bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2020-18-2-53-61bsuir-2641Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА, РАДИОФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА, ИНФОРМАТИКАELECTRONICS, RADIOPHYSICS, RADIOENGINEERING, INFORMATICSРАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВИЗИОННОЙ СЪЕМКИ ОБЪЕКТОВ С БЕСПИЛОТНЫХ АВИАНОСИТЕЛЕЙCALCULATION OF OBJECTS THERMAL IMAGING PARAMETERS FROM UNMANNED AERIAL VEHICLESКатковскийЛ. В.KatkovskyL. V.

Катковский Леонид Владимирович, д.ф.-м.н., доцент, заведующий лабораторией  дистанционной  фотометрии

220045, Республика Беларусь, г. Минск, ул. Курчатова, д. 7; тел. +375-17-396-44-09

Katkovsky Leonid Vladimirovich, D.Sci., Associate Professor, Head of the Laboratory of Remote Photometry

220045, Republic of Belarus, Minsk, Kurchatova str., 7; tel. + 375-17-396-44-09

katkovskyl@bsu.byНаучно-исследовательское учреждение «Институт прикладных физических проблем им. А. Н. Севченко» Белорусского государственного университетаScientific research institution «Institute of Applied Physics Problems named after A. N. Sevchenko» of Belarusian State University2020310320201825361Copyright © Катковский Л.В., 20202020Катковский Л.В.Katkovsky L.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/2641

Целью работы является исследование влияния всего комплекса параметров на характеристики получаемых тепловых изображений при съемке поверхности Земли с беспилотных летательных аппаратов. Рассчитаны значения минимальной детектируемой и минимальной разрешаемой разности температур в зависимости от параметров тепловизора, съемки и размеров объекта (пространственной частоты) для трех серийных малогабаритных тепловизоров, используемых при авиационной съемке объектов земной поверхности с беспилотных авианосителей. Аналитические формулы для оценки минимальной разрешаемой разности температур получены на основе математической модели тепловизора как линейной системы отдельных компонентов системы на основе методики, отличающейся от общепринятой. Оценки выполнены для двух случаев: наблюдения теплового изображения оператором на экране дисплея и для случая отсутствия оператора, когда электронное изображение анализируется пороговым алгоритмом. Впервые учтено влияние скорости движения носителя на общую модуляционную передаточную функцию системы и, соответственно, температурное и пространственное разрешения тепловизоров. Основными компонентами, которые необходимо учитывать при расчетах полной модуляционной передаточной функции съемочной системы, являются: объектив тепловизора, приемник излучения, движение носителя и зрительная система наблюдателя. При этом наибольшее влияние на разрешаемые системой температуры оказывают параметры фотоприемника и скорость движения носителя.

This article is aimed at studying the influence of the entire complex parameters on the characteristics of the obtained thermal images when shooting the Earth’s surface from unmanned aerial vehicles. The values of the minimum detectable and minimum resolvable temperature differences are calculated depending on the parameters of the thermal imager, the survey and the size of the object (spatial frequency) for three serial miniature thermal cameras used in aerial surveys of the Earth's surface from unmanned aerial vehicles. Analytical formulas for estimating the minimum resolvable temperature difference are obtained on the basis of a mathematical model of the thermal imager as a linear system of individual components based on the technique that differs from the generally accepted one. Estimates were made for two cases: observation of a thermal image by an operator on a display screen and for the case when an electronic image is analyzed by a threshold algorithm with no operator engaged. For the first time, the influence of the carrier velocity on the overall modulation transfer function of the system and, accordingly, the temperature and spatial resolution of thermal imagers was taken into account. The main components that must be considered when calculating the full modulation transfer function of the system are: a thermal imager lens, a radiation detector, carrier movement and the observer's visual system. Moreover, the parameters of the detector and the speed of the carrier have the greatest influence on the temperatures resolvable by the system.

тепловизионная съемкабеспилотные авианосителиминимальная детектируемая и разрешаемая температурымодуляционная передаточная функцияthermal imagingunmanned aerial vehiclesminimum detectable and resolved temperaturemodulation transfer functionReferencesUto K., Seki H., Saito G., Kosugi Y. Characterization of Rice Paddies by a UAV-Mounted Miniature Hyperspectral Sensor System. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2013;6(2):851-860. DOI: 10.1109/JSTARS.2013.2250921.Uto K., Seki H., Saito G., Kosugi Y. Characterization of Rice Paddies by a UAV-Mounted Miniature Hyperspectral Sensor System. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2013;6(2):851-860. DOI: 10.1109/JSTARS.2013.2250921.Cen H. Y., Wan L., Zhu J. P. Dynamic monitoring of biomass of rice under different nitrogen treatments using a lightweight UAV with dual image-frame snapshot cameras. Plant Methods. 2019;5(1). DOI: 10.1186/s13007-019-0418-8.Cen H. Y., Wan L., Zhu J. P. Dynamic monitoring of biomass of rice under different nitrogen treatments using a lightweight UAV with dual image-frame snapshot cameras. Plant Methods. 2019;5(1). DOI: 10.1186/s13007-019-0418-8.Ллойд Дж. Системы тепловидения. Москва: Мир; 1978.Lloyd J. [Thermal imaging systems]. Moscow: Mir; 1978. (In Russ.)Колобродов В.Г., Лихоліт М.І. Проектування тепловізійних і телевізійних систем спостереження. Киів: НТУУ «КПІ»; 2007.Колобродов В.Г., Лихоліт М.І. [Design of thermal and television surveillance systems]. Киів: НТУУ «КПІ»; 2007. (In Ukranian)Аль-Мзирави А., Колобродов В.Г., Микитенко В.И. Расчет минимальной разрешаемой разности температур тепловизионных приборов. Приборы и методы измерений. 2015;6(1):64-69.Al-Mziravi A., Kolobrodov V.G., Mikitenko V.I. [Calculation of the minimum resolved temperature difference of thermal imaging devices]. Pribory i metody izmereniy=Devices and methods of measurements. 2015;6(1):64-69. (In Russ.)Колобродов В.Г., Лихоліт М.І., Тягур В.М.. Мінімальна розділювана різниця температур тепловізора аерокосмічного базування. Космічна наука і технологія. 2014;20(1):23-27. DOI: 10.15407/knit2014.01.023.Колобродов В.Г., Лихоліт М.І., Тягур В.М. [Minimum resolvable temperature difference for thermal imager of space basing]. Kosmichna nauka tehnologoii =Space science and technology. 2014;20(1):23-27. DOI: 10.15407/knit2014.01.023. (In Ukranian)Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. Москва: Изд. МГТУ им. Н.Э. Баумана; 2001.Karasik V.E., Orlov V.M. [Laser vision systems]. Moscow: Publishing house MGTU im. N.E. Bauman; 2001. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.