПТ) дозволяють вимірювати параметри вектору Стокса, на основі яких формується поляриметричне зображення.
Метою статі є дослідження процесу перетворення зовнішнього та внутрішнього ІЧ випромінювання в оптичній системі ПТ для покращення якості зображення. Розглянуто два потенційних джерела поляризованого випромінювання: відбита енергія, яка розраховується за формулами Френеля, і стан поляризації власного випромінювання. Кінцевий стан поляризації буде залежати від ступеня поляризації, обумовленої кожним із цих компонентів і їх відносної величини. Враховано зовнішнє і внутрішнє випромінювання, що надходять до вхідної зіниці ІЧ об’єктива, а саме потік, відбитий від поверхні дрона; власне (емісійне) теплове випромінювання дрона; випромінювання атмосфери між ціллю і ПТ; відбите і власне випромінення поверхні фазової пластинки і поляризатора. Отримано формули для розрахунку параметрів вектора Стокса, а також ступеня поляризації випромінювання, що надходить на піксель МПВ, які враховують орієнтацію поляризатора, ступінь поляризації випромінювання цілі і атмосфери, коефіцієнти випромінювання і відбивання цілі, яскравість атмосфери. Практичне застосування цих формул свідчить про те, що відношення сигнал/шум в ПТ, а отже і якість зображення, і максимальну дальність розрізнення цілей, можливо значно покращити порівняно з класичними тепловізорами.
Посилання
References
Schott J. R. (2009). Fundamentals of Polarimetric Remote Sensing. SPIE Press, 244 p. DOI:10.1117/3.817304.
Zhang J.-H., Zhang Y., Shi Z.-G. (2018). Enhancement of dim targets in a sea background based on long-wave infrared polarisation features. IET Image Processing, Vol. 12, Iss. 11, pp. 2042-2050. DOI: 10.1049/iet-ipr.2018.5607.
Zhang Y., Shi Z.-G., Qiu T. (2017). Infrared small target detection method based on decomposition of polarization information. Journal of Electronic Imaging, Vol. 26, Iss. 3, 033004. DOI:10.1117/1.JEI.26.3.033004.
Schuster N., Kolobrodov V. G. (2004). Infrarotthermographie: Zweite, Uberarbeitete Und Erweiterte Ausgabe [Infrared thermography. Second, revised and expanded edition]. WILEY-VCH: Berlin, Germany, 354 p.
Thermal imaging for military purposes. https://profoptica.com.ua, accessed 21 January 2024.
Vollmer M., Mollman K.-P. (2018). Infrared Thermal Imaging. Fundamentals, Research and Applications. Second Edition. WILEY-VCH, 788 p.
Goldstein D. H. (2011). Polarized Light. Third Edition. Taylor & Francis, CRC Press, 808 p. DOI:10.1201/b10436.
Russell Chipman, Wai-Sze Tiffany Lam, Garam Young. (2019). Polarized Light and Optical Systems. Taylor & Francis, CRC Press, 982 p. DOI: 10.1201/9781351129121.
Fei Liu, Xiaopeng Shao, Ying Gao et al. (2016). Polarization characteristics of objects in long-wave infrared range. Journal of the Optical Society of America A, Vol. 33, No. 2. pp. 237–243. DOI: 10.1364/JOSAA.33.000237.
Trongtirakul T., Agaian S., Oulefki A. and Panetta K. (2023). Method for Remote Sensing Oil Spill Applications Over Thermal and Polarimetric Imagery. IEEE Journal of Oceanic Engineering, Vol. 48, Iss. 3, pp. 973-987, doi: 10.1109/JOE.2023.3245759.
Driggers R. G., Friedman M. H., Devitt J. W., Furxhi O., Singh A. (2022). Introduction to Infrared and Electro-Optical Systems, Third Edition, Artech House, 712 p.
Kolobrodov, V. G., Mykytenko V. I., Tymchyk, G. S. (2020). Polarization model of thermal contrast observation objects. Journal of Thermoelectricity, no. 1, pp. 36–49.
Peri'c D., Livada B., Peri'c M. and Vuji'c S. (2019). Thermal Imager Range: Predictions, Expectations, and Reality. Sensors, Vol. 19, Iss. 15, 3313. DOI: 10.3390/s19153313.
Gurton K. P, Yuffa A. J., Videen G .W. (2014). Enhanced facial recognition for thermal imagery using polarimetric imaging. Optical Society of America, Vol. 39, No. 13. pp. 3857–3859. DOI: 10.1364/OL.39.003857.
Yang B., Wu T., Chen W., Li Y., Knjazihhin J., Asundi A., and Yan L. (2017). Polarization Remote Sensing Physical Mechanism, Key Methods and Application. The Intermati-on Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Wuhan, China, Vol. XLII-2/W7, pp. 955-960. doi: 10.5194/isprs-archives-XLII-2-W7-955-2017.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Валентин Колобродов
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
