І Я Казимира, П О Кондратов, В Ф Ткаченко - Різницева аналого-цифрова обробка піросигналу тепловізійної камери - страница 1

Страницы:
1 

УДК 681.325:621.384.3

 

І.Я. Казимира, П.О. Кондратов, В.Ф. Ткаченко, В.І. Шклярський

Національний університет "Львівська політехніка"

РІЗНИЦЕВА АНАЛОГО-ЦИФРОВА ОБРОБКА ПІРОСИГНАЛУ ТЕПЛОВІЗІЙНОЇ КАМЕРИ

 

© Казимира І.Я., Кондратов П.О., Ткаченко В.Ф., Шклярський В.І., 2012

Пропонуються оригінальні аналого-цифрові схеми різницевих процесорів кадру для тепловізійної камери, за якими формують на його виході подвійну амплітуду корисного сигналу в кожному кадрі відображення об'єкта моніторингу, усувають повністю вплив на корисний вихідний сигнал компоненти шуму квантування, тим самим мінімізуючи втрати якості формованого теплового зображення.

Ключові слова: аналого-цифрові схеми, різницеві процесори, тепловізійна камера.

Proposed original analog-digital circuits of processors frame difference for thermal imaging cameras that allow you to form at its output a double amplitude signal in each frame display object monitoring, eliminate completely the influence of useful output quantization noise components, thereby minimizing loss of quality molded thermal image.

Key words: analog-digital circuits, difference processors, thermal imaging camera.

Вступ. Останнім часом спостерігається бурхливий розвиток систем дистанційного моніто­рингу, які дадуть змогу з високою ефективністю отримувати інформацію про стан та вплив на навколишнє середовище складних об'єктів (переважно - енергетичних). їх значні розміри, особ­ливо мереж та пристроїв передавання енергії від постачальника до користувача, роблять дистанційний моніторинг чи не єдиним швидкодійним засобом їх діагностики та попередження виходу з ладу. При цьому реєстрація інфрачервоного (ІЧ) випромінювання, яке супроводжує їх роботу, створює унікальні можливості щодо оперативного визначення та ідентифікації ділянок об' єктів і систем з граничними параметрами, а відтак розроблення та побудови систем підтримання оптимального режиму експлуатації об' єктів енергетики та інших галузей діяльності людини на терені впровадження енергоощадних технологій.

Як ІЧ детектори систем дистанційного моніторингу сьогодні інтенсивно застосовують наявні та розробляють нові тепловізійні камери (ТПК) на зокрема ПЗЗ та болометричних матрицях). Але актуальним залишається й застосування ТПК на піровідиконах (ПВ). Їх перевагами є відносно низькі вартість, незначні масгабарити і споживання, що уможливлює їх масове впровадження у системи моніторингу, а також можливість роботи в широкому ІЧ спектрі.

Огляд літературних джерел. Переваги застосування ТПК на ПВ докладно розглянуто у [1]. Водночас зазначають, що оскільки піроелектрик є диференційним приймачем, найефективнішим режимом роботи таких ТПК є обтюрація - робота за періодичного переривання теплового випромінення [2].

На цих теренах однією з головних задач є підвищення якості формованого з відеосигналу ПВ (піросигналу) теплового зображення як основного чинника впливу на точність роботи оператора.

Постановка задачі. Метою статті є розгляд розроблених модифікованих аналого-цифрових схем різницевих відеопроцесорів кадру дослідження.

Основні матеріали дослідження. Прикладом може слугувати різницевий відеопроцесор кадру з комутацією подвійного корисного сигналу. Введенням до схеми різницевого аналого-цифрового відеопроцесора кадру двох комутаторів формують на його виході подвійну амплітуду

 

17корисного сигналу в кожному кадрі відтворення. Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення (рис. 1) працює так. Блоком синхронізації 4 формуються: тактовий сигнал, який подається на синхровхід першого АЦП 1 для забезпечення необхідної частоти дискретизації відеосигналу; сигнали синхронізації розгорток та обтюратора тепловізійної камери, які подаються на синхровихід пристрою 11; сигнали читання/ запису та вибору рядків/ стовпців, які подаються на синхровходи блоку пам'яті 2 з метою синхронізації операцій запису (читання) із розгорткою зображення. На інформаційний вхід 9 пристрою подається відеосигнал з піровідикона тепловізійної камери, а на управляючий вхід 10 - сигнал U10 стану обтюратора (закрито - 0, відкрито - 1,

рис. 2,а). За закритого положення обтюратора вхідний інформаційний сигнал (рис. 2б) U9—

складається із п'єдесталу Q та корисного сигналу P , тобто U9— = Q P. Цей сигнал перетворюється на цифрову форму першим АЦП 1 та через перший вхід другого комутатора 6 подається на блок пам'яті 2, де він запам'ятовується. Одночасно з блоку пам'яті 2 зчитується виділений у попередньому полі розгортки корисний сигнал подвоєної амплітуди, який через перший комутатор 3 подається на вихід пристрою 12. У наступному полі розгортки (за відкритого

положення обтюратора) вхідний сигнал U + складається із п'єдесталу Q та корисного сигналу P +,

який має протилежну полярність, тобто U + = Q + P+, причому P + » P . Цей сигнал подається на перший вхід різницевого підсилювача 5. Одночасно з блоку пам'яті 2 зчитується цифровий сигнал, збережений у попередньому полі розгортки, який подається на вхід ЦАП 7, з виходу якого аналоговий сигнал подається на другий вхід різницевого підсилювача 5. У результаті віднімання

сигналів U9 = Q P та U9+ = Q + P+ на виході різницевого підсилювача 5 формується подвоєна корисна компонента сигналу U » 2P , яка перетворюється в цифрову форму другим АЦП 8 та через другий вхід комутатора 6 записується в блок пам' яті 2, а через другий вхід першого комутатора 3 виділений сигнал одночасно подається на вихід 12 пристрою.

Отже, на виході пристрою 12 (рис. 2, г) у кожному полі розгортки формується подвоєний корисний сигнал із скомпенсованим п'єдесталом. Вхідний інформаційний сигнал 9 та корисний сигнал, виділений різницевим підсилювачем 5, можуть бути легко узгоджені із динамічним діапазоном першого 1 та другого 8 АЦП, відповідно. Цим покращують відношення сигнал/шум та досягають мінімальних втрат якості формованого зображення.

 

С


A/D1 1


П

 

І---- > 2

І____ І і

—.—І Г


 

1

K1

2

 

3

V

 


 

 

12

4


+


5


A/D2 8


 

1

K2

2

 

6

V

 


D/A

 

7

Рис. 1. Різницевий процесор кадру з комутацією подвійного корисного сигналу

 

 

 

 

18



Uio U 9

Розроблено різницевий відеопроцесор кадру із вилученням впливу компоненти квантування на вихідний сигнал. Недоліком попереднього пристрою є наявність у результуючому сигналі пристрою компоненти помилки, спричиненої роботою першого та другого АЦП і ЦАП, що погіршує відношення сигнал/шум та негативно впливає на якість теплового зображення об'єкта. Пристрій формування сигналу тепловізійного зображення (рис. 3) працює так. Блоком синхронізації 4 формуються: тактовий сигнал, який подається на синхровхід першого АЦП 1 для забезпечення необхідної частоти дискретизації відеосигналу; сигнали синхронізації розгорток та обтюратора тепловізійної камери, які подаються на синхровихід пристрою 11; сигнали читання/ запису та вибору рядків/ стовпців, які подаються на синхровходи першого блоку пам' яті 2 з метою синхронізації операцій запису (читання) із розгорткою зображення. На інформаційний вхід 8 пристрою подається відеосигнал з піровідикона тепловізійної камери, а на управляючий вхід 9 -сигнал стану обтюратора (закрито - 0, відкрито - 1, рис. 4 а). За закритого положення обтюратора

вхідний інформаційний сигнал (рис.4, б) U9— складається із п'єдесталу Q та корисного сигналу P , тобто Ug = Q P . Вхідний сигнал перетворюється на цифрову форму першим АЦП 1 та

подається на перший блок пам'яті 2, де він запам'ятовується. Одночасно через другий відкритий вхід комутатора 3 цей сигнал передається на вхід ЦАП, і з його виходу подається на інверсний вхід

диференційного підсилювача 5. У результаті того, що сигнал  Ug = Q P зазнав подвійне

 

перетворення у блоках АЦП і ЦАП, у "нульовому" вихідному сигналі диференційного підсилювача 5 буде присутня компонента шуму, яка ще збільшиться за рахунок зворотного перетворення у другому АЦП - dP (рис.4, г). У наступному полі розгортки (за відкритого положення обтюратора)

вхідний сигнал U + складається із п'єдесталу Q та корисного сигналу P +, який має протилежну

полярність, тобто U + = Q + P +, причому P + »P . Цей сигнал подається на перший вхід диференційного підсилювача 5. Одночасно з першого блоку пам'яті 2 зчитується цифровий сигнал, збережений у попередньому полі розгортки, який через перший вхід передається на вихід комутатора і далі - на вхід ЦАП 7, з виходу якого аналоговий сигнал подається на інверсний вхід

диференційного підсилювача 5. У результаті віднімання сигналів U8— = Q P— та U8+ = Q + P+ на виході диференційного підсилювача 5 формується подвоєна корисна компонента сигналу U » 2P, яка перетворюється на цифрову форму другим АЦП 6 і подається на вхід різницевого процесора 12 (рис. 4, в). Отже, сигнали "закритого" і "відкритого" полів з компонентою дискретного шуму

 

 

19


подаються на вхід різницевого процесора 12, а конкретно, - на входи другого блоку пам'яті 13, з якого водночас зчитується сигнал попереднього поля. В АЛВ 14 сигнали від двох суміжних полів "віднімаються" так, що на виході пристрою 11 (рис.11, д) у кожному полі розгортки формується подвоєний корисний сигнал U » 2P із скомпенсованою компонентою дискретного перетворення, оскільки складова dP залишається незмінною під час суміжних полів.

a


U


t

+


б

 

 

в          U ЦАП

г


U


АЦП


dP

U


2Pд

 

Рис. 4. Формування подвійного вихідного сигналу із вилученням впливу компоненти квантування

 

Цим покращують відношення сигнал/шум та досягають мінімальних втрат якості сформованого теплового зображення об'єкта. За допомогою введення у пристрій різницевого процесора у складі блоку пам'яті та АЛП із результуючого сигналу повністю усувається компонента шуму дискретизації.

 

 

 

20

Висновки. Застосуванням у схемі відеопроцесора двох комутаторів сигналів можна формувати на його виході подвійну амплітуду корисного сигналу в кожному кадрі відображення об'єкта моніторингу. Запропонована модифікована схема відеопроцесора усуває повністю вплив на корисний вихідний сигнал компоненти шуму квантування.

 

1. Госсорг Ж. Инфракрасная термография. Основы, техника, применение. - М.: Мир, 1988. -216 с. 2. Kolobrodov V., Rybalka V. Pyroelectric camera modulation transfer function // Optical Engineering, - 1995. - vol.34, №4. - Pp.1044-1048. 3. Bozhenko I., Hrytskiv Z., KondratovP. Enhancement of thermographic images quality using pyrosignal digital frame-by-frame processing // Image processing methods in Applied mechanics. - Warszava: Politehnika Warszavska, 1999. - P.61-63. 4. Боженко І., Воронов С., Кондратов П., Шаблатович А. Відеопроцесор сумарно-різницевої обробки для системи тепловізійного моніторингу енергетичних об 'єктів //Електроніка і зв'язок. - 2003. - №19. - С.87-89. 5. Klushin Y., Kondratov P. The two-channel videoprocessor of a System of remote monitoring// Advanced Computer Systems and Networks: Design and Application ACSN'2003. Proceedings. - Lviv: NU "LP", 2003. - P. 31-32. 6. Пат.66607 А Україна, МПК H04N 5/33. Тепловізійна камера/ Кондратов П. (Україна). -№2003087325: Заявл. 4.08.2003.; Опубл. 17.05.2004; Бюл. №5.

 

 

 

УДК 620.179.14+681.5.015.75

 

Л. Ващишин1, В. Нічога2, І. Сторож2

:Фізико-механічний інститут НАН України ім. Карпенка, 2Національний університет "Львівська політехніка",

 

ВИКОРИСТАННЯ ДИСКРЕТНОГО ВЕЙВЛЕТ-ПЕРЕТВОРЕННЯ ДЛЯ ОБРОБКИ ТА АНАЛІЗУ СИГНАЛІВ ШВИДКІСНОЇ МАГНІТНОЇ ДЕФЕКТОСКОПІЇ ЗАЛІЗНИЧНОЇ КОЛІЇ

 

© Ващишин Л., Нічога В., Сторож І., 2012

 

Досліджено  можливість  застосування  дискретного  вейвлет-перетворення для попередньої обробки та аналізу дефектоскопічних сигналів. Ключові слова: тріщина, рейка, ДВП, вейвлет.

This paper is intended to investigate the possibility of using discrete wavelet transform for preprocessing and analize of flaw detection signals. Key words: crack, rail, DWT, wavelet.

Вступ. Діагностика технічного стану об'єктів забезпечує їх безпечну експлуатацію та вчасне виявлення дефектів. Особливо це актуально для діагностики об'єктів, дефекти яких можуть стати причиною значних матеріальних втрат або людських жертв. До таких об' єктів належать залізничні рейки. Вчасно виявивши дефектні рейки, можна запобігти їх розломам під поїздами, що підвищує безпеку та економічну ефективність залізничного транспорту загалом.

Найважливіше питання діагностики технічного стану залізничних рейок - це виділення інформації про дефекти з дефектоскопічного сигналу, який записано під час руху вагона-дефектоскопа. Актуальність задач розроблення методів та алгоритмів комп'ютерної обробки сигналів рейкової дефектоскопії обумовлюється тим, що сьогодні аналіз цих сигналів здійснюється в напівручному режимі, на основі візуальних експертних оцінок, які, без будь-яких сумнівів, не завжди бувають правильними. Для підвищення ефективності роботи оператора необхідно автоматизувати аналіз сигналів з виділенням образів тих сигналів, які з найбільшою вірогідністю

 

21

Страницы:
1 


Похожие статьи

І Я Казимира, П О Кондратов, В Ф Ткаченко - Різницева аналого-цифрова обробка піросигналу тепловізійної камери