Система определения параметров движения необитаемого подводного аппарата на основе обработки видеоинформации

• Автор: Борейко, Алексей Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 124 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СОКРАЩЕНИЯ ЧАСТО ИСПОЛЬЗУЕМЫХ НАЗВАНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ НА ОСНОВЕ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ

1.1. Методы, основанные на выделении признаков.

1.2. Корреляционные методы сопоставления текущего и эталонного изображений

1.3. Методы, основанные на вычислении оптического потока

1.4. Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ НПА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ

2.1. Алгоритм, использующий информацию о форме границ донных объектов.

2.2. Алгоритм, использующий последовательные решения.
2.3. Алгоритм на основе детектора Харриса
2.4. Исследование влияния параметров движения НПА и трех мерности рельефа дна на геометрические характеристики изображений донных объектов в системе технического зрения НПА.
2.5. Выводы по второй главе
ГЛАВА 3. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ
НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ СИСТЕМЫ ЛОКАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ НПА
3.1. Структура навигационноуправляющего комплекса, предназначенного для локальной навигации НПА
3.2. Реализация системы высокоточного определения параметров движения на основе системы технического зрения НПА ТБЬ
3.3. Результаты натурных испытаний системы высокоточного позиционирования НПА, использующей видеоинформацию
3.4. Выводы по третьей главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Список литературы


В настоящее время остается нерешенным вопрос точной локальной навигации НПА вблизи объекта работ в условиях воздействия внешних возмущений в виде подводного течения, морского волнения, силовых реакций со стороны кабеля или собственных механизмов (манипуляторов и т. Высокоточное определение параметров движения необитаемого подводного аппарата является важной задачей при проведении операций, связанных с осмотром подводных сооружений, стыковкой с донной станцией, а также выполнением прецизионных измерений [6, ]. Основная проблема обеспечения точной локальной навигации связана с отсутствием надежных измерителей локальных перемещений НПА. Попытки использовать в качестве датчиков обратных связей в контуре позиционирования НПА информацию о скорости перемещения от абсолютных гидроакустических лагов или о линейных ускорениях от устройств инерциальной навигации не обеспечивают требуемую точность. Также не обладают необходимой точностью и гидроакустические дальномерные системы подводной навигации. Именно поэтому чрезвычайно актуальны работы по поиску новых принципов построения систем локальной навигации. В последние годы проводятся обширные исследования в области использования видеоинформации для решения задачи позиционирования НПА (S. Negahdaripour, J. Santos-Victor, Т. Ura, Н. Singh, А. Ф.Щербатюк и др. Сложности формирования подводных изображений связаны с сильным затуханием света под водой, что уменьшает дальность действия видеосистем, и необходимостью использовать точечные источники освещения, что приводит к неравномерной подсветке донных объектов. В отличие от подобных сухопутных систем, в которых для навигации, как правило, используются изображения искусственных объектов с четкими границами, на подводных изображениях искусственные объекты заилены и подвержены обрастанию, что искажает границы и формы объектов. В связи с этим актуально решение поставленной в диссертации задачи определения параметров движения ПА на основе обработки последовательных видеоизображений, содержащих случайные объекты на морском дне, без применения искусственных маркеров. Традиционно применяемый в наземных системах метод оценки оптического потока сложно использовать под водой в условиях невысокой прозрачности воды и невысокой четкости изображений. Целью работы является разработка и исследование алгоритмов автоматической локальной навигации НПА на основе обработки видеоинформации. НПА, основанной на обработке видеоизображений. Методы исследования. НПА, основанной на обработке видеоизображений. Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что, на основании анализа современных методов и средств, разработаны и исследованы алгоритмы локальной навигации для нового класса транспортных систем - НПА - на основе обработки последовательных видеоизображений, которые характеризуются низкой контрастностью, высокой зашумленностью и отсутствием искусственных эталонных маркеров. Выполнены лабораторные и натурные испытания разработанной системы с использованием НПА ТБЬ, которые выявили ее более высокую точность по сравнению с современными системами определения параметров движения подводных объектов, а также подтвердили возможность определения смещения НОЛА относительно фиксированного участка дна без накопления ошибки в зависимости от времени. Практическая значимость работы заключается в разработке и реализации на борту ИПА высокоточной системы определения параметров движения на основе обработки видеоинформации. Использование данной системы обеспечивает выполнение прецизионных операций при работе с использованием манипуляторов при применении телеуправляемых НПА, осуществление стыковки автономных НПА, а также высокоточное маневрирование их среди подводных конструкций. Система позволяет с высоким качеством стабилизировать положение НПА и выполнять измерения параметров водной среды и съемку подводных объектов. Работа выполнялась в рамках НИР «Разработка технологии создания интеллектуальных подводных роботов на основе реконфигурируемых системных архитектур и высокоточных методов навигации и управления» N гос. N 3а, 1 к, 8р_офи и 6а.