Метод оптимального размещения TV-модулей для распределенного контроля объектов в дисперсной среде

• Автор: Горшков, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 164 с. : ил.

МЕТОД ОПТИМАЛЬНОГО РАЗМЕЩЕНИЯ ГГ-МОДУЛЕЙ ДЛЯ РАСПРЕДЕЛЕННОГО КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ В ДИСПЕРСНОЙ СРЕДЕ

Содержание диссертации на соискание ученой степени кандидата технических

по специальности 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий
ВВЕДЕНИЕ

1. ПРОБЛЕМА ПРОЕКТИРОВАНИЯ АППАРАТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО КОНТРОЛЯ

1.0. Введение . В

1.1. Структура аппаратуры распределенного контроля

1.2. Классификация аппаратуры распределенного контроля

1.3. Статические характеристики ТУ-модулей

1.3.1. Основные системы координат

1.3.2. Определение координат в системе, связанной с ТУ-модулем
1.3.3. Определение координат проекции точки 3 2 в плоскости фотоэлектронного преобразователя
1.4. Характеристики восприятия изображений
1.4.1. Восприятие человеком-оператором яркости изображения 34 и число различных градаций.
1.4.2. Подход к описанию пространственной динамики ТУ-модуля
1.4.3. Подходы к оптимизации аппаратуры распределенного контроля
1.5. Выводы
2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АППАРАТУРЫ 43 РАСПРЕДЕЛЕННОГО КОНТРОЛЯ НА ОСНОВЕ ТУ-МОДУЛЕЙ
2.0. Введение
2.1. Формирование модулированного светового потока
2.2. Преобразование оптического сигнала объективом
2.3. Передаточная функция среды распространения света
2.4. Многоэлементные фотоэлектронные преобразователи
2.4.1. Импульсный отклик и передаточная функция единственной ячей- 67 ки
2.4.2. Передаточная функция матрицы фоточувствительных ячеек
2.5. Модель аналого-цифрового преобразования сигнала
2.6 Суммирование характеристик элементов
2.7. Выводы

3. ПОЛЕ ЗРЕНИЯ АППАРАТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО КОНТРОЛЯ 81 СО СТАТИЧНЫМИ ТУ-МОДУЛЯМИ
3.0 Введение
3.1. Критерий Джонсона и визуальное восприятие изображений
3.1.1. Критерий Джонсона
2.1.2. Характеристики зрительного анализатора
3.1.3. Наблюдение изображения на экране монитора
3.2. Изображение миры на экране монитора
3.2.1. Математическая модель изображения миры
3.2.2. Определение поля зрения ТУ-модуля в соответствии с критерием 100 Джонсона
3.3. Расчет поля зрения ТУ-модуля для различных уровней восприятия
3.3.1. Формирование поля зрения ТУ-модуля
3.3.2. Поле зрения ТУ-модуля, поднятой над наблюдаемой сценой
3.3.3. Перекрытие полей зрения различных ТУ-модулей аппаратуры 109 распределенного контроля
3.4. Уменьшение площади поля зрения ТУ-модуля вследствие эффекта 116 «загораживания»
3.5. Выводы
4. ПОЛЕ ЗРЕНИЯ АППАРАТУРЫ РАСПРЕДЕЛЕННОГО КОНТРОЛЯ 121 С ДИНАМИЧЕСКИМИ ТУ-МОДУЛЯМИ
4.0. Введение
4.1. Параметры «мертвых зон» аппаратуры распределенного контроля с 123 динамическими ТУ-модулями
4.1.1. Вращение ТУ-модуля по углу азимута
4.1.2. Вращение ТУ-модуля по углу места
4.1.3. Изменение фокусного расстояния объектива
4.1.4. Изменение диафрагмы
4.2. Временные характеристики «мертвой зоны»
4.2.1. Регулярный режим сканирования сцены
4.2.2. Случайный режим сканирования сцены
4.3. Оптимизация размещения ТУ-модулей по площади охраняемых 138 объектов
4.4. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

введен
Актуальность темы. Комплексы аппаратуры распределенного контроля, в которых конечным потребителем видеоинформации является человек-опера-тор, выполняющий функции наблюдения зоны контроля и принятия решений о возникновении на ней нештатных ситуаций, в настоящее время широко применяют в различных областях народного хозяйства, в частности, в промышленных системах контроля технологических процессов. В качестве сенсоров в подобных системах используют ГГ-модули, которые содержат телекамеры, размещаемые на подвижном или неподвижном основании по наблюдаемой площади. ТУ-модули формируют видеосигналы, которые передаются по линиям связи на центральный пункт наблюдения и управления. На экране монитора видеосигналы с разных модулей мультиплексируются, и из отдельных составляющих формируется общее изображение контролируемой зоны, отдельные фрагменты которой могут быть показаны под разными ракурсами.
Эффективность подобной аппаратуры во многом определяется техническими характеристиками применяемых 7У-модулей, которые, во-первых, должны быть адаптированы к условиям освещения зоны контроля, во-вторых, должны обеспечивать поле зрения, согласованное с возможностями восприятия изображений человеком-оператором, а в-третьих, при заданных параметрах зоны контроля обеспечивать требуемое покрытие всей наблюдаемой территории.
Вопросы проектирования подобных систем, включая вопросы согласования технических характеристик отдельных модулей с возможностями оператора с целью обеспечения требуемого уровня восприятия, а также размещение 7У-модулей в зоне наблюдения с минимизацией длины коммуникаций, к настоящему времени проработаны только для частных случаев и недостаточно полно учитывают свойства среды и расположение контролируемых объектов. Все это делает задачу разработки метода оптимального размещения 7У-модулей при распределенного технологического контроля в дисперсной среде весьма актуальной.
Объектом исследования в диссертационной работе является система распределенного контроля объектов, функционирующих в дисперсной среде.
Предметом исследования диссертационной работы являются показатели эффективности применения ГЕ-модулей в системах распределенного контроля и методы, обеспечивающие улучшение восприятия изображений при различном состоянии атмосферы и конфигурации объектов контроля.
Общей теорией создания оптико-электронной аппаратуры распределенного контроля занимались отечественные и зарубежные ученые: Р. Гонсалес, Г. Н. Грязин, В. В. Еремеев, В. К. Злобин, Р. Е. Быков, А. Папулис, У. Прэтт, М. Птачек, В. А. Сойфер, В. С. Титов и др. В известных трудах по теме исследования разработаны методы математического

с1£ = К—, (1-16)

где к - коэффициент пропорциональности.
Интегрирование (1.16) дает известный закон Вебера-Фехнера, который показывает, что раздражение е, вызываемое световым сигналом, пропорционально логарифму яркости:
е = к 1п
(1.17)
где Вп - пороговое значение воспринимаемой яркости.
Зависимость (1.17) справедлива в диапазоне яркостей от десятых долей до 103 кд/м2.
Количество различимых градаций яркости определяется [19] по зависимости
*=ПГгЧ’ О-18)

где К - контраст изображения.
Таким образом, число различимых градаций N определяется относительным разностным порогом раздражения и контрастом наблюдаемого изображения.
1.4.2. Подход к описанию пространственной динамики ТУ-модуля[31]
Как следует из схемы, приведенной на рис. 1.1, формирование сигнала [Пд] сводится к последовательным преобразованиям сигнала. До фотоэлектронного преобразователя 4 и в самом фотоэлектронном преобразователе обрабатывается двумерный пространственный сигнал. Как и при обработке любого другого сигнала, преобразования сводятся к решению некоторого дифференциального уравнения вида
(119)
где £, - (<+|,..., £/,) - вектор пространственных координат (декартовы координаты (х,у,г), (хп,уп,гп), (Г, X), угловые координаты {ц/, 3), (у/„, 3„) и т.п.); д- один