Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения



Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения
Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения
Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения
Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения

Владельцы патента RU 2682376:

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

Изобретение относится к области пассивных радиосистем. Технический результат – повышение надежности и точности оценивания пространственных координат системы наблюдения. Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения заключается в расположении удаленных наблюдателей, выполнении сегментации изображений в матрицах наблюдателей и нахождении центров сегментов, причем количество наблюдателей n>2 параллельно выполняют n однотипных схем операций, причем при выполнении k-й схемы считают, что k-й наблюдатель является основным, а остальные – вспомогательные; пересчитывают координаты в координаты k-го наблюдателя, при этом в n-1 пар наблюдателей перебирают варианты соединения ортов направлений на объекты в сопряженные пары с вычислением пространственных координат объектов и выбирают наилучший вариант показателя правильности сопряжения, затем из всех n-1 пар наблюдателей выбирают одну пару с наилучшим показателем сопряжения и запоминают значение показателя и пространственные координаты объектов, после чего среди n параллельно выполненных схем операций выбирают схему с наилучшим показателем сопряжения и полученные для данной схемы оценки пространственных координат m объектов передают на сопровождение.

 

Изобретение относится к многопозиционным оптическим, тепловым и пассивным радиосистемам видения для наблюдения за малоразмерными объектами [1-2]. Такие пространственно распределенные системы обладают повышенной информативностью и, как следствие, большей точностью оценивания пространственных координат объектов наблюдения и надежностью работы системы в целом в сравнении с однопозиционными системами.

Пассивная система видения наблюдает за объектами с целью определения их пространственных координат. Оценивание координат основано на эффекте стереопары, что требует как минимум двух взаимно удаленных наблюдателей или одного наблюдателя, движущегося относительно объектов наблюдения по определенной траектории. Известны способы оценивания пространственных координат объектов в пассивных системах видения [3-4].

Рассмотрим в качестве прототипа способ [4, с. 174-176] определения пространственных координат точечного объекта, который с учетом операций сегментации изображений нескольких объектов заключается в следующем.

1. Два взаимно удаленных на базовое расстояние наблюдателя, образующих стереопару, одновременного наблюдают за m малоразмерными объектами при известной взаимной ориентации систем координат - матрице поворота осей Р и базового векторе b, соединяющем центры систем координат.

2. Для каждого наблюдателя формируется изображение зоны обзора в виде матрицы (кадра) амплитудного изображения. Каждую матрицу сегментируют путем выделения однородных по амплитуде подобластей с помощью стандартных операций сегментации, например [5].

3. Для каждого сегмента в матрице изображения определяют координаты его центра, а также амплитудные и геометрические характеристики.

4. В матрицах наблюдателей устанавливают m пар сопряженных точек - центров сегментов, указывающих направление на один и тот же объект.

5. Для каждой сопряженной пары на основе координат центров и известной взаимной ориентации систем координат вычисляют пространственные координаты центра объекта в системе координат первого наблюдателя методом наименьших квадратов.

Такой способ обладает следующими недостатками.

1. В способе отсутствует правило выбора сопряженных пар точек, без которого нельзя вычислить пространственные координаты объектов.

2. Точность оценок координат при заданных параметрах системы (базовом расстоянии, погрешности измерения координат, ошибок взаимной ориентации) потенциально не может быть повышена при ограниченном числе наблюдателей n=2.

3. В случае выхода из строя (сбоя работы) хотя бы одного из двух наблюдателей выходит из строя вся система наблюдения за объектами. При вероятности p безотказной работы каждого наблюдателя надежность такой системы ограничена вероятностью p2.

Предлагаемое техническое решение направлено на устранение этих недостатков, а именно на указание правила выбора пар сопряженных точек, повышение надежности системы наблюдения и точности оценивания пространственных координат.

Технический результат предлагаемого технического решения достигается применением способа повышения надежности и точности пассивной системы видения, который заключается в расположении взаимно удаленных на базовые расстояния наблюдателей, выполнении операций сегментации изображений в матрицах наблюдателей и нахождении центров сегментов, отличающийся тем, что увеличивают количество n взаимно удаленных наблюдателей до n>2 и параллельно выполняют n однотипных схем операций, причем при выполнении k-й схемы () считают, что k-й наблюдатель является основным, а остальные n-1 наблюдателей являются по отношению к нему вспомогательными и пересчитывают свои координаты в систему координат k-го наблюдателя, при этом в каждой из n-1 пар основного и вспомогательного наблюдателей перебирают неповторяющиеся варианты соединения ортов направлений на объекты в сопряженные пары с вычислением пространственных координат объектов и выбирают наилучшие варианты в смысле установленного показателя правильности сопряжения, затем из всех n-1 пар наблюдателей выбирают одну пару с наилучшим показателем сопряжения и запоминают значение показателя и пространственные координаты объектов, после чего среди n параллельно выполненных схем операций выбирают схему с наилучшим показателем сопряжения и полученные для данной схемы оценки пространственных координат m объектов передают на сопровождение, кроме того, если происходит отказ в работе выбранной схемы с основным наблюдателем, то выбирают следующую параллельно выполненную схему с наилучшим показателем сопряжения и соответствующего этой схеме основного наблюдателя с его оценками координат, и продолжают подобный выбор в случае новых отказов.

Расчетная часть

По известным координатам центров сегментов определяются орты векторов направлений на центры m объектов: a1(i), , в системе координат 1-го (центрального) наблюдателя и ak(j), , в системах координат k-х (вспомогательных) наблюдателей (). Так, в системах видения с оптической линзой и фокусным расстоянием ƒk имеем: , где xk,yk - координаты центра сегмента в матрице оптического изображения. В пассивных системах радиовидения со сканирующей антенной: ak=(cosθk sinϕk, sinθk, cosθk cosϕk), где ϕk, θk - угловые координаты линии визирования антенны, соответствующие центру сегмента.

Каждый k-й вспомогательный наблюдатель () связан с основным наблюдателем (k=1) известной взаимной ориентацией - матрицей поворота осей координат Pk и вектором-столбцом параллельного переноса bk - базовым вектором так, что в системе координат первого наблюдателя для пары сопряженных ортов a1(i) и ak(j), направленных к центру одного и того же объекта, справедливо равенство:

где r1(i) и rk(j) - наклонные дальности до центра объекта в системах координат основного и k-го вспомогательного наблюдателей.

Равенство (1) представляет собой условие линейной зависимости трех векторов, замыкающихся по правилу треугольника.

При сегментации изображений в k-х матрицах () определяются векторы параметров i-x сегментов , где ,, - координаты i-го орта ak(i); - амплитуда; si - площадь сегмента (возможны дополнительно другие характеристики).

Путем перебора вариантов соединения ортов a1(i) и ak(j) в m неповторяющихся пар выбираются m наилучших сопряженных пар. Для каждой пары ортов a1(i) и ak(ji), поставленных в соответствие друг другу, критерием правильного сопряжения является минимум показателя:

где γа, , γs - коэффициенты, определяющие вес каждого частного показателя; Ja, , Js - частные показатели, имеющие следующий смысл.

Показатель Ja - показатель правильности сопряжения пары ортов а1(i) и ak(ji) (номер ji поставлен в соответствие номеру i), который устанавливается следующим образом.

Если два орта a1(i) и ak(ji) направлены к центру одного и того же объекта, то для трех векторов a1(i), ak(ji) и bk выполняется равенство (1) с точностью до вектора ошибок сопряжения ei:

По критерию минимума квадрата евклидовой нормы вектора ошибок (символы i, ji для удобства опущены):

выполняются стандартные операции минимизации функции J(r1,r2) в (4) по r1 и rk:

,

,

или после транспонирования и группирования:

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

Выражение (5) записывается в матричной форме с учетом :

Из (6) с помощью обратной матрицы А-1 получаются оценки дальностей:

и далее на основе (7) вычисляются оценки координат центров объектов - точек M1, и Mk в системах координат 1-го и k-то наблюдателей:

, .

Правдоподобие равенства (3) можно оценить квадратом евклидовой нормы вектора ошибок , что и является первым показателем Ja.

Показатели и Js - показатели близости амплитудных и геометрических характеристик сопряженных пар в среднеквадратичном смысле:

.

Надежность и точность системы

Надежность предложенной системы с параллельной обработкой информации определяется вероятностью того, что при вероятности р безотказной работы каждого наблюдателя хотя бы 2 из n наблюдателей будут работать надежно. С применением формулы Бернулли получается вероятность pn безотказной работы системы:

которую при n>2 можно сравнить с вероятностью р22. Так, при р=0,9 и n=5 имеем: р5=0,99954 в сравнении с р2=0,81. При р=0,8: р5=0,9904 в сравнении с р2=0,64.

Вместе с повышением надежности системы для n>2 наблюдателей также увеличивается точность определения координат объектов в силу выбора наилучших вариантов сопряжения и соответствующих им оценок дальности по критерию минимума показателя (2). Такой выбор обусловлен предположением о возможности сбоев в работе отдельных наблюдателей и вследствие этого получения центральным наблюдателем ложных данных. При отсутствии сбоев правило выбора наилучшей оценки дальности заменяется правилом усреднения n-1 оценок дальности, полученных в системе центрального наблюдателя для n-1 сопряженных пар. При этом среднеквадратическое отклонение (СКО) ошибок оценок дальностей уменьшается в раз.

Предложенный способ может найти применение в существующих пассивных системах технического зрения (оптических и радиотехнических), использующих эффект стереопары, для определения пространственных координат объектов. Способ позволяет повысить надежность работы системы наблюдения в целом и точность определения пространственных координат.

Литература

1. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учеб. для вузов. М: Радиотехника, 2007. 376 с.

2. Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. М.: Радио и связь, 1993. 416 с.

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

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

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

Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения, заключающийся в расположении взаимно удаленных на базовые расстояния наблюдателей, выполнении операций сегментации изображений в матрицах наблюдателей и нахождении центров сегментов, отличающийся тем, что увеличивают количество n взаимно удаленных наблюдателей до n>2 и параллельно выполняют n однотипных схем операций, причем при выполнении k-й схемы считают, что k-й наблюдатель является основным, а остальные n-1 наблюдателей являются по отношению к нему вспомогательными и пересчитывают свои координаты в систему координат k-го наблюдателя, при этом в каждой из n-1 пар основного и вспомогательного наблюдателей перебирают неповторяющиеся варианты соединения ортов направлений на объекты в сопряженные пары с вычислением пространственных координат объектов и выбирают наилучший вариант в смысле установленного показателя правильности сопряжения, затем из всех n-1 пар наблюдателей выбирают одну пару с наилучшим показателем сопряжения и запоминают значение показателя и пространственные координаты объектов, после чего среди n параллельно выполненных схем операций выбирают схему с наилучшим показателем сопряжения и полученные для данной схемы оценки пространственных координат m объектов передают на сопровождение, кроме того, если происходит отказ в работе выбранной схемы с основным наблюдателем, то выбирают следующую параллельно выполненную схему с наилучшим показателем сопряжения и соответствующего этой схеме основного наблюдателя с его оценками координат, и продолжают подобный выбор в случае новых отказов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области видеонаблюдения и распознавания объектов. Техническим результатом является создание способа видеосъемки телекамерой, установленной на наклонно-поворотной платформе, за счет использования встроенного в телекамеру вычислителя, который управляет движением наклонно-поворотной платформы по заданному маршруту, при этом формирует единое панорамное видеоизображение, а также выявляет и распознает объекты на каждом кадре видеоизображения.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Технический результат – обеспечение улучшенной визуализации высотных отметок рельефа горной разработки.

Изобретение относится к области обработки изображения. Технический результат – обеспечение визуализации внутренней структуры исследуемого объекта в реальном времени.

Техническое решение относится к системам помощи слабовидящим и слепым. Технический результат заключается в повышении точности локализации пользователя, получении информации о препятствиях и путях их обхода, с учетом скорости движения пользователя и его габаритов, и оповещении об этом пользователя.

Группа изобретений относится к медицине, а именно к обработке медицинских изображений части тела человека или животного, и может быть использована для определения медицинских данных на входящем изображении.

Настоящее изобретение относится к области компьютерной графики. Технический результат – повышение производительности процесса отрисовки трехмерной сцены.

Изобретение относится к области видеокодирования. Технический результат - повышение эффективности видеокодирования.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – обеспечение защиты данных 3D изображения за счет преобразования данных 3D изображения в частично рандомизированный массив.

Изобретение относится к медицине, а именно к рентгенохирургическим методам диагностики сердечной недостаточности (СН), и может быть использовано для ранней диагностики сердечной недостаточности.

Изобретение относится к области медицинской техники и может использоваться для ориентации людей, имеющих сложности с визуальным восприятием информации - полностью или частично утратившими зрение.

Изобретение относится к защите конфиденциальной информации, а именно к обработке видеоинформации, полученной с камер видеонаблюдения, с целью сокрытия приватной информации в видеоархиве.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат – обеспечение защиты данных 3D изображения за счет преобразования данных 3D изображения в частично рандомизированный массив.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат заключается в повышении производительности, снижении вычислительной сложности и количества информации, необходимой для создания масштабируемых битовых потоков.

Изобретение относится к области обработки изображений. Технический результат заключается в повышении производительности, снижении вычислительной сложности и количества информации, необходимой для создания масштабируемых битовых потоков.

Изобретение относится к системам отслеживания движения глаз. Технический результат заключается в повышении точности отслеживания движения глаз.

Изобретение относится к способу и компьютерному устройству для автоматического определения нечетких дубликатов видеоконтента, способу создания шаблона оригинального видеоконтента.

Изобретение относится к области радиосвязи и предназначено для кодирования и декодирования изображений. Технический результат – повышение качества изображений путем повышения эффективности кодирования и декодирования видеосигнала в режиме внутрикадрового предсказания.

Изобретение относится к области систем безопасности и наблюдения. Технический результат – расширение арсенала технических средств в части обнаружения тревожных траекторий движения объектов, за счет задания графических примитивов.

Изобретение относится к области вычислительной техники. Техническим результатом является построение цифрового отпечатка видеоконтента при инвариантности относительно преобразований растяжений-сжатий видеопотока; устойчивости к локальным зашумлениям и выбросам при создании цифрового отпечатка фрагмента видеоконтента, повышении скорости создания цифрового отпечатка фрагмента видеоконтента и уменьшении количества потребляемых ресурсов вычислительного средства, требуемых для построения цифрового отпечатка.

Изобретение относится к области тестирования платежных устройств, в частности POS-терминалов. Техническим результатом является повышение автоматизации процесса тестирования за счет определения корректности отображаемой на экране терминала информации системой технического зрения.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к способам определения местоположения источника радиоизлучения (ИРИ), и может быть использовано в навигационных, пеленгационных, локационных средствах для определения местоположения абонентского терминала (AT) по радиосигналам, принятым от спутника-ретранслятора (CP) на низкой околоземной орбите.

Изобретение относится к области пассивных радиосистем. Технический результат – повышение надежности и точности оценивания пространственных координат системы наблюдения. Способ повышения надежности и точности пассивной системы видения заключается в расположении удаленных наблюдателей, выполнении сегментации изображений в матрицах наблюдателей и нахождении центров сегментов, причем количество наблюдателей n>2 параллельно выполняют n однотипных схем операций, причем при выполнении k-й схемы считают, что k-й наблюдатель является основным, а остальные – вспомогательные; пересчитывают координаты в координаты k-го наблюдателя, при этом в n-1 пар наблюдателей перебирают варианты соединения ортов направлений на объекты в сопряженные пары с вычислением пространственных координат объектов и выбирают наилучший вариант показателя правильности сопряжения, затем из всех n-1 пар наблюдателей выбирают одну пару с наилучшим показателем сопряжения и запоминают значение показателя и пространственные координаты объектов, после чего среди n параллельно выполненных схем операций выбирают схему с наилучшим показателем сопряжения и полученные для данной схемы оценки пространственных координат m объектов передают на сопровождение.

Наверх