Введение к работе
Актуальность проблемы. Б настоящее время уже достаточно очевиден тот факт, что для решения задачи автоглатического управления летательным аппаратом (приведения его к заданной траектории) корреляционно-экстремальные системы (КЭС) являются наиболее перспективными.
Принцип действия КЭС основан на сравнении эталонного и текущего сигналов и поиска экстремума некоторой меры их близости. Интенсивное развитие получили КЭС, работающие по двумерным изобра -жениям местности, снимаемым с помощью оптических, радиометричес -ких, радиолокационных и т.п. датчиков. При этом во всем мире принята ориентация на цифровую реализацию этих систем, поскольку цифровая техника позволяет использовать разнообразные способы представления изображений, а также реализовать практически любые разумные алгоритмы оценивают координат и управлеїшя.
Одна из наиболее существенных проблем цифрового анализа изображений в КЭС, ограничивающая практическое использование этих систем - это проблема быстродействия. Мера близости исходных изображений является их интегральной характеристикой, между тем как представление изображений в виде двумерных массивов чисел (яркостей) приводит к необходимости поэлементной обработки, в этом противоречии заложена основная причина больших вычислительных затрат при осуществлении процесса сравнения (совмещения).
Диссертационная работа направлена на решение указанной проблемы за счет использования иерархического представлешш изображений и разработки на его основе быстродействующего алгоритма сов -мещения. Иерархический подход является одншл из наиболее современных и перспективных в различных задачах анализа изображений, т.к. позволяет разумно сочетать требования к детальности (точности) анализа и его сложность. Поиск этих разумных сочетаний и решение специфических проблем при иерархическом совмещении изобретений в КЭС является основной задачей диссертации.
Диссертационная работа выполнена в НИИ автоматики и электромеханики (НИИ АЭМ) при Томском институте автоматизированных сие -тем управления и радиоэлектроники в соответствии со след.7пцнлга научпо-техшпескими программами:
- "Использование физических полей и новых физических явлении
и эффектов для целей управления движением и навигации" (раздел
1.12.II.10 Координационного плана АН СССР по просЗлеые "управление движением и навигация");
- "Обработка информации в системах искусственного интеллекта" (раздел І.І2.9.7 Координационного плана АН СССР по комплексной программе "Кибернетика");
- ряд хоздоговорных исследований НИИ АЭМ.
Цель работы состоит в создании бистродействующего иерархи -ческого алгоритма совмещения изображений с контролируемыми характеристиками работы ц управляемыми параметрами для реализации кор-реляциошю-экстремальных систем управления летатсльнш.ш аппаратами.
Основные задачи исследования заключаются в анализе путей применения иерархического представления изображений в КЭС, синтезе наиболее эффективного иерархического алгоритма совмещения,соз-даніш методики настройки параметров алгоритма, обеспечивающих заданные характеристики работы и анализе его работоспособности в идеальных условиях и при наличии искажений, присущих реальніш изображениям.
Методи исследований основаны на теории вероятностей и математической статистике, теории автоматического управления, а такке методах имитационного моделирования.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
разработан быстродействующи! корреляционно-экстремальный иерархический алгоритм пирамидального совмещения изображений (ПСИ); произведено его сравнение с известными иерархическими и наиболее популярными быстрыми алгоритмами совмещения;
получены и исследованы математические зависимости для определения вероятности правильного совмещения алгоритмом ПСИ в отсутствии шумов и искажений, а такке в присутствии аддитивного и мультипликативного шума и геометрических искажений;
разработана методика настройки параметров.алгоритма ПСИ, обеспечивающих максимально быстрое совмещеіше о надежностью не ниже заданной;
исследовано влияние на вероятность правильного совмещения алгоритмом ПСИ аддитивного и мультипликативного шумов, геометри-
ческих искажений, а также искажений в оптических и радиолокационных изображениях, связанных со сдвигом наблюдателя.
Практическая ценность работы состоит в разработке и реализации быстродействующего алгоритма ПСИ совмещения изображений в КЭС, разработке методики настройки его параметров и реализации этой методики в виде прогршлмного блока настройки, а также в выводах и рекомендациях, полученных на основе анализа работоспособности алгоритма ПСИ в условиях наиболее характерных шумов и искажений в оптических и радиолокационных изображениях земной поверхности.
Реализация результатов.
Все основные результаты диссертационного исследования внедрены в Центральном научно-исследовательском институте автоматики и гидравлики; модифицированный алгоритм амплитудного ранжирования и анализ его эффективности, а также алгоритм ПСИ, его вероятностный анализ и методика настройки параметров - в научно-производственном объединении "Астрофизика"; комплексы программ, реализующие алгоритм ПСИ и методику настройки его параметров - в Иркутском вычислительном центре СО АН СССР..
На защиту выносятся следующие основные положения:
иерархический корреляционно-экстремальный алгоритм пирамидального совмещения изображений;
методика настройки параметров алгоритма ПСИ и определешія его вероятностных характеристик;
программные блоки настройки параметров алгоритма ПСИ и совмещения этим алгоритмом;
результаты исследований работоспособности алгоритма ПСИ в условиях аддитивного и мультипликативного шума, геометрических исказений и искажений, связанных со сдвигом наблюдателя в опти -ческих и радиолокационных изображениях земной поверхности.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных конференциях "Обра -ботка изображений и дистанционные исследования (ОИДИ-90)" - Новосибирск, 1990 г., "Информационные технологии анализа изображений и распознавания образов (III /4PR'90) - Львов, 1990 г., всесоюз -них конференциях "Метода и микроалектронные средства цифрового преобразования и обработки сигналов" {31 АР -89) - Юрмала IS89 г.,
"Математические метода распознавания образов" (ММР0-ІУ) -Віта, 1989 г., "Автоматизированные системы обработки изображе -ний" (АСОИЗ-89) - Ленинград, 1989 г., всесоюзной школе-семинаре молодых ученых "Дшамика полета, управление и исследование операций летателышх аппаратов" - Клин, 1987 г., на ряде региональных и отраслевых конференциях, семинарах и совещаниях.
Публикации. По результатам диссертационных исследований опубликовано II печатных работ, в т.ч. 3 статьи в центральной печати, I депонированная рукопись, 7 тезисов докладов региональных, всесоюзных и международных конференций. Кроме этого результаты диссертации вошла в годовые отчеты по НИР 1985-1990 г.г.
Структура и объем работы, диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем диссертации 138 стр., из них ізо СТР- основного текста, 5 стр; списка использованной литературы из 43 наименований и з СТР-приложения, основной текст включает 24 рис; и і таблицы.
