亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：揭示目标的方法与有关设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种方法与有关设备，可在目标经受独特条件时通过测绘其辐射放射而识别隐藏的目标。
更具体地说，本发明涉及在目标经受初始的尤其是热辐射时，用合适的传感器检测任何材料制作的目标所发出的辐射，所述检测依赖于预定义的被揭示材料合理地进行，所述检测考虑了在检测瞬间插入被揭示目标的材料的特性。
一种特定的目标检测技术是热分析术。众所周知，热分析术是一种能提供材料的表面热测绘的技术，可检测材料自身发出的红外辐射。
信息来自几厘米深处，可揭示临界状态，如在修复操作中，能涉及存在的隐藏的构成元件、破裂、涂层分离、金属夹、湿度停滞。
根据情况，在热图内可用相对于被研究目标部分的热背景较热或较冷的区域识别这些特定情况。为了理解包括碑石在内的不同材料的技术特性，即使少量的表面热量不连续性(0.1℃量级)也能提供有用的信息。
近年来，热分析术在若干医疗诊断领域中也有了应用(肿瘤学、眼科学、妇科学等)。在美国，该技术被用作预防性诊断工具作大楼监视，以评估墙壁可能的热泄漏量和出现的裂缝与漏水。近年发现该技术还可用来管理国家级建筑结构和一些历史古迹。已作处理的方面例如有建筑结构的渗水、灰泥脱落、拱顶开裂等。
物体辐射能量主要取决于它的表面温度，继而受控于热导率和比热值。热能传输现象以通常在红外区内的电磁辐射形式发生。物体表面受辐射时，一部分辐射朝源装置反射，另一部分被物体吸收，其余部分穿过物体本身。在反射、吸收和透射分量之间的相对分布则取决于辐射体的表面的辐射波长、温度与特征。
热分析术正基于上述的物理原理。解释热分析研究结果，需要了解不同被分析材料的放射、反射与吸收特性。
热分析检测所应用的设备一般由一腔室构成，腔室转换被放大电子信号的红外辐射，而电子信号则用不同灰度的图像、黑白映像或伪色彩作图示表示。
因而这种技术和有关设备只应用于表面或准表面检测(几厘米深)，被研究材料往往与表面下面的材料一样。
在目标被深埋入(几米深)由不同于一种目标本身的材料所构成的环境时，这些目标就称为“隐藏”目标，热分析技术至今还未获有效应用。
这是因为包围或覆盖被揭示目标的材料常常起着热稳定剂的作用，由于所寻找目标与(隐藏)表面间过分的退耦作用，使得热分析(或红外)摄像法提供的静态图像仅揭示出覆盖有关目标的材料的表面变化。
举一例子，若寻找农村里被埋的遗址，表面开垦和假设的考古地点下面的土壤的产生的效果，使所述考古地点根据当今现有设备得到的任何红外照相形成的任何静态热测绘总是得不出结果。
由于整天有太阳辐射，强度变化极慢，地表温度的空间分布显示不出任何地表向空中和地表向土壤下层的热发射迹象；地上温度在整个表面是均一的(因在整天和/或季节内均匀的时间增加和/或减少)，故显示不出目标可能正好埋在地下的任何迹象。
一般来说，上面所述的即使对发射不同于热辐射的辐射的目标也是有效的。
在考古地点和医疗诊断领域，尤其在低电压(X线)学(senology)，搜寻隐藏目标特别重要。
因此，本发明旨在提供一种揭示隐藏目标的方法和有关设备，即使出现以特别强烈的方式减弱源自目标及其特征的辐射信号的环境，本方法仍可利用辐射测绘获取所述隐藏目标的痕迹，所述方法还考虑了该环境特有的实际理化状态。
因此，本发明的目的即目标遥感法的特征在于，所述目标处于随时间变化的热放射条件下，而且包括以下诸阶段A、至少在第一时刻t1与第二时刻t2获取源自被检目标被认为是在空间部分表面的内部或后面的辐射图，这些时刻相互连续；B、视为在不同于所述至少两个时刻t1与t2的第三瞬间t*获取源自所述空间部分表面的辐射图；C、把得自阶段A的所述至少两个时刻t1与t2的辐射图相加；D、从阶段C得出的和值里减去在所述时刻t*由阶段B得出的辐射图；E、比较从阶段D得出的各部分图区值和搜寻目标材料的辐射强度阈值；
F、用搜寻的材料识别被研究目标的材料，当阶段E的比较结果表明存在至少数量为n的所述空间部分的区域部分，且n≥1时，所述辐射值就大于所述阈值。
根据本发明揭示的方法，在所述阶段A之前，可以通过辐射一预定的频率与功率的辐射能量先执行阶段A1的被检目标内或后面区域部分的能量辐射。
另按本发明，在阶段F之后，在搜寻的材料识别不出目标的材料时，可定义一新的辐射功率和新的辐射频率，再回到新的阶段A1。
仍按本发明，所述辐射由一组一个或多个辐射的时间间隔组成，所述间隔在时段内邻接或不邻接，在不邻接的情况下，在任意两个所述间隔之间的时间跨度内，辐射功率几乎为零。
再按本发明，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能与所述辐射间隔组的第一时间间隔连续。
根据本发明揭示的方法，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能包含在所述辐射间隔组的第一与最后时间间隔之间。
再根据本发明，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能与所述辐射间隔组的最后时间间隔连续。
较佳地，根据本发明，除了阶段A或A1到F外，或替代阶段E或F，所述方法还包括下列连续的阶段G、在阶段F识别被研究目标的材料时，对每一部分被研究的区域应进行阶段A与B得到的三个值和搜寻目标材料辐射的响应曲线的比较；H、在阶段G的比较结果为负时，即被研究目标材料的辐射的响应曲线与阶段A和B得到的值的走向明显不符，则定义新的辐射功率和新的辐射频率，再回到阶段A1；I、在阶段H的比较结果为负时，即被研究目标的材料辐射响应曲线与阶段A和B得到的值的走向明显相符，则用对应于阶段G和H所应用的辐射的响应曲线的材料来识别该材料。
仍然较佳地，根据本发明，在阶段A或A1之前，先执行下列预备阶段限定所述一个或多个搜寻目标的最小尺度，平均为1cm2的表面；用其特征物理参数值规定被识别材料；用为搜寻目标选择的同样的特征物理参数值定义背景；
用采集传感器把检测特征输入设备，即i)所述连续辐射组之间的时间跨度值和/或属于所述各辐射间隔组的时间间隔之间的时间跨度值；ii)被测量的成组M个参数P1，P2……Pm(M≥1)；iii)阶段A的所述至少两个采集时刻t1与t2值和阶段B的所述至少一个采集时刻t*值；iv)辐射所使用的J个频率f1，f2……fJ的值(J≥1)；v)检测或测绘使用的L个频率f’1，f’2……f’L的值(L≥1)；较佳地，根据本发明，辐射功率包含在0.1与1000倍之间的间隔内，更佳地包含在0.5与600倍之间的间隔内，该辐射功率由所述一个或多个目标以均衡状态提供。
较佳地，根据本发明，单一辐射出现在1～30ms时间内。
较佳地，根据本发明，从第一辐射间隔开始或结束时起，在0.5～60秒更佳地在0.8～8秒以后，所述至少两次在时刻t1与t2的采集对第一辐射间隔连续发生。
根据本发明，辐射频率较佳地包含在350μm～10μm之间，更佳为0.1～50μm之间。
较佳地，根据本发明，所述在时刻t*的采集与所述至少两次在时刻t1与t2的采集相连续。
根据本发明，所述时刻t*的辐射放射值的采集较佳地安排在假设的目标材料的响应曲线尾部相应之处，所述尾部放射基本上是背景放射。
较佳地，根据本发明，接收波长为350μm～10μm之间，更佳为0.1μm～50μm之间。
根据本发明，在热检测场合中，热摄像机离被研究区最远为30m。
另根据本发明，个别化目标可由金属材料和/或塑料组成。
较佳地，根据本发明，被研究面积为0.5～500m2，更佳为1～30cm2。
本发明另一特定目的是一电子设备，它被设计成执行用于上述热遥感目标的方法。
本发明又一特定目的是一含代码手段的计算机程序，当在电子系统上操作时，用于执行上述热遥感测目标的方法。
本发明的另一目的是一计算机可读、里面存有所述程序的存储器支持件，其特征在于该程序就是上述的程序。
本发明的目的是一目标检测设备，其特征在于它执行一种目标检测方法，所述方法就是上述的方法。
下面将参照附图以示例目的更详细地描述本发明，但不限于特定选用的实例，其中

图1示出原有技术中两目标和热背景的静态测绘图；图2示出本发明提出的技术中两目标和背景的动态测绘图；图3示出执行本发明方法的设备的框图；图4示出第一女病人1的胸部原图像；图5示出处理过的女病人1的胸部图像，其中中心区域示出极小的黑色部分，指明存在极小的球结节，绿色指示乳房topatic块；图6示出第二女病人2的胸部原图像；图7示出处理过的女病人2的胸部图像，示出中央癌块的结构；图8示出第三女病人3的胸部原图像；图9示出处理过的病人3的胸部图像，其中癌块为黑色，球节块呈红色；图10示出普通摄像机从上方拍摄的地面部分第一图像；图11示出普通摄像机从上方拍摄后再滤色的地面部分第二图像；图12示出通过本发明方法研究的区部第一图像(黑色)，内含埋藏的遗址(黑底染色)；图13示出通过本发明方法研究的区部第二图像(背景朦胧，像普通照片)，内含埋藏的遗址(灰底染色)。
以下描述中将用同样标号指示图中同样单元。
具体参照图1和2，标号1指被揭示的第一目标，2指被揭示的第二目标，3指热背景。
根据本发明方法，图2的a、b、c分别指数据采集的第一、第二、第三时刻。
现在应用本领域已知的一方法，假定要揭示一埋置的如由金属材料构成的目标。传统技术的静态测绘只揭示表面温度，因而在图1曲线中，对第一观测目标1有一常量函数，第二观测目标2有一常量函数，以及背景有一常量函数。正经说过，由于热发散，在目标上方的土壤厚度足够大时(几厘米以上)，这类恒定温度将是相符的。
现在应用本发明方法，例如假定用灯泡对小的地面区域提供热能，灯泡接通一小段时间间隔，接着是由预定函数规定的时间脉动。
这样产生一种不稳定状态，对地表产生热不平衡。终止加热阶段后，在地面冷却阶段内土壤本身不同区域之间形成温差，它是先前受光辐射照射表面下面土层成分的函数。
在以吸收、反射与折射的观点分析得到的电磁谱时，在诸工作范围内，运用以频率与幅值对信号作自动(或人工)扫描的设备(或一系列设备)，在接收阶段得到可读的被分析地点的电磁回波。
应用的技术为“闪耀”技术，对同样使用的能量有不同的功率峰，一般大于平均放射阈值电平的20倍。
对应于一能量峰的每次放射一般被分为具有优化反比例的三个频率，这样上述的前两个频率就造成不同的散射，一个在地表上，另一个在深处的金属自身的表面。
上述第三频率与另两个频率发生干扰，同时给出有关同一被观测金属系统其它参数的附加信息。
本发明系统工作于两个专用频段(在近中红外、可见光与紫外领域的频区内)。
根据有关范围的靶-目标/背景/应用场合，按渗透、反差和所需的最终分辨度选择放射频率。
接收频率另作选择，与噪声减小、目标识别分辨最大效率和目标的材料有关。
例如在实践中，检测系统在地上用普通地面车辆移动，通过执行以下操作分析同样内容获取被分析地区部分(或一般为空间面积/容积)的第一图像，将其直接存入海量存储器等待以后处理；向适合“加热活化”地面和里面目标的被观测地面部分发射信号束；这一阶段极其重要，因为观测操作结果主要取决于它在该阶段内，实际上要决定是观测微生物、细菌等放射的荧光还是事前知道的其它搜寻目标的详情；以较快的顺序绘制一幅或多幅连续图像，经修改、比较和/或相互合并，得到目标和周围装置受激后的瞬时行为过程。
图2示出以时间为函数的两目标热放射和背景的试验。
实践中，通过启用与搜寻目标和搜寻材料本身有关的特定参数/参数组，这里提出的方法对管理和识别存在的搜寻目标及其组成材料，采用了一种新的信息采集法。
如在低电压(X线)摄影的场合中，所述参数可能是温差ΔT、提供的热量差ΔQ和LDB发光度等级。
在考古学中，有用的可测参数可以是温差辐射图T、放射率ε和LDB发光度等级。
一般地对实际获取有利于识别的图像，本方法提出下列诸阶段规定最小目标尺度，表面平均为1cm2；按其的特征物理参数值规定识别的材料；按对靶目标选用的同样物理参数规定背景；用采集传感器把检测特征输入设备，即i)两次不同放射间的时间间隔辐射图t；ii)按上述三次放射的结果揭示M个参数P1，P2……Pm；iii)前两次放射使用的频率f1与f2。
如在低电压(X线)摄影和考古学中，使用的频率属于可见光和近中红外，考古学的放射与接收为50～600MHZ，在深度研究中，每一场合的深度均为1～15m。
在这些阶段之后，就采集一连串数据(上面规定的)并作预处理。之后处理得到的图像并如如权利要求1(和2及以下)那样进行下去。
对应于图2中时刻a与b的两映像相加，再从该和值中减去对应于时刻c的映像。
在数量至少为n的映像点的辐射值大于某一阈值(取决于被研究材料)时，认为有目标存在。
把被研究区各点三个测量值与已知材料响应特性曲线函数作连续比较，就肯定实际处理了所述材料。
然后，用合适的数学滤波器识别搜寻目标。
给出两个不同的应用上述映像的实例，图4～9用于诊断肺癌/球结节，图10～13用于检测掩埋的遗迹。
在飞机场出入口行李管理的特殊场合中，假定有三种要检测的材料金属(M)、塑料(P)和爆炸物(E)，下表列出了特征物理参数值(近似值)
表中λ是平均热导率系数，C是恒压下平均比热，ε是平均总放射系数，α为热扩散系数，ρ为单位容积质量，χ是磁敏感性，β为下式定义的系数β＝k/(C·D)式中D为热扩散率，k为电导率，除了温度单位为℃外，所述量的值都用国际制式单位给出。
显然，在红外区内研究时，运用使参数β与温度T相关的已知理论-实验函数，得出的反差(对被研究区域或“像素”而言，黑白电平为0～255个电平)量约为M为170，P为60，E为5。
在使参数β与放射率相关的函数中，在X波段即在行李管理中，可对三种材料族获得同一量级的反差。
图3示出执行本发明方法的设备的框图。
所述设备包括加热灯；摄像机；摄像机数据采集存储器；用于灯放射和摄像机采集的同步发电机；图像采集计算系统；和图像处理计算系统。
本发明的搜索方法适于探测金属目标和其它目标(如塑料与木制品)，这些目标事先置于地下或水下，因此难以检测并最终除去和/或消灭，或者花费很大。
设备成本肯定不高，因为本发明方法还可将现有的热摄像机或其它当今现有的传感器拓展成适合该应用场合，不必设计和构制更适合本方法自身的传感器。
用本发明的设备开展研究工作迅速而精确，而且分辨度高，现有样机的分辨度为每像素达1/4mm量级，照相在地上的感受度(sensoristics)约为1m，离传感器本身的视距约为8米。
本发明已针对诸示例性实施例作了描述，但本领域的技术人员将明白，可利用已描述和图示的特定细节的各种修改与变化而不违背所附如权利要求所限定的本发明的精神与范围。
权利要求
1.一种目标遥感法，其特征在于，所述目标处于随时间变化的热放射状态，且该方法包括以下阶段A、至少在第一时刻t1与第二时刻t2获取源自被检目标被认为是在空间部分表面的辐射图，这些时刻相互连续；B、视为在不同于所述至少两个时刻t1与t2的第三瞬间t*获取源自所述空间部分表面的内部或后面的辐射图；C、把得自阶段A的所述至少两个时刻t1与t2的辐射图相加；D、从阶段C得出的和值里减去在所述时刻t*由阶段B得出的辐射图；E、比较从阶段D得出的各部分图区值和搜寻目标材料的辐射强度阈值；F、用搜寻的材料识别被研究目标的材料，当阶段E的比较结果表明存在至少数量为n的所述空间部分的区域部分且n≥1时，所述辐射值就大于所述阈值。
2.如权利要求1的所述方法，其特征在于，在所述阶段A之前，可以通过辐射一预定的频率与功率的能量先执行阶段A1的被检目标被认为是在所述区域部分的内部或后面的能量辐射。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在阶段F之后，在搜寻的材料识别不出目标的材料时，可定义一新的辐射功率和新的辐射频率，再回到新的阶段A1。
4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述辐射由一组一个或多个辐射的时间间隔组成，所述间隔在时段内邻接或不邻接，在不邻接的情况下，在任意两个所述间隔之间的时间跨度内，辐射功率几乎为零。
5.如前述权利要求2～4中任一权利要求的方法，其特征在于，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能与所述辐射间隔组的第一时间间隔连续。
6.如前述权利要求2～5中任一权利要求的方法，其特征在于，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能包含在所述辐射间隔组的第一与最后时间间隔之间。
7.如前述权利要求2～6中任一权利要求的方法，其特征在于，阶段A的所述至少两个时刻t1与t2和阶段B的所述至少一个时刻t*，能与所述辐射间隔组的最后时间间隔连续。
8.如前述任一如权利要求的方法，其特征在于，根据本发明，除了阶段A或A1到F外，或替代阶段E或F，所述方法还包括下列连续的阶段G、在阶段F识别被研究目标的材料时，对每一部分被研究的区域应进行阶段A与B得到的三个值和搜寻目标材料辐射的响应曲线的比较；H、在阶段G的比较结果为负时，即被研究目标材料的辐射的响应曲线与阶段A和B得到的值的走向明显不符，则定义新的辐射功率和新的辐射频率，再回到阶段A1；I、在阶段H的比较结果为负时，即被研究目标的材料辐射的响应曲线与阶段A和B得到的值的走向明显相符，则用对应于阶段G和H所应用的辐射的响应曲线的材料来识别该材料。
9.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在阶段A或A1之前，先执行下列预备阶段限定所述一个或多个搜寻目标的最小尺度；用其特征物理参数值规定被识别的材料；用为搜寻目标选择的同样的特征物理参数值定义背景；用采集传感器把检测特征输入设备，即i)所述连续辐射组之间的时间跨度值和/或属于所述各辐射间隔组的时间间隔之间的时间跨度值；ii)被测量的成组M个参数P1，P2......Pm(M≥1)；iii)阶段A的所述至少两个采集时刻t1与t2值和阶段B的所述至少一个采集时刻t*值；iv)辐射所使用的J个频率f1，f2......fJ的值(J≥1)；v)检测或测绘使用的L个频率f’1，f’2......f’L的值(L≥1)；
10.如前述权利要求2～9中任一权利要求所述的方法，其特征在于，辐射功率包含在所述一个或多个目标以均衡状态提供的辐射功率的0.1与1000倍之间的间隔。
11.如前述权利要求2～10中任一权利要求所述的方法，其特征在于，辐射功率包含在所述一个或多个目标以均衡状态提供的辐射功率的0.5与600倍之间的间隔。
12.如前述权利要求2～11中任一权利要求所述的方法，其特征在于，单一辐射在1～30ms时间内出现。
13.如前述权利要求2～12中任一权利要求所述的方法，其特征在于，从所述间隔开始或结束时起的0.5～60秒时间后，在时刻t1与t2对第一辐射间隔连续出现所述至少两次采集。
14.如前述权利要求2～13中任一权利要求所述的方法，其特征在于，从所述间隔开始或结束时起的0.8～8秒时间后，在时刻t1与t2对第一辐射间隔连续出现所述至少两次采集。
15.如前述权利要求2～14中任一权利要求所述的方法，其特征在于，辐射频率为350μm～10m。
16.如前述权利要求2～15中任一权利要求所述的方法，其特征在于，辐射频率为0.1～50μm。
17.如前述任一如权利要求所述的方法，其特征在于，所述在时刻t*的采集与所述至少两次在时刻t1和t2的采集相连续。
18.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述时刻t*的辐射放射值的采集安排在假设的目标材料的响应曲线尾部的相应之处，所述尾部放射基本上是背景放射。
19.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，接收波长为350μm～10m。
20.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，辐射波长为0.1～50μm。
21.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，热检测时，热摄像机置于离被研究区远达30m。
22.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，个体化目标由金属材料组成。
23.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，个体化目标由塑料组成。
24.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，被研究面积为0.5～500m2。
25.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，被研究面积为1～30cm2。
26.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备设计成执行前述如权利要求1～25中任一权利要求的热遥感目标方法。
27.一种计算机程序，其特征在于，所述计算机程序包括代码手段，当在电子系统上操作时，执行前述权利要求1～25中任一权利要求的热遥感目标方法。
28.一种计算机可读、内部存有所述程序的存储器支持件，其特征在于，所述程序是如权利要求27所述的程序。
29.一种检测目标设备，其特征在于，它执行一检测目标方法，所述方法是权利要求1～25中任一权利要求的方法。
全文摘要
本发明涉及一种目标遥感法和有关设备，其特征在于，所述目标处于随时间变化的热放射态，而且包括以下阶段A.至少在第一时刻t
文档编号G01J1/42GK1620617SQ02828226
公开日2005年5月25日 申请日期2002年5月9日 优先权日2002年1月18日
发明者E·皮拉高斯迪尼 申请人:智能设备有限公司