Введение к работе
Актуальность темы Важнейшими званьями информационно-измерительных систем. связанных с получением и анализом видеоинформации, стали в настоящее время технические средства и методи цифровой обработки изображений. Самые крупные объеш анализируемой видеоикформащш получаются в программах дистанционного исследования Земли я других планет Солнечной системы с помогаью искусственных спутников и спускаемых аппаратов. Потребность в скорейшем использовании результатов космической и поверхностной съемок стимулировала развитие новых методов и технических средств с "работки изображений, s частности, высокопроизводительных и гибких по архитектур*? цифровых дисплейных рабочих станций. Зти системы позволили автоматизировать решение задачи обработки и анализа космической видеоинформации. Одной из важнейших и актуальных задач этого направления является восстановление пространственного рельефа поверхности по ее стереоизображениям. Математические методы решения этой задачи могут быть использованы, в частности, в таких практических проблемах как построение трехмерных моделей земной поверхности и топографических карт при автоматизации картографических работ, проведение иарккейдерских изысканий, построение трехмерных иоделен небесных тел, создание зрительных систем
автономных подвижных аппаратов, работающих в реальном времени.
Сложность решения задачи совмещения изображений стереопары і восстановления рельефа поверхности обусловлена существенными req метрическими и яркостными искажениями снимков. Високая детальност: космических снимков, необходимость увеличения скорости обработкі стереоизображений и требования обязательного контроля человека качества автоматически восстановленного рельефа говорят і целесообразности решения этой задачи средствами автоматизированної и интерактивной цифровой обработки изображений.
Вопросы. автоматизации стереоизмерений уже несколькі десятилетии исследуют многие отечественные и зарубежные авторы, ; первув очередь, И. Г. Журкин, А.Н.Лобанов (МИИГАиК, г. Москва) В. А. Мьпаляев Сг. Москва), Г. Л. Гимельфарб, В.Б.Марченко, В.М. Кро' (Институт кибернетики им. В, М. Глушкова, г.Киев), И. В. Шаманов С.В.Петухов СИФТП РАН г.Москва), М.О.Загорский, (ВНИИТелевидения г.Санкт-Петербург), В.П.Пяткин, Э.Г.Михальцов (ВЦ СО РАН г.Новосибирск) и др. Работы перечисленных авторов оказали влияниі на разработку представляемо-і алгоритма автоматического совмещени: изображений стереопары и восстановления рельефа. Целя диссертационной работы
Диссертационная работа преследовала следующие цели: I)разработать математические методы и алгоритмы для быстрого і надежного решения задачи автоматизированного определения трехмерны ,координат точек сцены по стереопаре изображений;
2)разработать алгоритм автоматизированного совмещения стерео пары, пригодный,для реализаций,в специализированных процессорах і параллельной архитектурой, для возможного использования зрительной системе автономных подвижных аппаратов;
3)экспериментально исследовать предложенные алгоритмы н
различных типах стереоизображений;
4) програшно реализовать модель оптического стереокомпаратора на современной цифровой дисплейной системе и использовать эту модель для проверки точности автоматического восстановления рельефа местности по стереопаре изображений;
Научная новизна работы Новые результаты, полученные в работе, состоят в следующем: 1)разработаны новые методы автоматического выделения соответственных признаков на стереопарах изображений, методы устранения неоднозначностей при восстановлении рельефа, методы учета априорной информации о сцене и методи использования пирамидальной структуры хранения данных о стереопаре изображений;
2) на основе этих методов разработан новый быстрый алгоритм
автоматического восстановления пространственных характеристик
рельефа сиены по стереопаре изображений;
3) получены теоретические оценки пороговых значений корреляционных
функций в окне для поля яркостей, имеющего равномерное
распределение компонент;
4) разработан принцип эффективной реализация предложенного
алгоритма восстановления рельефа на многопроцессорных системах с
параллельной архитектурой;
Практическая значимость работа Предложенные методы моделирования оптического стереокомпаратора на основе цифровой дисплейной системы могут <5ыть эффективно использованы для автоматизации картографических процессов и обеспечивают возможность оперативного контроля качества построения топографической к:рты. Данные о рельефе, полученные в цифрогом ваде, могут использоваться в банке данных по топографическим картам для внесения уточнения.
Разработанные алгоритмы выделения признаков, учета априорнс информации о сдене и использования пирамидальной структуры данных сочетании с рекурсивными методами расчетов дают существеннь выигрыш в быстродействии и значительную экономию памяти пр программной реализации на дисплейных системах и персональных ЭВМ, также при выполнении параллельных вычислений на многопроцессорнь системах.
Разработанный быстрый алгоритм восстановления пространственнь характеристик трехмерной сцены может быть использован в систе* зрения автономного движущегося аппарата Сполучаемая цифровая моде; местности может использоваться для прокладки пути в режии реального времени).
Эксперименты, выполненный на различных типах стереопар подтвердили высокую помехоустойчивость и надежность разработаннь алгоритмов быстрого восстановления рельефа. Разработанные алгорит» удобны для реализации на перспективных средствах обработі изображений и допускают высокую степень распараллеливания д; организации быстрых вычислений. Благодаря таким возможностяк алгоритмы могут быть "спользованы при решении различні исследовательских и народнохозяйственных,задач.
Основные положения, выносимые на запиту
1. Методы и алгоритмы выделения соответственных признаков і
стереопаре изображений, устранения неоднозначностей восстановлен!
рельефа, использования пирамидальной структуры исходных данни
образующие в целом быстрый алгоритм автоматического совмедені
соответственных точек на изображениях стереопары и построен]
цифровой модели местности.
2. Методы и алгоритмы моделирования оптического стереокомпарато]
ка основе цифровой дисплейной системы.
Аппробация работы Основные результаты были доложены на научных семинарах ИКЙ РАН 1Э87-1992гг. ; на научном семинаре "Реконструкция трехмерной формы йъектов" в Центральном Институте Физических Исследований ВЛН г.Будапешт, Венгрия) в ноябре 1988 г.; на рабочем совещании КОСПАР Enviromental model of Mars" Сг.Шопрон, Венгрия) в январе 1990 г.; а симпозиуме Европейского Космического Агенства "Ground' data ystems for spacecraft control" (г. Дармштадт, Германия) 26-29 июня, 990 г.; я изложены в шести публикациях.
Структура и обьем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения списка цитированной литературы. Текст диссертации содержит ашинописных страниц, рисунков, 4 таблицы. Список цитирован-ой литературы включает наименований.
