Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения



Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения
Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения

Владельцы патента RU 2681518:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" (RU)

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за малоразмерными объектами. Достигаемый технический результат - определение дальностей как в оптических, так и в радиосистемах при наличии нескольких объектов наблюдения. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения дальностей в пассивных системах видения заключается в определении ортов векторов направлений на центры объектов в матрицах изображения двух взаимно удаленных наблюдателей и выборе неповторяющихся пар ортов, поставленных в соответствие друг другу, по критерию минимума квадрата евклидовой нормы вектора ошибок сопряжения ортов с одновременным вычислением оценок дальностей до объектов. На основе полученных оценок дальностей определяются пространственные координаты объектов. 1 табл.

 

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн [1, 2], предназначенным для наблюдения за малоразмерными объектами. В системах оптического и инфракрасного диапазонов сигналы отражения и излучения от объектов проходят через оптические линзы, преобразуются в уровни амплитуды и отображаются в матрицах (кадрах) плоского изображения двух наблюдателей, взаимно удаленных в пространстве и образующих стереопару. В пассивной радиосистеме миллиметрового диапазона сигналы излучения от объектов принимается антеннами, сканирующими по пространству, проходят тракт первичной обработки и по результатам сканирования преобразуются в уровни амплитуды и отображаются в матрицах плоского изображения двух наблюдателей, также образующих стереопару.

Полученные в указанных системах изображения объектов в k-х матрицах (k=1, 2) сегментируются выделением однородных по амплитуде подобластей с помощью известных операций сегментации, например [3], и каждый сегмент представляется вектором параметров, включающим координаты центра сегмента, среднюю амплитуду и геометрические характеристики.

Для измерения дальности до объекта в системах с оптической линзой рассматривается пара сопряженных точек Vk=(xk, yk,1), k=1, 2 - центров сегментов, отображающих центр объекта в прямоугольных координатах двух матриц оптического изображения (единица замещает неизвестную третью координату). Для известных матриц внутренних параметров камер Ak, k=1, 2, зависящих от фокусных расстояний ƒk, устанавливается связь:

ZkVk=AkMk [1], где - центр объекта в прямоугольной системе k-го наблюдателя, совмещенной с центром оптической линзы.

Для измерения дальности до объекта в радиосистемах со сканирующими антеннами рассматривается пара спряженных точек Vk=(ϕk, θk), k=1, 2 - центров сегментов, показывающих центр объекта в угловых координатах азимута и угла места двух матриц радиотеплового изображения. На основе измеренных координат ϕk, θk устанавливаются сопряженные орты ak, k=1, 2, векторов направления на центр объекта в прямоугольных координатах, совмещенных с центрами антенн: ak=(cosθk sinϕk, sin θk, cos θk cos ϕk). Использование ортов применимо также и для систем с оптическими линзами, в этом случае орты определятся как

При известных наклонных дальностях r1 и r2 до объекта пространственные координаты объекта в системах координат наблюдателей находятся как Mk=rkak, k=1, 2. При известной взаимной ориентации наблюдателей - матрицы поворота осей Р и базового вектора b, соединяющего центры двух систем координат, для перехода из системы координат второго наблюдателя в систему первого устанавливается связь М1 и М2: М1=РМ2+b, r1a1=r2Pa2+b или с учетом вектора е ошибок сопряжения М1 и М2:

В реальности в пассивном режиме наблюдения дальности r1 и r2 до объекта неизвестны и требуется нахождение их оценок Для определения оценок дальностей используется известный способ, основанный на методе [1] наименьших квадратов (МНК), а также способ геометрических построений с помощью теоремы синусов [4]. Рассмотрим в качестве прототипа способ [1, с. 174 - 176], который с учетом операций сегментации сводится к следующему.

1. Размещают в пространстве двух взаимно удаленных наблюдателей на базовом расстоянии, контролирующих объект при известной матрице Р поворота осей и базовом векторе b.

2. В двух матрицах оптического изображения выполняют операции сегментации изображений объекта.

3. Находят точки Vk(xk, yk, 1), k=1, 2, центра сегмента в координатах х, у плоских кадров изображения.

4. Определяют матрицы Ak, k=1, 2, внутренних параметров камер, зависящие от фокусных расстояний ƒk оптических линз, и устанавливают связь где Mk - сопряженные точки, Zk - координаты центра объекта в системах наблюдателей, подлежащие оцениванию.

5. Из условия минимума квадрата евклидовой нормы вектора ошибок сопряжения (1):

находят МНК-оценки неизвестных координат Z1 и Z2.

6. Вычисляют дальности как k=1, 2.

Данный способ обладает следующими недостатками.

1. Способ рассчитан только на оптические системы, в том числе тепловые, с наличие оптических линз, позволяющих использовать фокусные расстояния ƒk в составе матриц Ak для нахождения оценок координат Zk, k=1, 2. Поэтому данный способ не применим для пассивных радиосистем с антеннами.

2. Способ-прототип не показывает операций нахождения сопряженных пар точек в матрицах наблюдателей и поэтому не применим для оценивания наклонных дальностей r1 и r2 при наблюдении за несколькими объектами.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этих недостатков, а именно на определение дальностей r1 и r2 как в оптических, так и в радиосистемах при наличии нескольких объектов наблюдения.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа определения дальностей до объектов в пассивных системах видения, который заключается в расположении двух наблюдателей, взаимно удаленных на базовое расстояние, выполнении операций сегментации изображений объектов в двух матрицах изображения наблюдателей и нахождении центров сегментов, отличающийся тем, что для найденных центров m сегментов определяют орты a1(i) векторов i-x направлений на центры объектов первого наблюдателя и орты a2(j) векторов j-x направлений на центры объектов второго наблюдателя, где затем для всех m! вариантов соединения ортов а1 (j) и a2(j), в m неповторяющихся сопряженных пар вычисляют оценки дальностей r1(i) и r2(ji), по критерию минимума суммы квадрата евклидовых норм векторов ei ошибок сопряжения ортов где Р - матрица поворота осей при пересчете координат орта a2(ji) в систему координат первого наблюдателя, b - базовый вектор, соединяющий центры систем координат наблюдателей, после чего выбирают вариант m пар соединения ортов a1 и a2(ji), с наименьшим значениям показателя J и получают оценки дальностей r1(i) и r2(ji), до m объектов, соответствующие данному показателю.

Алгоритмически способ осуществляют следующим образом.

1. Размещают в пространстве двух взаимно удаленных наблюдателей на базовом расстоянии, контролирующих несколько объектов при известной матрице Р поворота осей и базовом векторе b.

2. В двух матрицах изображения наблюдателей выполняют операции сегментации изображений объектов и находят координаты центров сегментов.

3. Для найденных центров m сегментов определяют орты а1 (i) векторов i-x направлений на центры объектов первого наблюдателя и орты а2 (j) векторов j-x направлений второго наблюдателя, где

4. Для всех m! вариантов соединения ортов а1(i) и a2(ji) в m неповторяющихся сопряженных пар, где ji ∈ {1, 2, …, m}, находят оценки дальностей r1(i) и r2(ji) по критерию минимума квадрата евклидовой нормы вектора ei ошибок сопряжения ортов:

где Т - символ транспонирования вектора-столбца.

А именно, на этапе расчетов выполняют операции минимизации функции J(r1, r2) в (2) по r1 и r2 (символы i и ji для удобства опущены):

∂J/∂r1=2(r1a1-r2Pa2-b)Ta1=0Т, ∂J/∂r2=2(r1a1-r2Pa2-b)T(-Ра2)=0Т, или после транспонирования и группирования:

где учтено, что в силу ортогональности PTP=I, I - единичная матрица.

После записи (3) в матричной форме с учетом имеем:

После обращения матрицы А в (4) вычисляют оценки дальностей:

5. Из m! вариантов соединения ортов в m неповторяющихся пар a1(i) и a2(ji), ji ∈ {1, 2, …, m}, выбирают вариант с наименьшим значением показателя правильности сопряжения При этом получают оценки (5) дальностей соответствующие показателю J.

6. На основе оценок вычисляют оценки пространственных координат m объектов в системах координат двух наблюдателей:

Замечание. Перебор m! вариантов из m пар можно сократить путем проверки компланарности - близости к нулю (с учетом ошибок) смешанного произведения трех векторов: а1(i), а2(ji)) и b.

Результаты моделирования. Моделировались два наблюдателя, разнесенные по координате X на 30 м, по координатам Y и 2 - на 2 и 3 м, наблюдались объекты, удаленные на 100 - 110 м. Координаты наблюдателей на множестве реализаций эксперимента менялись в пределах нескольких метров. Взаимная ориентация наблюдателей - матрица поворота осей Р и базовый вектор b были известны. При этом для пар сопряженных ортов направлений на объекты определялись дальности и пространственные координаты объектов по формулам (5) и (6). В таблице показана зависимость среднего расстояния dср между найденными и моделируемыми точками (центрами объектов) от среднеквадратической ошибки ах измерения координат ортов.

Предложенный способ определения дальностей до объектов может найти применение в существующих оптических и радиотехнических системах пассивного видения при наблюдении за несколькими объектами.

Литература

1. Цифровая обработка изображений в информационных системах: учеб. пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук и др. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. 352 с.

2. Пассивная радиолокация: методы обнаружения объектов / Под ред. Р.П. Быстрова и А.В. Соколова. М.: Радиотехника, 2008. 320 с.

3. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений в среде MATLAB. М: Техносфера, 2006. 616 с.

4. Патент RU 2368918 С1. Способ формирования трехмерного изображения поверхности на базе бортового радиотеплолокатора / В.К. Клочко. МПК: G01S 13/89. Приоритет 07.04.2008. Опубл.: 27.09. 2009. Бюл. №27.

Способ определения дальностей до объектов в пассивных системах видения, заключающийся в расположении двух наблюдателей, взаимно удаленных на базовое расстояние, выполнении операций сегментации изображений объектов в двух матрицах изображения наблюдателей и нахождении центров сегментов, отличающийся тем, что для найденных центров сегментов определяют орты a1(i) векторов i-х направлений на центры объектов первого наблюдателя и орты a2(j) векторов j-x направлений на центры объектов второго наблюдателя, где i, затем для всех 1 вариантов соединения ортов а1(i) и а2(ji), в неповторяющихся сопряженных пар вычисляют оценки дальностей r1(i) и r2(ji), по критерию минимума суммы квадрата евклидовых норм векторов еi ошибок сопряжения ортов где Р - матрица поворота осей при пересчете координат орта a2(ji) в систему координат первого наблюдателя, b - базовый вектор, соединяющий центры систем координат наблюдателей, после чего выбирают вариант пар соединения ортов a1(i) и а2(ji), с наименьшим значениям показателя J и получают оценки дальностей r1(i) и r2(ji), до объектов, соответствующие данному показателю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиолокации, радионавигации и может быть использовано для определения угловых координат источников излучения сигналов. Достигаемый технический результат изобретения заключается в повышении точности определения направляющего угла на источник излучения за счет учета формы спектра принимаемых сигналов.

Изобретение относится к области радиотехники, а именно, к системам пассивной радиолокации и может быть использовано для оперативного определения координат неподвижных источников радиоизлучения, в том числе при не разрешении их сигналов по времени и частоте.

Изобретение относится к методам и средствам радио- и радиотехнической разведки, базирующимся на использовании разнесенных в пространстве N датчиков поля. Достигаемый технический результат - повышение достоверности принимаемых решений об обнаружении источника полезных радиоимпульсов.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиотехнического контроля и вторичной радиолокации. Достигаемый технический результат - определение местоположения источника радиоизлучения (ИРИ) с периодической структурой сигналов и вращающейся направленной антенной.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в контрольно-измерительных системах (КИС) для контроля за техническим состоянием отдельных частей и всей КИС в целом, а также для анализа загрузки поддиапазонов частот, определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ), измерения частотных и временных параметров радиосигналов и напряженности электрического поля.

Изобретение относится к области локационной техники и может быть использовано в системах поиска объектов и в радиолокации. Достигаемый технический результат - увеличение точности определения направления на импульсные излучатели без увеличения громоздкости.

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, предвестников землетрясений, извержения вулканов, цунами, процессов грозовой активности, динамики мощных циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков космических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в двух- и многопозиционных измерительных комплексах для определения пространственных координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ).

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности определения местоположения мобильных средств по сигналам опорных станций наземной локальной радионавигационной системы (ЛРНС).

Изобретение направлено на создание способа, который позволяет осуществлять отождествление отметок цели, информация о которой получена двумя пространственно-совмещенными радиолокационными станциями (РЛС) обзора и обнаружения (радиолокаторы, оптические станции и др.).

Изобретение (его варианты) относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных комплексах, состоящих из радиолокационных модулей (РЛМ): радиолокационных станций (РЛС) или приемо-передающих модулей (ППМ), осуществляющих обзор пространства с поэтапным уточнением координат.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут быть использованы для обнаружения цели в условиях действия пассивных помех. Достигаемый технический результат - сокращение затрат времени (энергии) на обнаружение цели в зоне действия пассивных помех многопозиционным комплексом радиолокационных станций.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных комплексах (РЛК), состоящих из радиолокационных модулей (РЛМ): радиолокационных станций или приемо-передающих модулей.

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к измерению расстояния в ближней частотной радиолокации промышленного применения, например, в уровнемерах.

Изобретение относится к области пассивной радиолокации и может быть использовано в динамической системе радиотехнического контроля для определения параметров движения воздушного объекта, имеющего на борту источник радиоизлучения (ИРИ).

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения местоположения источников радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства (ЛПС) угломерным способом.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ) с летно-подъемного средства методом пассивной радиолокации.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в береговых радиолокаторах надводной обстановки. Достигаемый технический результат – повышение безопасности швартовки судна при уменьшении времени ее проведения.

Изобретение относится к навигации и предназначено для счисления координат (определения пространственного перемещения) подвижного объекта относительно земли. Достигаемый технический результат – автоматизация измерения параметров пространственного (углового и линейного) перемещения подвижного объекта в условиях видимости земной поверхности.

Способ измерения дальности относится к области техники радиотехнический средств измерения расстояний и может быть использован, например, для измерения малых дальностей в локальных навигационных системах при управлении движением подводных объектов.

Изобретение относится к пассивным системам видения оптического, инфракрасного и миллиметрового диапазонов длин волн, предназначенным для наблюдения за малоразмерными объектами. Достигаемый технический результат - определение дальностей как в оптических, так и в радиосистемах при наличии нескольких объектов наблюдения. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения дальностей в пассивных системах видения заключается в определении ортов векторов направлений на центры объектов в матрицах изображения двух взаимно удаленных наблюдателей и выборе неповторяющихся пар ортов, поставленных в соответствие друг другу, по критерию минимума квадрата евклидовой нормы вектора ошибок сопряжения ортов с одновременным вычислением оценок дальностей до объектов. На основе полученных оценок дальностей определяются пространственные координаты объектов. 1 табл.

Наверх