Развитие и применение корреляционных методов обработки изображений в быстродействующих оптико-электронных следящих системах

• Автор: Фирсов, Евгений Андреевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 110 с. : ил.

Глава 1. Теория оптико-электроных следящих систем

1.1. Структура типовой оптико-электроной следящей системы

1.2. Обобщенный корреляционный дискриминатор

1.3. Нестационарный корреляционный дискриминатор

1.4. Предварительная обработка изображения

1.5. Свойства корреляционного дискриминатора

1.6. Мешающие факторы

Глава 2. Изыскание эффективных базисов

2.1. Выбор базисных функций как основа проектирования инвариантного дискриминатора

2.2. Результаты моделирования для разных базисов

2.3. Нормировка дискриминационной характеристики

2.4. Результаты моделирования для разных нормировок
2.5. Измерение неаддитивных сдвигов
2.6. Перспективы развития
Глава 3. Режимы автозахвата
3.1. Метод расширения зоны захвата
3.2. Результаты компьютерного моделирования
3.3. Перспективы развития
3.4. Выводы к главе
Глава 4. Внедрение результатов работы
4.1. ОКР «ОЛС-УЭ» (ФГУП «НИИ ПП»)
4.2. НИР «Известность-И» (ОАО «Импульс»)
4.3. ОКР «ГЛОНАСС-МЛНСС» (ФГУП «НИИ ПП»)
4.4. ОКР «Крым-07» (ОАО «Импульс»)
Заключение
Список литературы

Цель работы
Цель данной работы — изыскание и разработка новых эффективных методов и алгоритмов слежения за изображениями для автономных систем технического зрения (СТЗ).
Преимуществом замкнутых оптико-электронных следящих систем (ОЭСС) перед разомкнутыми, неследящими (ОЭНС), как известно, является возможность получения более широкого диапазона измерения сдвигов при использовании того же измерительного элемента (ИЭ), а также сохранение одинаковой точности измерения во всем диапазоне. Кроме этого в замкнутых системах, как правило, ниже требования к самому ИЭ, в особенности к линейности его шкалы и диапазону измерения, поскольку в данном случае он измеряет лишь ошибки слежения. Единственным важным требованием, предъявляемым к ИЭ в составе ОЭСС, является отсутствие смещения нуля, т.к. это прямо влияет на ошибку измерения сдвигов.
ОЭСС, применяемые в современных СТЗ представляют собой автоматы, все чаще использующие корреляционную обработку наблюдаемых двумерных сигналов - изображений в видимом, ИК или УФ диапазонах ЭМВ [1]. С усложнением функций подобных автоматов, при поиске для них алгоритмов обработки сложных входных сигналов приносит пользу обращение к развитому в математике понятию обобщенного сдвига, который представляет собой результат отображения трехмерного окружающего пространства в двумерный сигнал, наблюдаемый фотоприемником СТЗ. В частности, кроме аддитивного, обобщенный сдвиг сигналов может включать в себя преобразования масштаба, поворота и смены ракурса.
Измерители многомерного сдвига сигналов входят в состав навигационных систем летательных аппаратов, приборов контроля движения потоков, робототехнических устройств и других подвижных объектов. Они обеспечивают автоматическую ориентацию, определяют параметры движения путем измерения компонент сдвига в сигналах из окружающего про-

странства, полученных средствами активной локации, либо приборами для регистрации электромагнитных или геофизических полей [2].
Уже более полувека назад практическую навигацию обеспечивали методы и системы на базе квазигармонических радиосигналов, у которых сдвиг фазы, частоты, времени запаздывания или амплитуды в каналах приема можно прямо связать с изменениями нескольких пространственных координат. Эти же принципы реализуются в приборах активной локации, производимой с помощью сигналов известной формы [3].
Существуют и более совершенные автономные и полуавтономные навигационные и локационные системы дальнего действия, позволяющие извлекать информацию о собственных координатах из одного или нескольких сигналов хаотического состава, где она закодирована одновременно в ряде параметров пространственного и временного сдвига полей, наблюдаемых разными датчиками. Примеры - средства навигации самолетов и ракет по совокупной информации о рельефе подстилающей поверхности и текущих данных о геомагнитном поле, параметрах собственного движения от инерциальных датчиков, и т.п.
Развивающиеся сегодня следящие автоматы с СТЗ представляют уже большой класс многомерных автоматических измерителей, иногда для аэрокосмических, а чаще - для локальных применений. Подобные приборы нередко решают задачи «малой навигации» в собственных координатах подобно тому, как это делает зрительный аппарат человека или животных. Такими средствами оснащаются и узкоспециализированные устройства для контроля геометрии деталей, и роботы-манипуляторы, требующие векторного управления с координатной обратной связью по нескольким степеням свободы. Главная особенность этих устройств заключается в использовании яркостных полей в качестве двумерных входных сигналов - изображений.
В зависимости от числа точек в трехмерном пространстве, из которых СТЗ производит регистрацию изображений, их обработка в системе позволяет с той или иной точностью решать задачи трехмерной ориентации.

полосным спектром, симметричным относительно центральной частоты, поэтому данное допущение оправдано.]

Без учета КЭ, полная ширина зоны захвата будет равна —. При на-

личии КЭ (что неизбежно на реальных изображениях) ширина ДХ может существенно сократиться.
На рис. 2.3 показан пример БФ для N = 2.
Рис. 2.3. «Синус», N = 2.
2. Функции Габора. (далее «Габор») Эти функции широко используются в теории вейвлет-анализа, в качестве обобщенных базисов для разложения сигналов. Они представляют собой гармонические функции, модулированные Гауссовой огибающей:
ЗД = бшС ■ -) е 2(7 Ь(г) (2.8)
п( . ,2^3
С (г) = соэ( ) е 2а п(г)

где Ь(г) определена так же, как в (2.7), г0 =■ 1 - центр рабочего поля, а ст определяет эффективную ширину огибающей.