Введение к работе
Актуальность теш
В ряде задач автоматизаіщи технологических процессов обрабог-ки деталей, робототехники, автоматизацш обработки фильмовой информации, локации является необходимым распознавать ракурс объекта исходя И8 его оцифрованных изображений, сформированных оптической системой фотоприемника и определять исхода из результатов распоз-нования координаты некоторой заданной его точки.
Решение такой задачи требует проведения исследований по ряду вопросов, характерных для цифровой обработки изображений, к числу которых следует отнести квантование, фильтрацию, многоальтернативное принятие решений, работу в условиях априорной статистической неопределенности. Это делает задачу распознавания ракурса во многом методологически сходной с задачей обработки изображений, получаемых в пузырьковых камерах, типичной для систем автоматизации исследований на ускорителях зарчЯешшх частиц.
Под ракурсом объекта понимаются значения трех углов Эйлера, характеризующих угловое положеіше системы координат, жестко связанной с объектом, относительно системы координат фотоприемкика.
Актуальность данной теш определяется широким применением локационных систем и возрастающими требованиями к их точности, а также необходимостью массовой обработки фильмовой экспериментальной информации с целью определения таких параметров двияения объектов как скорость, ускорение и углы, характеризующие ракурс. Это нашло свое отражение в тематических планах МРТИ АН СССР и ВНИИ электромашиностроения (г. Ленинград, филиал).
Работы по данной тематике начали проводиться о начала семидесятых годов. Исследованиями по этим и аналогичным вопросам занимаются в CSA лаборатория компьютерного зрения университета Цараленда,
отдел электронной техники университета іаиссури-Кола, отдел наук по компьютерам Шчиг'анского университета и другие научные организации. В нашей стране работы, близкие по своей тематике исследованиям по распознаванию ракурса проводятся в ИК АН УССР (г. Киев).
Анализ специальной литературы показал, что в настоящее время применяется пять основных методов определения ракурса. К их числу следует отнести Фурье метод, метод соответствия, дифференциальный, тензорный метода и метод траєкторних расчетов. Практическое использование этих матодов, однако, затруднэно вследствие ограничений на тип движения распознаваемого объекта (допускаются только перемещения параллельно неподвижной относительно фотоприемника плоскости), необходимости иметь полную координатную информации о точках геометрической поверхности объекта в системе координат фотоприемника или невозможности применять методику распознавания для произвольных объектов и заданных точек. Ыетод траєкторних расчетов дает ограничения по точности определения углов Эйлера ±4. Ц Е і Ь РАБОТЫ
-
Исследование и разработка методики распознавания ракурса и определения координат заданной точки, позволяющей проводить распознавание т"7оизвольных объектов по одному кадру изображений без ограничений на тип их движения.
-
Исследование и разработка алгоритмов, программного обеспечения системы распознавания ракурса и определения координат заданной точки, не зависящих от типа объекта и располокения точки и ориентированных с целью уменьшить время цикла распознавания на применение вшогопроцессорных и матричных ЗИЛ.
-
Создание математической модели системы распознавания,
имитирующей ее работу в условиях воздействия шумов фотоприемника
и шумов, возникающих при наблюдения объектов через слой турбулэнт-«ой. среды.
-
Исследования по выбору типа фильтра изображений и- оптимизации ого параметров.
-
Исследование с помощью математического моделирования точностных статистических характеристик работа система распознавания и определение области значений параметров разрешения и щума, при которых распознающая система дает ошибки, не более получаемых при распознавании ракурса с помощью метода траєкторних расчетов.
-
Выработка требований к аппаратуре технической реализации системы распознавания для условий локации.
-
Разработка математического обеспечения комплекса обработки фильмовой информации в комплекса автоматизации проведения исследовательских работ, ориентированного на решение задач распознавания ракурса.
Научная новизна. Основные научные резульіата, выносимые на защиту заключаются в следующем.
-
Предложен и обоснован новы» эффективный двухэтапный метод распознавания ракурса и определения координат заданной точки, основанный на уточнении углов Эйлера, полученных при проведении траєкторних расчетов.
-
Предложена и реализована методика математического моделирования воздействия на двухградационнне изображения слояшх шумов, возникающих при наблюдении объектов через турбулентную среду
с локальными вихрями.
-
Предложен и реализован метод рассчитываемых в процессе распознавания эталонов, позволяющий на несколько порядков сократить объем хранящейся в ЗВІІ априорной информации об объекте.
-
Предложен и реализован новый, устойчивый ик ви-'^.'.ючьиъ аддитивных шумов метод нормировки изображений к математическому ожиданию амплитуда сигнала в области, прилегающей к их энергетическому центру.
-
Предложен и реализован метод локальной медианной фильтрации, позволяющий существенно уменьшить время ее проведения.
-
Предложена и реализована методика определения мгновенного значения параметров шума турбулентности исходя из наблюдаемых и зебра жений объекта. Методика использована для' адаптивной настройки системы распознавания.
-
Определено аналитическое выражение, характеризующее зависимость максимальной точности распознавания углов Эйлера от числа . элементов изображений, разрешаемых по длине объекта.
-
Определена область значений параметров разрешения и шума., при ноторых распознающая система дает средние ошибки определения координат заданной точки меньше, чем ошибки определения координат заданной точки , получаемые при использовании метода траєкторних расчетов.
Практическая ценность и реализация результатов работы.
1. Разрабоганныа новые методы и алгоритмы распознавания
ракурса и определения координат заданной точки делают возможным
создавать соответствующие специализированные многопроцессорные и
матричные вычислительные системы с временем цикла работы около
0,01с.
-
Разработанная математическая модель функционирования систё-мы распознавания позволила в ЫРТИ Ш СССР провести ее статистическое моделирование и определить область параметров разрешения и шума при которых предложенная методика распознавания дает меньшие по сравнению с методом траєкторних расчетов средние ошибки определения координат заданной точки.
-
Проведена выработка требований к аппаратуре технической реализации распознающей системы для случая локации.
-
Предложенная методика определения параметров шума турбулентности среды и адаптивной настройки системы распознавания позволила улучшить точностные статистические характеристики работы системы распознавания по сравнению с методами, не использующими адап тивной настройки.
-
Предложенный новый, устойчивый к воздействию аддитивных шумов метод нормировки применим во всех областях техники, связанных с цифровой обработкой изображений.
-
Разработанное и реализованное в МРТИ АН СССР и филиале ВНИИ электромашиностроения (г. Ленинград) математическое обеспечение прог раммно-аппаратного комплекса для исследования систем распознавания ракурса .
и комплекса обработки фильмовой информации дало возможность сократить сроки выполнения соответствующих исследовательских работ, значительно повысить производительность определения параметров движения объектов на основе фильмовой информации.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на 4 Всесоюзном семинаре по автомат тизации научных исследований в ядерной физике и смежных областях (п.Протвино, ІКШ, июль-август 2936 г.), на 4 Всесоюзном семинаре по обработка физической информации (Нор~Амберд, Epj3aH цШІАток-информ, май 1988 г.) на научно-технических семинарах в i.JTU Ail СССР, ьДЇЇО "Комета", Ц4ВЭ.
Результаты исследований и разработок успешно апробированы при создании и эксплуатации программно-аппаратного комплекса обработки фильмовой информации в филиале ВНШІЗлектромашиностроекия (r.Jte нинград ) при создании и эксплуатации программно-аппаратного комплекса для исследования систегл распознавания ракурса, в рамках эскизного проекта комплекса "Рябина", "Лен-21К" и "Ішин" з УРТИ
/л есер.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 пе-чатных работ.
Структура диссертаци и. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 133 наименования. Диссертация содержит 126 страниц машинописного текста, 46 рисунков, 6 таблиц.
