SE514646C2 - Metod och anordning för detektering av objekt med en IR- kamera - Google Patents

Description

514 646 2 kvoten mellan strålningsvärdena hos motsvarande bildelement i de båda registrerade bilderna och andra bildbehandlingsmedel inrättade att genomsöka järnförelsebildens bildelement och markera bildelementvärden överstigande ett visst tröskelvärde som en detekterad optisk apertur inom det infraröda våglängdsområdet.

Föredragna utföringsfonner har något eller några av de i underkraven 6-10 angivna kännetecknen.

Den uppfinningsenliga anordningen och metoden har en rad fördelar. Bland annat är det möjligt att mäta in svårupptäckta, passiva optiska aperturer inom ett stort område (IR-kamerans lobbredd) med mycket god upplösning. Redan idag befintliga hög- presterande IR-kameror kan användas for mätningarna och ingen specialtillverkad hårdvara krävs. För detekteringen krävs måttlig effekt hos lasem och vid detektering på mycket långa avstånd kan laserns lobbredd minskas för att öka räckvidden.

Uppfinningen skall i det efterföljande förklaras närmare med hjälp av exempel på utföringsformer av metoden och anordningen enligt föreliggande uppfinning med hänvisning till bifogade ritningar, där: fig 1 visar ett 'flödesschema i enlighet med ett exempel på en metod enligt förelig- gande uppfinning och ' ñg 2 schematiskt visar ett exempel på uppbyggnaden av en anordning enligt förelig- gande uppfinning.

I flödesschemat i ñg 1 beskrivs i stora drag hela förfarandet for att detektera före- komster av reflekterande objekt i forrn av optiska aperturer eller reflektorer, företrä- desvis inom det infraröda våglängdsområdet. I steg 1 registreras en första bild av en scen. Registreringen sker medelst en optisk sensor, exempelvis i form av en känslig IR-kamera, vilken i fig 2 anges med hänvisningssiffra 7. Scenstorleken svarari ett exempel mot IR-kamerans synfalt. Vid bildregistreringen tilldelar IR-kameran varje enskilt bildelement ett värde svarande mot detekterad strålning, vilken i sin tur står i proportion till den från föremålen i scenen emitterade värmestrålningen. För varje enskilt bildelement finns ett IR-detektorelement inrättat att under en bestämd integrationstid, exempelvis 20 um, omvandla fotonema som träffar detektorytan till elektroner. Värdet för varje bildelement svarar mot antalet elektroner och således indirekt mot antalet fotoner som träffar detektorytan under integrationstiden. Den registrerade första bilden lagras i ett minne i form av ett läs/skrivminne. Minnet är i fig 2 angivet med hänvisningssiffra 11. 10 15 20 25 30 35 514 646 I steg 2 registreras på samma sätt en andra bild av scenen. Vid registreringen av den andra bilden är lR-karneran 7 placerad på samma ställe som vid den första bildregist- reringen. Det kan beroende på scenens egenskaper vara väsentligt att tidsintervallet mellan den första och den andra bildregistreringen är kort, karaktäristiskt några 10- tals ms. Under registreringen av den andra bilden belyses hela scenen. Belysningen är sådan, att dess våglängd ligger inom lR-karnerans optiska bandbredd. För belys- ningen används en strålningskälla, exempelvis i form av en laser, framför vilken är placerad en lins av något slag inrättad att sprida laserstrålen över hela scenen. I ett annat exempel får lasern under registreringen svepa över scenen. I fig 2 anges lasern med hänvisningssiffra 8. Lasems effekt kan vara måttlig. För att tillhandahålla till- räcklig belysning om scenens djup är stort, kan man i stället för att öka lasereffekten välja scenen så, att den är smalare än kamerans synfált, varför således spridningen av laserstrålen kan begränsas. Även den andra registrerade bilden lagras i läs/ skriv- minnet 11. I ett annat utförande registreras den första bilden under belysning medelst laser och den andra utan belysning. Förfarandet kan upprepas, varvid detektionsförmågan ökar enligt kända signalbehandlingsteorier för tidsintegration etc.

Såsom nämnts tidigare, bör tidsintervallet mellan den första och den andra bildregist- reringen vara så kort som möjligt. Det beror på att man vill undvika att stora förflytt- ningar skett i scenen mellan de båda bildregistreringarna. Dessutom bör IR-kameran hållas stilla, exempelvis stående på ett stativ, för att undvika skakningar och på grund av detta, oskäipa och förskjutningar i bilden. Även om tidsintervallet görs kort och man söker undvika skakningar, kan det ändå förekomma förflyttningar i bilden. I syfte att reducera inverkan av dessa förflyttningar i bilden detekteras och avlägsnas därför i steg 3 skillnader mellan de två bilderna på grund av förflyttningarna. I ett exempel skulle inverkan från förflyttningama kunna reduceras genom att undersöka korrelationenåmellan de båda bildema för att detektera förflyttningarna och utifrån de detekterade förflyttningarna uppdatera någon av bildema. På så sätt sirnuleras en samtidig registrering av de båda bilderna.

I syfte att filtrera fram de eventuella optiska aperturema skapas i steg 4 bildelement för bildelement en skillnadsbild mellan de registrerade bilderna så, att varje bildele- ment i skillnadsbilden tilldelas ett värde svarande mot skillnaden mellan strålningsvärdena hos motsvarande bildelement i de båda registrerade bildema.

Bildelementsvärdena hos bilden tagen under belysning ligger generellt sett möjligen något högre än de för den ej belysta bilden. Vid en optisk apertur däremot, kommer genom belysningen åstadkomna reflexer göra att bildelementsvärdena för den belysta 10 15 20 25 30 35 514 646 4 bilden ligger väsentligt mycket över de för den ej belysta bilden. Därför kommer bildelementsvärdena att ligga väsentligt högre vid optiska aperturer än där sådana ej finns. De i skillnadsbilden utstickande värden är antingen positiva eller negativa beroende på vilken bild som subtraheras från vilken.

För att filtrera fram de optiska aperturema kan i steg 4 en kvotbild skapas i stället för den ovan beskrivna skillnadsbilden. Kvotbilden skapas genom att bildelement för bildelement bilda en kvot mellan de två registrerade bildema.

I steg 5 markeras värden i skillnadsbilden eller kvotbilden över en viss tröskelnivå som optiska aperturer. Denna tröskelnivå kan vara ett i förväg bestämt värde eller ett adaptivt värde, som exempelvis ställs in efter medelnivån i skillnadsbilden eller kvotbilden. I detalj genomsöks skillnadsbildens/kvotbildens bildelement, varpå bild- elementvärden som överstiger tröskelnivån markeras som en optisk apertur inom det infraröda våglängdsorrirådet. I ett utförande antas grupper av markerade intilliggande bildelement antas vara en och samma optiska apertur och markeras därefter. I ett annat exempel nollställs samtliga bildelement med värden under tröskelnivån och de kvarstående bildelementsvärdena anses utgöra markeringar av upptäckta optiska aperturer. För att öka tillförlitligheten kan förfarandet i steg 1-5 upprepas för att kontrollera att de markerade optiska aperturerna även vid de efterföljande mättillfal- lena markeras. I ett annat exempel kan skillnads- eller kvotbilder bilder skapas för flera mätningar enligt steg 1-4. Därefter skapas en slutlig skillnadsbild/kvotbild, i vilken i ett utförande bildelementsvärdena för de flera skillnadsbildema/kvotbildema har summerats bildelement för bildelement, varpå bildelementvärden i den slutliga skillnadsbilden över ett andra, av antalet mätningar beroende tröskelvärde markeras som optiska aperturer. I ett annat utförande skapas skillnadsbilden/kvotbilden genom att först bildas ett medelstrålningsvärde bildelement för bildelement för bildema registrerade med belysning respektive bildema registrerade utan belysning och sedan skapas skillnadsbilden eller kvotbilden genom att antingen subtrahera medelstrål- ningsvärdenaiför resp bildelement i de båda bildema eller bilda en kvot mellan dessa värden. I de ovan beskrivna fallen med upprepade mätningar kan i steg 3 skillnader mellan de båda bildema i varje bildpar och skillnader mellan bildparen avlägsnas.

Oavsett hur de optiska aperturema märktes ut i steg 5 visas i steg 6 markeringarna av de optiska aperturema på en presentationsbild. I ett föredraget exempel innefattar presentationsbilden någon av de två registrerade bildema, på vilken lagts symboler vid de ställen där markeringama gjordes i skillnadsbilden/kvotbilden. Dessutom kan de optiska aperturerna markers genom att koordinaterna för deras positioner visas, 10 15 20 25 30 35 514 646 5 exempelvis i förhållande till IR-kamerans placering. Dessa koordinater skulle i ett utförande automatiskt kunna sändas till en överordnad enhet som kan vara placerad på annan plats.

Det beskrivna förfarandet kan implementeras i en konventionell, högpresterande IR- kamera. Har kameran tillräckligt med minne och programmerbara kretsar krävs utöver IR-karneran 7 endast lasern 8 med någon forrn av organ för spridning av laser- strålen så, att hela scenen belyses. Lasem är i ett exempel en koldioxidlaser. len automatiserad anordning finns även styrorgan för att styra IR-karneran och lasem.

I anslutning till fig 2 skall nu beskrivas ett exempel på en uppfinningsenlig anord- ning. IR-kameran 7 har förbindelse med minnet ll inrättat att åtminstone lagra av kameran registrerade bilder samt skillnadsbilden/kvotbilden. Företrädesvis är rnin- neskapaciteten sådan, att de registrerade bilderna och skillnadsbildema/kvotbildema från på varandra följande mätningar kan lagras för att möjliggöra förfarandet i steg 5 för att öka tillförlitligheten i mätningarna. I ett utförande används separata minnen för de registrerade bildema och för skillnadsbildema/kvotbildema, i vilket fall IR- kameran endast behöver ha förbindelse med minnet för de registrerade bilderna.

Dessutom innefattar anordningen lasern 8 med organet för spridning av laserstrålen över hela scenen. Ett styrorgan 9 är inrättat att styra IR-kameran 7 och lasem 8 så, att IR-karneran automatiskt registrerar och lagrar två konsekutiva bilder av scenen sam- tidigt som belysningsorganen belyser scenen under åtminstone en del av registre- ringen av den ena av bilderna. Styrorganet 9 kan vara inrättat att minimera belys- ningstiden så, att den ej är längre än vad som krävs för bildregistreringen. På så sätt minskas risken för upptäckt. lR-kameran 7 har via styrorganet 9 även förbindelse med en signalprocessor 10, i ett utförande inrättad att vid anrop från styrorganet 9 ur de registrerade bildema skapa en skillnadsbild sådan att varje bildelement i skillnadsbilden är tilldelad ett värde sva- rande mot skillnaden mellan strålningsvärdena hos motsvarande bildelement i de båda registrerade bildema (steg 4). I ett annat utförande skapas ur de registrerade bildema en kvotbild sådan att varje bildelement i kvotbilden är tilldelad ett värde svarande mot kvoten mellan strålningsvärdena hos motsvarande bildelement i de båda registrerade bildema. Signalprocessorn är även inrättad att genomsöka skill- nadsbildens/kvotbildens bildelement och för fallet med skillnadsbilden markera bild- elementvärden överstigande ett i förväg bestämt absolutbelopp som en detekterad optisk apertur inom det infraröda våglängdsområdet samt för fallet med kvotbilden, om den belysta bilden är tälj are och den obelysta bilden är nämnare, markera 10 15 514 646 6 bildelementsvärden över ett visst kvotvärde och vice versa (steg 5). Signalprocessorn kan då vara inrättad att markera grupper av intilliggande markerade bildelement som en och sarnrna optiska apertur. Signalprocessorn 10 är i ett exempel vidare inrättad att realisera den i samband med förfarandet beskrivna nollställningen av bild- elementsvärden. Signalprocessorn kan även vara inrättad att realisera detekteringen av förflyttningar och uppdateringen av någon av de registrerade bilderna (steg 3). I ett utförande är sígnalprocessom inrättad att vid anrop från styrorganet 9 utföra opera- tionerna seriellt i enlighet med steg 3-5.

En display 12, exempelvis i form av en bildskärm av något slag är inrättad att visa en presentationsbild innefattande en av de registrerade bilderna i minnet 11 och marke- ringarna av de optiska aperturerna lagda ovanpå denna bild. I ett utförande finns sígnalprocessom 10, minnet 11 och displayen 12 innefattad i IR-kameran. Displayen 12 kan även vara inrättad att visa koordinatema för de markerade optiska aperturerna, vilka koordinater kan vara beräknade av processom 10.

Claims (10)

1. 0 l5 20 25 30 35 514 64-6

2. PATENTKRAV

3. Metod att medelst en IR-kamera (7) i en scen inom kamerans synfált detektera förekomster av objekt, varvid kameran (7) bringas att registrera bilder av scenen så att varje enskilt bildelement tilldelas ett värde svarande mot detekte- rad värmestrålning inom det infraröda våglängdsområdet, k ä n n e t e c k n a d a v, att: medelst kameran (7) registreras (1,2) åtminstone ett par konsekutiva bilder av scenen, varav den ena bilden i varje par registreras (2) åtminstone delvis under belysning av scenen medelst en strålningskälla, en järnförelsebild skapas (4) sådan att varje bildelement i järnförelsebilden är tilldelad ett värde huvudsakligen svarande mot en differens eller kvot mellan strålningsvärdena för motsvarande bildelement i bilderna registrerade (2) under belysning och strålningsvärdena för motsvarande bildelement i bilderna registrerade (1) utan belysning och den skapade jämförelsebildens bildelement genomsöks och bildelementvården som överstiger ett visst tröskelvärde markeras (5) som en optisk apertur inom det infraröda våglängdsorrirådet.

4. Metod enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d a v, att en grupp om flera intill varandra placerade markerade (5) bildelement markeras som en och samma optiska apertur.

5. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att innan järnförelsebilden skapas detekteras (3) förflyttningar i partier av scenen mellan de två registrerade bilderna i varje bildpar genom att bestämma hur bildelementsvärdena hos de båda bilderna är korrelerade, varpå någon av bilderna uppdateras för att avlägsna skillnader mellan de registrerade bilderna beroende på förflyttningarna.

6. Metod enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a d a v, att de markerade optiska aperturema märks ut (6) på en visad presentationsbild över scenen. 10 15 20 25 30 35 514 646 8

7. Anordning vid en IR-kamera (7) för att i en scen inom kamerans synfält detek- tera förekomster av objekt, varvid kameran (7) är inrättad att registrera bilder av scenen, vilka är sådana att varje bildelement i dessa är tilldelat ett värde svarande mot detekterad värmestrålning inom det infraröda våglängdsonrrâdet, k ä n n e t e c k n a d a v, att anordningen innefattar: till IR-kameran (7) anslutna lagringsmedel (1 1) inrättade att åtminstone lagra av kameran registrerade bilder, organ (8) inrättade att medelst en strålningskälla, exempelvis i form av en laser, belysa scenen, styrmedel (9) inrättade att styra lR-kameran och belysningsorganen så, att kameran registrerar och lagrar två konsekutiva bilder av scenen samtidigt som belysningsorganen belyser scenen vid registreringen av den ena av bildema, första bildbehandlingsmedel (10) inrättade att ur de registrerade bildema skapa en jämförelsebild sådan att varje bildelement i jämförelsebilden är tilldelad ett värde svarande mot differensen eller kvoten mellan strålningsvärdena hos mot- svarande bildelement i de båda registrerade bildema och andra bildbehandlingsmedel (10) inrättade att genomsöka järnförelsebildens bildelement och markera bildelementvärden överstigande ett visst tröskelvärde som en detekterad optisk apertur inom det infraröda våglängdsornrådet.

8. Anordning enligt patentkrav 5, k ä n n e t e c k n a d a v, att de första bildbe- handlingsmedlen (10) är inrättade att i jämförelsebilden nollställa de omarke- rade bildelementen.

9. Anordning enligt något av patentkraven 5 till 6, k ä n n e t e c k n a d a v, att de första bildbehandlingsmedlen (10) är inrättade att före skapandet av jäm- förelsebilden medelst ett korrelationsförfarande detektera förflyttningar i scenen mellan de tvâ registrerade bildema och uppdatera någon av bildema för att avlägsna skillnader mellan de registrerade bildema beroende på förflyttníng- arna. 10

10. 514 646 9 , Anordning enligt något av patentkraven 5 till 7, k ä n n e t e c k n a d a v, att de andra bildbehandlingsmedlen (10) är inrättade att ur någon av de registrerade bilderna skapa en presentationsbild, i vilken de detekterade optiska aperturerna är markerade. Anordning enligt något av patentkraven 5 till 8, k ä n n e t e c k n a d a v, att belysningsorganen (8) innefattar en vid kameran (7) monterad laser utrustad med medel för att sprida laserljuset över hela scenen. Anordning enligt något av patentkraven 5-9, k ä n n e t e c k n a d a v, att den har medel för att presentera koordinaterna för de detekterade aperturema, exempelvis i förhållande till kamerans (7) placering.