Модели и алгоритмы извлечения визуальной информации о пространственных объектах в автоматизированных системах управления с оптической обратной связью

• Автор: Маньяков, Юрий Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Орел
• Количество страниц: 154 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ОРГАНИЗАЦИИ ОПТИЧЕСКОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ В АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
1.1 Анализ подходов к реализации оптической обратной связи и ее применение в автоматизированных системах управления.

1.2 Анализ средств реализации оптической обратной связи.

1.3 Анализ средств извлечения визуальной информации о пространственных объектах в системах оптической обратной связи на основе моделирования объектов рабочей среды.

1.4 Постановка задачи исследования

Выводы по главе 1.

2 РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПРОСТРАНСТВЕН 1ЫХ ОБЪЕКТАХ

2.1 Информационная модель извлечения визуальной информации о пространственных объектах.

2.2 Вычисление координат опорных точек в трехмерном пространстве

2.3 Структурирование поверхности трехмерной модели
2.4 Построение матрицы смежности
2.5 Воксельная аппроксимация
Выводы по главе 2.
3 РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ
3.1 Разработка общего алгоритма извлечения визуальной информации о пространственных объектах.
3.2 Разработка алгоритма вычисления координат опорных точек в трехмерном пространстве.
3.3 Разработка алгоритма структурирования поверхности трехмерной модели
3.4 Разработка алгоритма построения матрицы смежности.
3.5 Разработка алгоритма воксельной аппроксимации.
3.6 Исследование алгоритмов.
Выводы по главе 3.
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ МОДЕЛЕЙ И АЛГОРИТМОВ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ВИЗУАЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ О ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ОБЪЕКТАХ.
4.1 Программная реализация алгоритмов извлечения визуальной информации о пространственных объектах
4.2 Исследование программной реализации алгоритма вычисления координат опорных точек в трехмерном пространстве
4.3 Исследование программной реализации алгоритма построения матрицы смежности
4.4 Исследование программной реализации алгоритма воксслыюй аппроксимации
4.5 Оценка эффективности реализации модели и алгоритмов извлечения
визуальной информации о пространственных объектах
Выводы по главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Цель диссертационной работы - расширение функциональных возможностей и повышение оперативности представления визуальной информации для принятия решений в автоматизированных системах управления манипуляторами с оптической обратной связью путем создания моделей и алгоритмов извлечения визуальной информации о пространственных объектах. Модель извлечения визуальной информации о пространственных объектах в системах управления с оптической обратной связью, основанная на анализе трехмерных координат особых опорных точек, регистрируемых на плоских изображениях натурных объектов. Алгоритм извлечения визуальной информации о пространственных объектах, реализующий предлагаемую модель и отличающийся возможностью извлечения информации о пространственных перемещениях и деформациях объектов и представления трехмерной информации для визуализации. Алгоритмы вычисления трехмерных координат опорных точек, вычисления матрицы смежности и воксельной аппроксимации, основанные на принципах перспективного проецирования, стереоскопии, фотограмметрии, линейной интерполяции плоскостями и отличающиеся возможностью нахождения смежных опорных точек. Структурная модель тестовой программной системы исследования алгоритмов извлечения визуальной информации о пространственных объектах. Модель извлечения визуальной информации о пространственных объектах в автоматизированных системах управления с оптической обратной связью. Алгоритм извлечения визуальной информации о пространственных объектах в автоматизированных системах управления с оптической обратной связью. Алгоритмы вычисления трехмерных координат опорных точек, вычисления матрицы смежности, воксельной аппроксимации. Структура тестовой программной системы извлечения визуальной информации о пространственных объектах. В первой главе рассмотрена структура автоматизированной системы управления с ООС и основные области применения подобных систем, рассматриваются основные технологии, лежащие в основе оптической обратной связи в системах дистанционного управления манипуляторами, анализируются их преимущества и недостатки и формулируются основные направления совершенствования подобных систем. Были рассмотрены средства реализации ООС с использованием телевизионных систем, а также системы, обратная связь в которых основана на моделировании кинематики и динамики манипулятора и объектов рабочей среды. Наряду со средствами реализации ООС были рассмотрены различные методы извлечения трехмерной информации. Среди них - системы захвата движения. Была осуществлена постановка задачи исследования. Во второй главе рассмотрена модель извлечения визуальной информации о пространственных объектах, а также приведены методы расчета трехмерных координат опорных точек (ОТ), построения матрицы смежности и воксельной аппроксимации. Кроме того, было произведено исследование и верификация разработанных алгоритмов. В четвертой главе приведено описание исследований работоспособности и эффективности разработанных моделей и алгоритмов. Для их реализации, а также для регистрации и анализа результатов было разработано тестовое программное обеспечение (ТПО), состоящее из четырех модулей, предназначенных для проверки трех основных алгоритмов, обозначенных в задачах и для визуализации результатов. Помимо этого был проведен анализ эффективности разработанных алгоритмов, заключающейся в значительном сокращении объема передаваемой информации, а следовательно и временных задержек во время ее передачи. В заключении сформулированы основные результаты работы. Сделаны предложения по применению полученных результатов. В теории автоматического управления обратная связь определяется как связь входа системы с его выходом []. При наличии обратной связи объект управления и управляющее устройство образуют замкнутый контур, обеспечивающий автоматический контроль за состоянием объекта управления. Под термином оптическая обратная связь подразумевается обратная связь в контуре управления, датчик в которой представляет собой оптическое устройство сбора визуальной информации. Рисунок 1.