红外融合视觉研究及其体热像应用初探

In the field of infrared thermal testing, the targets to be detected usually have surfaces partly consisting of optical thick region or are enclosed by the outside obstacles of optical thick material;therefore the volume thermography for targets becomes a problem . The project proposes a fusion vision testing approach for target, which is based on optical fiber bundle tomography (OFBT) and infrared multi-view vision (MV). The approach utilizes infrared MV to reconstitute the spatial coordinates and passband radiation intensity of the boundary points between the optical thick regions and the optical thin regions of the target's surface. The reconstituted passband radiation intensity distribution of the optical thick regions is reserved; for the optical thin regions, we reconstruct the three-dimensional distributions of inner passband radiation intensity and temperature based on OFBT and the theroy of information fusion, which combines an algorithm under the limited-view and obstacle conditions with a restriction of the coordinates and passband intensity of the bundary points reconstituted by infrared MV. The poject makes the researches on theory, algorithms and experiments of the infrared fusion vision (IFV), and solves the key problems of the applications of IFV to the three-dimensional thermography. The researches are of scientific importance in industry, military affairs and aviation, etc. The achievements in the project can be used to design the instruments of three dimentional thermography satisfying the needs of spatial detecting for various infrared targets with high, middle or low temperatures by selecting the passband with a central wavelength corresponding to the peak radiant wavelength of various temperatures.

在红外热成像探测中,待测目标大都包括部分光学厚表面或处于光学厚材料构成的外界障碍之中,使得目标体热像探测成为一个难题.本项目提出一种基于光纤束层析及红外多目视觉的融合视觉目标探测方法,该方法拟采用红外多目视觉重构目标表面光学薄区域及光学厚区域边界特征点空间坐标及通带辐射强度.对于光学厚区域保留多目视觉通带辐射强度重构结果;对于光学薄区域利用光纤束层析,以多目视觉重构出的区域边界点及通带辐射强度为约束,结合有限视角及有遮挡物的光学层析算法,基于信息融合理论进行目标内部通带辐射强度及相应温度分布等红外信息的三维重建.项目进行红外融合视觉的理论、算法及实验研究,并初步解决其在目标立体热成像应用中的关键问题。项目的研究在工业、军事、航空等领域具有重要科学意义.其成果可用于构建红外体热像探测设备,通过选择以不同温度辐射峰值波长为中心的通带,可满足高、中、低温各种红外目标的空间探测需求.

常规的热成像探测方法采用红外单元器件扫描或红外面阵探测器成像获取目标局部表面热辐射信息，其信息量有限，故其应用领域受到较大限制。项目提出一种基于光纤束层析及红外多目视觉的复合视觉目标体热像探测方法，该方法采用红外多目视觉重构目标表面光学薄区域和光学厚区域边界特征点空间坐标及通带辐射强度。对于光学厚区域保留红外多目视觉通带辐射强度重构结果；对于光学薄区域利用光纤束层析技术，以多目视觉重构出的区域边界点及通带辐射强度为约束，结合有限视角及有遮挡物的光学层析算法，基于信息融合理论进行目标内部通带辐射强度及相应温度分布等红外信息的三维重建。.项目主要工作如下：.1.利用红外多目视觉技术重构目标表面光学厚区域的温度分布情况以及光学厚区域与光学薄区域边界点空间三维坐标。光学厚区域与光学薄区域边界点空间三维坐标的求解过程如下：首先是对四个红外热像仪进行标定，得到其内参数矩阵和外参数矩阵，然后对红外热像仪所拍摄的图像进行特征点提取与匹配，计算得到特征点的空间三维坐标。.2.利用光纤束层析技术重构目标光学薄区域的红外信息。项目采用64路红外空心光纤与红外热电堆传感器OTP538U耦合作为信号采集前端的传感器，然后设计信号采集电路板对采集到的信号放大，最后由DSP采集到计算机中进行数据处理，利用光学层析算法，得到实验结果。.3.使用信息融合方法对目标完成体热像研究。由红外多目视觉技术得到目标表面光学薄与光学厚区域的分界点，在光学厚区域用红外多目视觉技术得到实验目标表面温度分布和特征点三维坐标，在光学薄区域用光纤束层析技术，得到目标内部温度场分布情况，最后根据信息融合概念，得到完整的目标体热像。.项目共计完成资助论文17篇，授权相关发明专利8项，申请发明专利2项，实现专利转让4项。培养研究生8名。