автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трехмерной калибровки на основе нечеткой логики

На правах рукописи

УДК 681.5.01

ТРУ ФАНОВ МАКСИМ ИГОРЕВИЧ

АДАПТИВНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРЕХМЕРНОЙ КАЛИБРОВКИ НА ОСНОВЕ НЕЧЕТКОЙ

ЛОГИКИ

Специальность: 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Курск - 2005

Работа выполнена на кафедре "Вычислительная техника" Курского государственного технического университета

Научный руководитель: заслуженный деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор Титов B.C.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ильин А. А.

кандидат технических наук, профессор Шлыков В.А,

Ведущая организация: Воронежский государственный технический университет

Защита состоится «£Р» июня 2005 г. в /У часов на заседании диссертационного совета Д 212.105.02 при Курском государственном техническом университете по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « ¿0 » сМ&А, 2005 г. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 305040, Курск, ул. 50 лет Октября, 94, КГТУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212 105.02.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук ' -

Титенко Е.А.

ОБЩАЯ ХАРАК ТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Развитие науки, промышленности и народного хозяйства характеризуется повсеместным внедрением и использованием реализующих функцию трехмерного восприятия бинокулярных оптико-электронных устройств (ОЭУ), используемых в системах управления различными технологическими процессами. Качественные и эксплуатационные показатели функционирования ОЭУ зависят от того, насколько точно оно настроено. Из-за погрешностей при установке оптико-электронных датчиков (ОЭД), отклонений в их оптических системах (ОС) процесс формирования изображения сопровождается искажением геометрических форм исследуемых объектов, неточностью передачи яркости и другими погрешностями ОЭУ.

Одним из путей снижения погрешностей ОЭУ является использование устройств трехмерной калибровки, обеспечивающих приведение значений параметров ОЭУ, влияющих на точность формирования изображения, к эталонным. Существующие методы и устройства не обеспечивают необходимой точности калибровки или требуют вмешательства оператора для высокоточной трехмерной калибровки ОЭУ. В то же время, априорная неопределенность изображений, вызванная нестабильностью условий среды функционирования ОЭУ вызывает необходимость адаптации ОЭУ трехмерной калибровки. Создание на основе нечеткой логики методов и устройств трехмерной калибровки позволяет в автоматическом режиме повысить точность калибровки. В связи с этим актуальной научно-технической задачей является разработка методов и устройств трехмерной калибровки, основанных на нечеткой логике, обеспечивающих калибровку ОЭУ с необходимой точностью в автоматическом режиме.

Диссертационная рабша выполнялась в соответствии с фантами для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Минобразования России № АОЗ-3.16-57 «Разработка принципов построения, алгоритмического обеспечения и основ теории построения высокоточных адаптивных оптико-электронных устройств трехмерной калибровки на базе нечетких множеств», № А04-3.16-677 «Разработка способов адаптации и повышения точностных параметров систем технического зрения на основе нечеткой логики»

Цель работы: разработка методов, алгоритмов и построение на их основе адаптивных оптико-электронных устройств автоматической т|е^1Ир{1ШЦЩ1И1АЫИД|

повышающих точность формирования изображения. I

В соответствии с этим в работе решаются следующие основццвд

МММТ1М

1) обоснование необходимости разработки новых методов и алгоритмов автоматического повышения точности ОЭУ;

2) разработка математической модели адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки и создание на ее базе новых методов и алгоритмов повышения точности формирования изображения ОЭУ на основе нечеткой логики;

3) исследование вопросов адаптации ОЭУ трехмерной калибровки с целью улучшения его технических характеристик;

4) разработка адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются

проективная и вычислительная геометрии, теория распознавания образов, теория нечеткой логики, обработка и анализ дискретных изображений, математический анализ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) обоснована необходимость создания методов и оптико-электронных устройств трехмерной калибровки на основе нечеткой логики, позволяющих калибровать ОЭУ в автоматическом режиме и повышающих точное! ь формирования изображения;

2) разработана математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволившая создать метод и алгоритмы автоматической калибровки ОЭУ;

3) разработаны математическая модель и метод, обеспечивающие автоматическое определение и коррекцию радиальной дисторсии при неизвестных параметрах элементов оптической системы,

4) разработаны методика проведения экспериментальных исследований и схемы ОЭУ трехмерной автоматической калибровки, использующих нечеткую логику для автоматического повышения точности формирования изображения.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- развиваемые в диссертационной работе новые методы автоматической калибровки ОЭУ позволяют создать ряд имеющих важное народнохозяйственное значение адаптивных ОЭУ, которые могут применяться в системах управления для широкого круга задач, связанных с проведением высокоточных измерений в вычислительной технике, приборостроении, медицине, навигации и ориентации;

'теоретический анализ факторов, влияющих на точность калибрбШ*;' ^Жвспечивает оптимальный выбор параметров адаптивного ОЭУ автоуэ|ичввкой<трехмерной калибровки;

- разрабснанный метод определения и коррекции радиальной дисторсии позволяет корректировать на аппаратно-программном уровне искажения изображения без введения корректирующих линз и осуществлять контроль влияния радиальной дисторсии без разбора оптической системы на составляющие ее элементы;

- созданы адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трехмерной калибровки, оптико-электронное устройство статической калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии.

Основные результаты, полученные в теоретической части диссертации, доведены до уровня инженерных формул, алгоритмов и методик, что позволяет их использовать при проектировании оптико-элекгронных устройств различного назначения.

На защиту выносятся'

1. Математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, основанная на нечеткой логике.

2 Метод и алгоритм адаптивной трехмерной калибровки ОЭУ.

3 Метод автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии ОС

ОЭД.

4 Адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трехмерной калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных и российских конференциях: "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (г. Судак, 2001, 2002, 2003, 2004 гг), "Распознавание - 2001, 2003" (г. Курск, 2001, 2003 гг), "Медико-экологические информационные технологии - 2000, 2001, 2002, 2005" (г. Курск, 2000, 2001, 2002, 2005 гг.), «Молодежь и XXI век» (г. Курск, 2004 г), «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2001 г.), «Распознавание образов и анализ изображений новые информационные технологии» (г. Великий Новгород, 2002 г.), «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (г. Рязань, 2001 г.), «Телевидение - 2002, 2004, 2005» (г. Санкт-Петербург, 2002, 2004, 2005 гг ), «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2003 г.), «Интеллектуальные и информационные системы» (г. Тула, 2004 г.), «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems» (Испания, г. Барселона, 2004 i ), «Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии» (i Москва, 2004, 2005 гг ), на научно-технических семинарах кафедры «Вычислительная техника» Курского государственного

технического университета с 2002 по 2005 гг.

Результаты работы внедрены в ОАО «Сахпроект» г Курска, в Орловской и Курской областных клинических больницах, в ООО «Специализированное строительное управление» г. Курска и используются в учебном процессе Курского государственного технического университета Акты внедрения прилагаются к материалам диссертации. Совместно с компанией «Самсунг» подается международная заявка на изобретение.

Публикации. Результаты проведенных исследований и разработок опубликованы в 40 печатных работах, в том числе И статьях, 5 из которых в журналах, рекомендованных ВАК, в соавторстве написаны монография, учебное пособие с грифом УМО. Получены 2 патента на изобретения, на рассмотрении находятся 3 заявки на изобретения (приоритеты №2004104494 от 16.02 04, №2005105716 от 1 03.05, №2005105717 от 1.03.05).

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: в [1, 2] - основные принципы функционирования и структурные схемы устройств калибровки, метод автоматической адаптивной трехмерной калибровки, в [3, 4, 6] -методы калибровки ОЭУ, в [5, 11] - метод автоматической коррекции и контроля монохроматических аберраций оптической системы, в [7, 9] - математическая модель и метод автоматического получения детализированных изображений исследуемых объектов ОЭУ с объективами с переменными фокусными расстояниями, [8] - нечеткая математическая модель предобработки изображений, обеспечивающая повышение точности калибровки, [10] - алгоритмическое обеспечение и основы теории построения высокоточных адаптивных ОЭУ трехмерной калибровки на базе нечетких множеств, [16] - метод автоматической калибровки, использованный для повышения точности системы прогнозирования развития заболеваний.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименований, изложена на 148 страницах и поясняется 35 рисунками и 14 таблицами

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель и задачи исследований, отмечены научная новизна, практическая ценность и результаты реализации работы.

В первой главе проведен анализ существующих методов и устройств калибровки, применяемых для повышения точности формирования изображения ОЭУ, входящих в состав систем управления различными процессами. Сделан вывод о необходимости разработки нового метода, обеспечивающего проведение высокоточной калибровки, коррекции отклонений параметров ОЭУ, влияющих на точность в процессе функционирования и настройку ОЭУ до начала работы, автоматическую установку требуемых параметров ОЭУ. Первые два условия выполняются комплексным развитием существующих методов, условие автоматического выполнения высокоточной калибровки ОЭУ требует разработки новых методов калибровки и математической модели, основанных на теории нечеткой логики, специально предназначенной для применения в интеллектуальных задачах, ранее не осуществимых в автоматическом режиме. Нередко ОЭУ работают круглосуточно в автоматическом режиме в условиях сложного фона, что вызывает необходимость адаптации ОЭУ трехмерной калибровки к изменениям условий внешней среды для обеспечения требуемой точности калибровки. В подобных случаях необходимо применение адаптивных ОЭУ автоматической трехмерной калибровки.

Во второй главе представлена математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволяющая из объектов рабочей сцены автоматически выбирать калибровочный объект и по его изображению определясь и корректировать параметры, влияющие на точность калибровки бинокулярного ОЭУ, к которым относятся яркости кадров изображений, отношение фокусных расстояний ОС ОЭД, резкость изображения, коэффициенты радиальной дисторсии ОС, угловые и линейные величины, характеризующие установочное положение ОЭД.

Математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки содержит математические модели ввода изображения рабочей сцены Мви, яркостной нормализации изображения Мн(Мви), выделения Мв(Мн) и восстановления МВ0ССТ(Мв) контуров, калибровки фокусных расстояний ОС ОЭД Мц(Мн), Мр(К), определения Мкк(К) и коррекции Мп)(Мн) дисторсии ОС ОЭД, калибровки угловых МУ(МВ), Ма(Мв), Мр(Мв) и линейных М0(МВ), МН(МВ), МЬ(МВ) отклонений установочного положения ОЭД.

Математические модели ввода и яркостной нормализации изображения описывают процесс формирования изображения, коррекции систематических погрешностей и приведения яркостных параметров изображения к заданным значениям Математические модели выделения и восстановления контуров позволяют

получить на основе дифференциальных методов массив параметров контуров и обеспечивают повышение точности выделения контуров пугем анализа координат точек, составляющих контур, на я кадрах изображения на основе расчета значения лингвистической переменной «точка контура», определяемой функцией принадлежности Цц

где к - номера кадра; /% Цэкст - ФП, определяющие степень принадлежности анализируемой точки контуру по ее удалению от ближайшей точки анализируемого контура и удалению от экстраполируемой точки контура.

Калибровка фокусных расстояний производится путем изменения расстояния Ь между ОС и матричным приемником изображения (МПИ) ОЭД, непрерывного определения резкости Я изображения и приведения расстояния Ь к значению

^ = и^и ^, установки максимальной резкости Я изображения и приведения

фокусных расстояний ОЭД к равенству, определяемому отношением периметров калибровочного объекта на кадрах, поступающих с разных ОЭД

Для автоматического выбора калибровочного объекта по изображению рабочей сцены применен математический аппарат нечеткой логики, позволяющий при априорной неопределенности параметров объектов и их изменении вследствие преобразования непрерывного изображения в дискретное на изображении рабочей сцены выбрать калибровочный объект, удовлетворяющий заданным требованиям. Калибровочным объектом является объект рабочей сцены, определяемый ЛП «калибровочной объект» с функцией принадлежности

^Л/ИрЛ&ЛЦ,,

где ^ - ФП терма «четкий»; цр - ФП терма «длинный периметр»; - ФП терма «центр кадра»; ц, - ФП терма «неизменный».

Математические модели определения М^К) и коррекции Мг<1(Мкк(К),Мн) радиальной дисторсии позволяют получить исправленное изображение переносом точек в их истинные позиции Определение радиальной дисторсии производится расчетом постоянных для ОС коэффициентов к,, кп. Коррекция дисторсии осуществляется смещением точек изображения в их истинные позиции, рассчитанные при известных коэффициентах кь к„ и определенных по изображению искаженных координатах точек. По значениям кь ,к„ осуществляется контроль качества ОС

Математические модели калибровки угловых и линейных отклонений позволяют определи г ь и привести к заданным угловые и линейные отклонения установочного положения ОЭД: угол у вращения ОЭД вокруг главной оптической оси ОЭД, углы Да, Aß между главными оптическими осями в горизонтальной и вертикальной плоскостях, разность D глубин установки ОЭД, разность Н высот установки ОЭД, расстояние L между ОЭД

Y = М/Мв), Да = Ма(Мв), Aß = Mtt(MB), D = MD(MB), H = Мн(Мв), L = ML(MB).

Полученные функциональные зависимости, описывающие процесс функционирования адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволили разработать метод и алгоритм адаптивной калибровки, определить точностные характеристики ОЭУ трехмерной калибровки

В третьей главе получены математические выражения для определения погрешностей калибровки при различных параметрах ОЭУ трехмерной калибровки, позволяющие проведение параметрической, структурной и алгоритмической адаптации ОЭУ трехмерной калибровки. Обобщенно задача адаптации записывается в виде

Q(fV, С, А) ->• mm min min => IV*, С*, А *'

WeEf LeEc ЛгЕл

где Q - функция, характеризующая эффективность функционирования ОЭУТК в соответствии с заданным функционалом качества; Ъ\у — множество допустимых структур W; Ес - множество допустимых параметров С, соответствующих структуре W; Еа - множество допустимых алгоритмов А функционирования ОЭУТК, соответствующих структуре W, W* - оптимальная структура ОЭУТК; С*, А* -параметры и алгоритмы ОЭУТК с оптимальной структурой W*.

Параметрическая адаптация обеспечивает повышение точности калибровки путем управления яркостью изображения, поступающего с ОЭД, и выбора методов предварительной фильтрации изображения и выделения контуров в зависимости от освещенности рабочей сцены и шума на изображении. Для управления яркостью введена ЛП «изменение яркости». Нечеткое отношение F, используемое для расчета управляющего воздействия AI, определяется логико-лингвистической моделью и композиционным правилом вывода

5

U яpKoaiib ^ Мизменение яркости

где i - номер правила логико-лингвистической модели. Значение ЛП «изменение яркости» определяется

^юмстте яркости ~ № Ч"ость ° ^ '

где ц'яркость_ текущее нечеткое значение яркости изображения

Дефазификация значения ЛП «изменение яркости» осуществляется методом весового осреднения

Д1 = (£ Д/„, • ±

где Д1о, - значение используемого терма ЛП «изменение яркости» в опорной точке

Структурная адаптация ОЭУ автоматической трехмерной калибровки позволила определить принциты создания ОЭУ автоматической трехмерной калибровки и его блоков. Рассмотрены варианты реализации системного контроллера, позволяющие выбрать оптимальный вариант в зависимости от выполняемых функций калибровки, обоснована необходимость создания функционально независимого устройства коррекции радиальной дисторсии В результате алгоритмической адаптации, проведенной путем изменения параметров алгоритмов и исключения подзадач калибровки, не ведущих к увеличению точности, но снижающих время калибровки, обеспечено повышение точности калибровки, снижение времени и объема памяти, требуемых для проведения калибровки ОЭУ

На основе результатов исследований вопросов адаптации и математической модели адаптивного ОЭУ трехмерной калибровки разработан метод автоматической адаптивной трехмерной калибровки бинокулярного ОЭУ. Отличительной новизной метода является возможность проведения автоматической трехмерной калибровки ОЭУ без использования эталонного объекта, что позволяет калибровать ОЭУ адаптивно, без прекращения работы. Сущность метода заключается в том, что на основе обработки поступающих в ОЭУ двух кадров изображения с разных ОЭД производится яркостная нормализация изображений ОЭД, результатом которой является приведение яркостей кадров, поступающих с разных ОЭД, к взаимному равенству Затем производится калибровка фокусных расстояний ОС ОЭД, направленная на достижение их равенства, основанная на выборе калибровочного объекта из объектов рабочей сцены, идентификации калибровочного объекта на изображениях с разных ОЭД и определении отношения фокусных расстояний. Для достоверной идентификации калибровочного объекта на изображениях с разных ОЭД предварительно корректируется радиальная дисторсия для устранения искажений калибровочного объекта Определение отношения фокусных расстояний производится по значениям периметров калибровочного объекта на кадрах изображений,

поступающих с разных ОЭД, после чего итерационно изменяются фокусные расстояний до достижения их равенства Затем корректируется резкость изображения путем выбора оптимального расстояния от ОС до МПИ ОЭД. Следующим этапом является калибровка угловых отклонений. Углы уь у2 определяются по координатам калибровочного объекта при разных направлениях наблюдения, производится поворот ОЭД вокруг главных оптических осей для приведения улов к нулевым значениям Определяются углы Да, Др, после чего ОЭД переориентируются для достижения параллельности главных оптических осей На заключительном этапе калибровки определяются линейные отклонения установочного положения ОЭД и систематические погрешности ОЭД Алгоритм калибровки, реализующий рассмотренный метод, представлен на рисунке 1.

Отличительной новизной метода автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии является автоматическое определение коэффициентов радиальной дисторсии по изображению рабочей сцены без эталонного объекта. Сущность метола заключается в том, что на основе анализа координат контрольной точки при изменении направления наблюдения ОЭД по известному закону по изображению рабочей сцены автоматически рассчитываются коэффициенты kh...k„ радиальной дисторсии для последующей коррекции Определение коэффициентов к/, ,к„ производится по искаженным координатам одной и той же контрольной точки калибровочного объекта при различных направлениях наблюдения ОЭД Коррекция искажений изображения, вызванных радиальной дисторсией, осуществляется переносом каждой точки изображения в новую позицию, определяемую по искаженным координатам точки и коэффициентам kh. ,к„

На основе методов адаптивной калибровки и автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии созданы адаптивное ОЭУ автоматической трехмерной калибровки (патент №2250498, рис 2а), устройство коррекции радиальной дисторсии (рис 26), ОЭУ калибровки, реализованное на ПЛИС (патент №2199150, рис. 3) Отличительный принцип функционирования устройств заключается в том, что контроллер определяет параметры калибровки по изображению калибровочного объекта с заранее неизвестными параметрами, выбранного из объектов рабочей сцены, и формирует команды блоку управления. Блок управления подает управляющие сигналы блокам ориентации, которые приводят параметры калибровки к заданным значениям. Разработана инженерная методика выбора оптимальных параметров ОЭУТК и устройства коррекции радиальной дисторсии, на основе которой могут быть

созданы ОЭУ трехмерной калибровки, применяемые в системах управления для различных задач, связанных с проведением высокоточных измерений.

С

3

Приведение яркостей кадров к заданному значению

Коррекция расхождения яркостей кадров

Ярко стная

нормализация

изображений

Фильтрация помех

Выделение контуров

Предварительная обработка изображений

Коррекция

радиальной дисторсю*

Выбор калибровочного объекта

Идентификация калибровочного объекта

Калибровка

фокусных расстояний и резкости

Коррекция расхождения фокусных расстояний

Коррекция резкости изображений

Определение параметров

ДОСторСИИ

Коррекция дисторсимна изображении

Определение и коррекция угла

Ду

Опрсде ченне и коррекдоя ч гла Да

Определение и коррекция л гпа

ДЭ

Определенней коррекция ) глоа Г', V

Определение | параметров | дисгорсни ¡4

коррекция 1 изображений < 4

I

Калибровка

угтовых

отклонений

установочного

положения

оэд

Определение и мор-рекцня разности гл% -бин \ ста но в ки ОЭД

Опреде тс кие и кор рекция разности высот летановки ОЭД

Опрел; ле кие и коррекция величины баш

Калибровка

линейны х

отклонений

установочного

положения

ОЭД

Определение систематической погрешности намерения яркости

Определение систематической погрешности положения пикселов

О гф с делен не систематических

погрешностей ОЭД

С

J

\

Рис 1 Алгоритм адаптивной калибровки ОЭУ

ЕЛО« СЛАД! юобр»жеимя

Бмкмела июбражеиия

L-T

Вюк ермнтмив

Ели к упраменмя

К

а)

ímwi U^IOMV KDHIj >4леру

С*м*

, ) ПроалеКИЯ .

Тиао »ый генератор

Счвтчи* номера столбца

Форммроаа

I«» «фвв« .

Счетчик номера

ОЭУ Форыиром-

коррекции —> тк» адреса 2

г

Контроллер

Кок тро леер шины

б)

Рис. 2 Структурные схемы адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки (а) и устройства коррекции радиальной дисторсии (б)

Рис. 3 ОЭУ калибровки, реализованное на ПЛИС

В четвертой главе разработан аппаратно-программный стенд (АПС) для проверки правильности полученных в результате теоретических исследований математической модели ОЭУ трехмерной калибровки и метода калибровки, а также определения точностных характеристик разработанных устройств В состав АПС (рис 4) входят оптико-электронные датчики, устройство коррекции радиальной дисторсии, оптико-электронное устройство калибровки, ПЭВМ, устройство ориентации

Рис. 4 Аппаратно-программный стенд для проведения испытаний Исследование параметров адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки проводилось в соответствии с разработанной методикой проведения экспериментальных испытаний. Согласно методике осуществлялась адаптивная калибровка ОЭУ трехмерной калибровки' ОЭД закреплялись на фиксированном расстоянии друг от друга на устройстве ориентации так, что их главные оптические оси располагались парачлельно, параметры Н, В были близки к нулю; производилось включение устройств, входящих в АПС, в соответствии со схемой на рис. 4; в ПЭВМ запускалась программа, реализующая алгоритм адаптивной калибровки; в процессе калибровки на дисплее ПЭВМ отображались команды устройству ориентации; устройством ориентации производилось изменение параметров установочного положения ОЭД на рассчитанные ПЭВМ величины. После формирования на дисплее

ПЭВМ сообщения о выполнении калибровки, по изображению тестового объекта, представляющего собой сетку из горизонтальных и вертикальных прямых, расположенных с фиксированным шагом, нанесенную на ровную плоскую поверхность, расположенного перед ОЭД, определялись погрешности приведения значений параметров калибровки к заданным Для описания точностных характеристик ОЭУ использованы две группы погрешностей. Первая группа характеризует точность приведения параметров калибровки к эталонным значениям и содержит погрешность калибровки фокусных расстояний <5/ и погрешности калибровки угловых отклонений ду, да, <5р установочного положения ОЭД Вторая группа характеризует степень достижения цели калибровки - получение идентичных изображений с ОЭД бинокулярного ОЭУ. Идентичность изображений определяется погрешностью Л£, рассчитываемой по расхождению координат точек рабочей сцены на изображениях разных ОЭД Точность коррекции радиальной дисторсии характеризуется погрешностью Дг, определяемой по различиям неискаженного и искаженного изображений. Погрешность Ди используется для сравнения разработанного устройства с устройством, для которого погрешность коррекции радиальной дисторсии неизвестна, и рассчитывается при известных 8/, ду, да, 3$.

Для сравнительного анализа полученных в ходе испытаний точностных характеристик ОЭУ'ГК выбраны устройство калибровки активной стереоскопической системы технического зрения и устройство калибровки камеры по перспективным линиям, как имеющие лучшие характеристики из известных устройств и близкие по своему назначению к разработанному устройству В таблице 1 приведены погрешности коррекции параметров калибровки при разрешающей способности и фокусных расстояниях ОЭД 800 пикселов.

Анализ точностных характеристик устройств показывает, что погрешность калибровки разработанным адаптивным ОЭУ автоматической трехмерной калибровки ниже погрешности Аи устройства калибровки камеры по перспективным линиям в 1,5 раза и погрешности Дх устройства калибровки активной стереоскопической системы технического зрения в 1,3 раза. При этом разработанное адаптивное ОЭУ автоматической трехмерной калибровки позволяет проводить калибровку без использования эталонного объекта, что расширяет область применения разработанных метода и оптико-электронного устройства трехмерной калибровки

Таблица 1 - Точностные характеристики устройств калибровки

Калибруемый параметр Погрешность калибруемого параметра

Оптико-электронное устройство трехмерной калибровки Устройство калибровки камеры по перспективным линиям Устройство калибровки активной стереоскопической системы технического зрения

0,190±0,030 от 0,30 до 5,00 -

ду, градусов 0,522±0,050 от 0,27 до 3,21 -

За, градусов 0,020±0,002 от 0,39 до 3,54 -

¿(3, градусов 0,026±0,002 от 0,07 до 1,14

Дг, пикселов 0,322±0,051 - -

Ди, пикселов 0,140±0,064 от 0,21 до 2,66 0,4

Суммарная погрешность Дь пикселов 0,460±0,042 - 0,6

НАУЧНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Проведен анализ существующих методов и устройств, позволивший сделал ь вывод о необходимости разработки новых методов автоматической калибровки ОЭУ, основанных на теории нечеткой логики, повышающих точность формирования изображения.

2. Разработана математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволяющая проведение теоретического анализа влияния внешних и внутренних параметров ОЭУ на точность формирования изображения и, как следствие, оптимальный выбор параметров адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки

3. На основе математической модели разработан метод и алгоритм адаптивной трехмерной калибровки ОЭУ, обеспечивающие автоматическое повышение точности формирования изображения без использования эталонного объекта, что расширяет область применения разработанных метода и алгоритма адаптивной трехмерной калибровки.

4 Разработан метод автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии ОС, обеспечивающий исправление искажений изображения на аппаратно-программном уровне, что не требует введения корректирующих оптических элементов

в оптические системы и обеспечивает снижение сложности и массогабаритных параметров ОЭД, а также позволяет осуществлять контроль качества ОС ОЭД и оптических систем других оптико-электронных устройств формирования изображения

5. Созданы адаптивное ОЭУ автоматической трехмерной калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии. Проведены экспериментальные исследования, подтверждена адекватность разработанной математической модели ОЭУ трехмерной калибровки, что позволяет использовать математическую модель для теоретических исследований. Сравнительный анализ ОЭУ калибровки свидетельствует о повышении точности адаптивной калибровки по сравнению с известными устройствами (погрешности калибровки снижены от 1,3 до 1,5 раз), что обеспечивает проведение калибровки ОЭУ различного назначения с требуемой точностью без отрыва от основной выполняемой работы Разработанные ОЭУТК и устройство коррекции радиальной дисторсии, обеспечивающие повышение точности формирования изображения ОЭУ, характеризуемые высокими качественными и эксплуатационными показателями и обеспечивающие ускорение научно-технического прогресса, найдут широкое применение в различных областях науки и техники.

По теме диссертации автором опубликованы следующие работы.

1 Титов, B.C. Метод автоматической калибровки бинокулярной оптико-электронной системы [Текст] / В.С Титов, М.И. Труфанов // Датчики и системы. - 2003. - №8. - С 10-12.

2. Ширабакина, Т.А. Нечеткая математическая модель автофокусирующейся системы обработки изображений [Текст] / ТА. Ширабакина, М.И. Труфанов // Известия вузов. Приборостроение - 2003. - Т.46, №11. - С. 12-16.

3 Титов, В С. Метод автоматической калибровки радиальной дисторсии линз системы технического зрения [Текст] / В.С Титов, М.И Труфанов // Датчики и системы. - 2004. - №6. - С.63-65

4. Тевс, С.С., Титов В С, Труфанов М.И. Многопроцессорное автокалибрующееся устройство распознавания объектов [Текст] /С.С Тевс, В С Титов, М.И Труфанов//Известия вузов. Приборостроение - 2005г. - №2.-С 8-14.

5. Труфанов, М.И. Метод калибровки оптико-электронной системы [Текст] / Т.А. Ширабакина, М.И. Труфанов // Компьютерные технологии обработки и анализа данных. МПО Кибернетика АН РУЗ. - Ташкент, 2000. - С 38 - 42.

6 Труфанов, М.И Нечеткая математическая модель адаптивной предобработки изображений при калибровке бинокулярной системы технического зрения [Текст] /

М И. Труфанов, С Ю Мирошниченко, В С. Титов// Телекоммуникации,- 2004. - №8 -С. 37-40

7 Дегтярев, С.В Методы цифровой обработки изображений [Текст]: учебное пособие Ч 3 Гриф УМО / С В Дегтярев, А.А. Орлов, С С. Садыков, И.И. Сальников, В С. Титов, М.И. Труфанов, ТА. Ширабакина - Курск Курск, гос. тех. ун-г., 2004. -216 с.

8. Лазаренко, В.А. Прогнозирование тромбоэмболических осложнений при травме [Текст]: Монография / В А. Лазаренко, В.Н Мишустин, B.C. Титов, М.И Труфанов. - Курск- КГМУ, 2004 - 148 е.: ил.

9 Разработка принципов построения, алгоритмического обеспечения и основ теории построения высокоточных адаптивных оптико-электронных устройств трехмерной калибровки на базе нечетких множеств [Текст]: отчет по НИР по гранту АОЗ-3.16-57 / Курский государственный технический университет; М.И. Труфанов, В.С Титов -М, 2004,- 108 с -№ ГР 01200403981. - Инв №90.04.2004.175.

10 Пат. № 2199150 РФ, МКИ G06K9/32. Устройство калибровки оптико-электронной системы [Текст]/ С В. Дегтярев, В.С Титов, М.И. Труфанов. -№2001103097/09, заявлено 02 02.2001, опубл. 20.02.2003, Бюл. №5.-6с.

11. Пат № 2250498 РФ, МКИ G06K9/32. Способ автоматической адаптивной трехмерной калибровки бинокулярной системы технического зрения и устройство для его реализации [Текст] / СВ. Дегтярев, B.C. Титов, М И Труфанов. -№2003105497/09; заявлено 25.02 2003; опубл. 20.04.2005, Бюл. №11.-15с.

12. Труфанов, М И. Метод трехмерной калибровки оптико-электронной системы [Текст] / М.И. Труфанов // Сборник материалов 5 международной конференции «Распознавание 2001» - Курск, 2001. - С 125-127.

13 Труфанов, МИ. Нечеткая математическая модель восстановления и скелетизации контуров [Текст] / М.И. Труфанов // Молодежь и XXI век: Материалы XXXI научной конференции. Ч. 1. - Курск, 2003. - С. 34-35.

14. Труфанов, М.И Математическая модель яркостной нормализации изображений при калибровке системы технического зрения [Текст] / М.И. Труфанов // XL Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии Тезисы докладов. Секции физики. - М.. Изд-во РУДН, 2004. - С. 97 - 101.

15 Труфанов, МИ Автоматическая калибровка радиальной дисторсии системы технического зрения [Текст] / МИ. Труфанов // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления Сборник материалов XV

научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. Под ред проф. В.М. Азарова. - М.: МГИЭМ, 2004. - С. 66-67.

16. Titov, V.S. The method of automatic determination monochromatic aberration of vision's optical subsystem [Text]/ V.S. Titov, M.I. Truphanov II Second international conference «Information and Telecommunication Technologies m Intelligent Systems». Proceedings. Spain. Barcelona, 2004. - PP. 40-43.

ИД №06430 от 10.12.01 Подписано к печати 19 ^¡ал ZCO!Г Формат 60x84 1/16. Печатных листов 1 Тираж 100 экз. Заказ ■// Курский государственный технический университет 305040, г Курск, ул 50 лет Октября, 94.

Соискатель

Труфанов М.И.

111388

РНБ Русский фонд

2006-4 7047

СВЕДЕНИЕ

1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ КАЛИБРОВКИ ОПТИКО- 9 ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

1.1 Методы калибровки оптико-электронных устройств

1.2 Устройства калибровки оптико-электронных устройств

2 МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АДАПТИВНОГО ОПТИКО- 25 ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ТРЕХМЕРНОЙ КАЛИБРОВКИ

2.1 Математическая модель ввода изображения

2.2 Математическая модель яркостной нормализации изображения

2.3 Математическая модель выделения контуров

2.4 Математическая модель калибровки фокусных расстояний 35 оптических систем оптико-электронных датчиков

2.5 Математические модели определения и коррекции дисторсии 41 оптической системы оптико-электронного датчика щ 2.6 Математическая модель калибровки угловых отклонений установочного положения оптико-электронных датчиков 2.7 Математическая модель калибровки линейных отклонений 51 установочного положения оптико-электронных датчиков

3 АНАЛИЗ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК И СИНТЕЗ 59 АДАПТИВНОГО ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРЕХМЕРНОЙ КАЛИБРОВКИ

3.1 Точность адаптивного оптико-электронного устройства 59 автоматической трехмерной калибровки к 3.1.1 Точность калибровки фокусных расстояний

3.1.2 Точность калибровки угловых отклонений оптико-электронных 61 датчиков оптико-электронного устройства

3.1.3 Точность коррекции радиальной дисторсии оптической системы 62 оптико-электронного датчика

3.2 Адаптация оптико-электронного устройства автоматической 63 трехмерной калибровки

3.2.1 Параметрическая адаптация оптико-электронного устройства 66 автоматической трехмерной калибровки

3.2.2 Структурная адаптация оптико-электронного устройства 71 автоматической трехмерной калибровки

3.2.3 Алгоритмическая адаптация оптико-электронного устройства 77 автоматической трехмерной калибровки

3.3 Разработка адаптивного оптико-электронного устройства 94 автоматической трехмерной калибровки

3.3.1 Методы калибровки оптико-электронного устройства

3.3.2 Высокоточное адаптивное оптико-электронное устройство 107 автоматической трехмерной калибровки

3.3.2.1 Микропроцессорное оптико-электронное устройство калибровки 107 оптико-электронного датчика

3.3.2.2 Оптико-электронное устройство калибровки оптико- 108 электронного датчика на программируемой логической интегральной схеме

3.3.2.3 Оптико-электронное устройство адаптивной трехмерной 112 калибровки

3.3.2.4 Устройство коррекции радиальной дисторсии

3.4 Инженерные методики построения адаптивного оптико- 115 электронного устройства автоматической трехмерной калибровки и коррекции радиальной дисторсии

4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ АДАПТИВНОГО 117 ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТРЕХМЕРНОЙ КАЛИБРОВКИ

4.1 Аппаратно-программный стенд для проведения испытаний 117 высокоточного оптико-электронного устройства трехмерной калибровки

4.2 Методика проведения испытаний высокоточного оптико- 122 электронного устройства трехмерной калибровки

Актуальность работы. Развитие науки, промышленности и народного хозяйства характеризуется повсеместным внедрением и использованием реализующих функцию трехмерного восприятия бинокулярных оптико-электронных устройств (ОЭУ), используемых в системах управления различными технологическими процессами. Качественные и эксплуатационные показатели функционирования ОЭУ зависят от того, насколько точно оно настроено. Из-за погрешностей при установке оптико-электронных датчиков (ОЭД), отклонений в их оптических системах (ОС) процесс формирования изображения сопровождается искажением геометрических форм исследуемых объектов, неточностью передачи яркости и другими погрешностями ОЭУ.

Одним из путей снижения погрешностей ОЭУ является использование устройств трехмерной калибровки, обеспечивающих приведение значений параметров ОЭУ, влияющих на точность формирования изображения, к эталонным. Существующие методы и устройства не обеспечивают необходимой точности калибровки или требуют вмешательства оператора для высокоточной трехмерной калибровки ОЭУ. В то же время, априорная неопределенность изображений, вызванная нестабильностью условий среды функционирования ОЭУ, вызывает необходимость адаптации ОЭУ трехмерной калибровки. Создание на основе нечеткой логики методов и устройств трехмерной калибровки позволяет в автоматическом режиме повысить точность калибровки. В связи с этим актуальной научно-технической задачей является разработка методов и устройств трехмерной калибровки, основанных на нечеткой логике, обеспечивающих калибровку ОЭУ с необходимой точностью в автоматическом режиме.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с грантами для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов высших учебных заведений Минобразования России № АОЗ-З 16-57 «Разработка принципов построения, алгоритмического обеспечения и основ теории построения высокоточных адаптивных оптико-электронных устройств трехмерной калибровки на базе нечетких множеств», № А04-3.16-677 «Разработка способов адаптации и повышения точностных параметров систем технического зрения на основе нечеткой логики».

Цель работы: разработка методов, алгоритмов и построение на их основе адаптивных оптико-электронных устройств автоматической трехмерной калибровки, повышающих точность формирования изображения.

В соответствии с этим в работе решаются следующие основные задачи:

1) обоснование необходимости разработки новых методов и алгоритмов автоматического повышения точности ОЭУ;

2) разработка математической модели адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки и создание на ее базе новых методов и алгоритмов повышения точности формирования изображения ОЭУ на основе нечеткой логики;

3) исследование вопросов адаптации ОЭУ трехмерной калибровки с целью улучшения его технических характеристик;

4) разработка адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки.

Методы исследования. Для решения поставленных в работе задач используются проективная и вычислительная геометрии, теория распознавания образов, теория нечеткой логики, обработка и анализ дискретных изображений, математический анализ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) обоснована необходимость создания методов и оптико-электронных устройств трехмерной калибровки на основе нечеткой логики, позволяющих калибровать ОЭУ в автоматическом режиме и повышающих точность формирования изображения;

2) разработана математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволившая создать метод и алгоритмы автоматической калибровки ОЭУ;

3) разработаны математическая модель и метод, обеспечивающие автоматическое определение и коррекцию радиальной дисторсии при неизвестных параметрах элементов оптической системы;

4) разработаны методика проведения экспериментальных исследований и схемы ОЭУ трехмерной автоматической калибровки, использующих нечеткую логику для автоматического повышения точности формирования изображения.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- развиваемые в диссертационной работе новые методы автоматической калибровки ОЭУ позволяют создать ряд имеющих важное народнохозяйственное значение адаптивных ОЭУ, которые могут применяться в системах управления для широкого круга задач, связанных с проведением высокоточных измерений в вычислительной технике, приборостроении, медицине, навигации и ориентации;

- проведенный теоретический анализ факторов, влияющих на точность калибровки, обеспечивает оптимальный выбор параметров адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки;

- разработанный метод определения и коррекции радиальной дисторсии позволяет корректировать на аппаратно-программном уровне искажения изображения без введения корректирующих линз и осуществлять контроль влияния радиальной дисторсии без разбора оптической системы на составляющие ее элементы;

- созданы адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трехмерной калибровки, оптико-электронное устройство статической калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии.

Основные результаты, полученные в теоретической части диссертации, доведены до уровня инженерных формул, алгоритмов и методик, что позволяет их использовать при проектировании оптико-электронных устройств различного назначения.

На защиту выносятся:

1. Математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, основанная на нечеткой логике.

2. Метод и алгоритм адаптивной трехмерной калибровки ОЭУ.

3. Метод автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии ОС ОЭД.

4. Адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трехмерной калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на международных и российских конференциях: "Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления" (г. Судак, 2001, 2002, 2003, 2004 гг.), "Распознавание - 2001, 2003" (г. Курск, 2001, 2003 гг.), "Медико-экологические информационные технологии - 2000, 2001, 2002, 2005" (г. Курск, 2000, 2001, 2002, 2005 гг.), «Молодежь и XXI век» (г. Курск, 2004 г.), «Новые информационные технологии» (г. Москва, 2001 г.), «Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии» (г. Великий Новгород, 2002 г.), «Проблемы передачи и обработки информации в сетях и системах телекоммуникаций» (г. Рязань, 2001 г.), «Телевидение -2002, 2004, 2005» (г. Санкт-Петербург, 2002, 2004, 2005 гг.), «Современные техника и технологии» (г. Томск, 2003 г.), «Интеллектуальные и информационные системы» (г. Тула, 2004 г.), «Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems» (Испания, г. Барселона, 2004 г.), «Всероссийская конференция по проблемам математики, информатики, физики и химии» (г. Москва, 2004, 2005 гг.); на научно-технических семинарах кафедры «Вычислительная техника» Курского государственного технического университета с 2002 по 2005 гг.

Результаты работы внедрены в ОАО «Сахпроект» г. Курска, в Орловской и Курской областных клинических больницах, в ООО «Специализированное строительное управление» г. Курска и используются в учебном процессе Курского государственного технического университета. Акты внедрения прилагаются к материалам диссертации. Совместно с компанией «Самсунг» подается международная заявка на изобретение.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований и разработок опубликованы в 40 печатных работах, в том числе 11 статьях, 5 из которых в журналах, рекомендованных ВАК, в соавторстве написаны монография, учебное пособие с грифом УМО. Получены 2 патента на изобретения, на рассмотрении находятся 3 заявки на изобретения (приоритеты №2004104494 от 16.02.04, №2005105716 от 1.03.05, №2005105717 от 1.03.05).

В работах, опубликованных в соавторстве, лично соискателем предложены: в [49, 52, 57, 71, 109, 110, 111] - основные принципы функционирования и структурные схемы устройств калибровки, метод автоматической адаптивной трехмерной калибровки, в [34, 53, 54, 59, 76, 84, 85, 86, 99, 101, 102] - методы калибровки ОЭУ, в [65, 66, 67, 70, 71] - метод автоматической коррекции и контроля монохроматических аберраций оптической системы, в [41, 47, 50, 51] - математическая модель и метод автоматического получения детализированных изображений исследуемых объектов ОЭУ с объективами с переменными фокусными расстояниями, [31, 35, 37, 112] - нечеткая математическая модель предобработки изображений, обеспечивающая повышение точности калибровки, [58] - алгоритмическое обеспечение и основы теории построения высокоточных адаптивных ОЭУ трехмерной калибровки на базе нечетких множеств, [103, 104, 105] — метод автоматической калибровки, использованный для повышения точности системы прогнозирования развития заболеваний.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 114 наименований, изложена на 148 страницах и поясняется 35 рисунками и 14 таблицами.

Выводы

1. Разработаны аппаратно-программный стенд и методика проведения испытаний ОЭУТК, обеспечивающие экспериментальные исследования точностных характеристик оптико-электронных устройств калибровки.

2. В результате экспериментальных исследований подтверждена адекватность разработанной математической модели ОЭУТК, что позволяет использовать математическую модель для теоретических исследований влияния параметров ОЭУТК на точность калибровки.

3. Сравнительный анализ ОЭУ калибровки свидетельствует о повышении точности адаптивной калибровки по сравнению с известными устройствами (погрешности калибровки снижены от 1,3 до 1,5 раз), что обеспечивает проведение калибровки ОЭУ различного назначения с требуемой точностью без отрыва от основной выполняемой работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ существующих методов и устройств, позволивший сделать вывод о необходимости разработки новых методов автоматической калибровки ОЭУ, основанных на теории нечеткой логики, повышающих точность формирования изображения.

2. Разработана математическая модель адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки, позволяющая проведение теоретического анализа влияния внешних и внутренних параметров ОЭУ на точность формирования изображения и, как следствие, оптимальный выбор параметров адаптивного ОЭУ автоматической трехмерной калибровки.

3. На основе математической модели разработан метод и алгоритм адаптивной трехмерной калибровки ОЭУ, обеспечивающие автоматическое повышение точности формирования изображения без использования эталонного объекта, что расширяет область применения разработанных метода и алгоритма адаптивной трехмерной калибровки.

4. Разработан метод автоматического определения и коррекции радиальной дисторсии ОС, обеспечивающий исправление искажений изображения на аппаратно-программном уровне, что не требует введения корректирующих оптических элементов в оптические системы и обеспечивает снижение сложности и массогабаритных параметров ОЭД, а также позволяет осуществлять контроль качества ОС ОЭД и оптических систем других оптико-электронных устройств формирования изображения.

5. Созданы адаптивное ОЭУ автоматической трехмерной калибровки и устройство коррекции радиальной дисторсии. Проведены экспериментальные исследования, подтверждена адекватность разработанной математической модели ОЭУ трехмерной калибровки, что позволяет использовать математическую модель для теоретических исследований. Сравнительный анализ ОЭУ калибровки свидетельствует о повышении точности адаптивной калибровки по сравнению с известными устройствами (погрешности калибровки снижены от 1,3 до 1,5 раз), что обеспечивает проведение калибровки ОЭУ различного назначения с требуемой точностью без отрыва от основной выполняемой работы. Разработанные ОЭУТК и устройство коррекции радиальной дисторсии, обеспечивающие повышение точности формирования изображения ОЭУ, характеризуемые высокими качественными и эксплуатационными показателями и обеспечивающие ускорение научно-технического прогресса, найдут широкое применение в различных областях науки и техники.

1. Дуда, Р. Распознавание образов и сцен Текст. / Р. Дуда, П.Харт; пер. с англ. Г.Г. Вайнштейна и A.M. Васьковского ; под ред. В.Л. Стефанюка, -М.: «Мир», 1976.-511 с.

2. Кравцов, А. Общая формулировка задачи внешней калибровки камеры Электронный ресурс. / А. Кравцов, В. Вежневец // Электронный журнал «Графика и мультимедиа»; http://cgm.graphicon.ru/issuel /extcameracal/. 2003. - № 1.

3. Fischler, М. Random sample consensus: a paradigm for model fitting with applications to image analysis and automated cartography Text./ M. Fischler, R. Bolles // CACM 24(6). 1981. - P. 381-395.

4. Haralick, R. Pose estimation from corresponding point data Text. / R.Haralick, H. Joo, C. Lee, X. Zhuang, V.Vaidya, M. Kim // IEEE transactions on systems, Man and Cybernetics. 1989. - Vol. 19, No 6. - P. 1426-1446.

5. Faugueras, O. The calibration problem for stereoscopic vision Text. / O.Faugueras, G. Toscani. // NATO ASI Series. 1989. - Vol. F52. - P. 195-211.

6. Liang, P. Adaptive self-calibration of vision-based robot systems Text. / P. Liang, Y. Chang, S. Hackwood // IEEE transactions on systems, Man and Cybernetics. 1989. - Vol. 19, No 4. - P. 811-824.

7. Tsuji, S. Stereo vision of a mobile robot: world constraints for matching and interpretation Text. / S. Tsuji, J. Zheng, M. Asada // IEEE Conference. Robot and Automates, San Francisco, California. 1986. - Vol. 3. - P. 1594 - 1599.

8. Martins, H.A. Camera model based on data from two calibration planes Text. / H.A. Martins, J.R. Birk, R.B. Kelly // Computer Graphics and Image Processing. 1981. -Vol. 17. - P.322-341.

9. Penna, M. Determing camera parameters from the perspective projection of a quadrilaterial Text. / M. Penna // Pattern Recognition. 1991. -Vol. 24, № 6. -P. 533-541.

10. Zhuang, X. Two-view motion analysis: a unified algorithm Text. / X. Zhuang, R. Haralick, T. Huang // Opt. Soc. Am. 1986. - Vol. 3, № 9. - P. 1492 -1450.

11. Haralick, R. Pose estimation from corresponding point data Text. / R.Haralick, H.Joo, C.Lee, X. Zhuang, V.Vaidya, M. Kim. // IEEE computer society workshop on computer vision, Miami Beach. 1987. - P. 258 - 263.

12. Heikkila, J. Calibration procedure for short focal length off-the-shelf CCD cameras Text. / J.Heikkila, O.Silven // Proc. 13th International Conference on Pattern Recognition, Vienna, Austria. 1996. - P. 166-170.

13. Izaguirre, A. A new development in camera calibration calibrating a pair of mobile cameras Text. / A. Izaguirre, P. Pu, J.Summers // IEEE int. conf. rob. and autom., St. Louis. 1985. - P. 74 - 79.

14. Lilas, T. An active 3D robot vision system for robotic welding applications Text. / T. Lilas, S. Kollias // Machine Graphics and Vision. -2000. -Vol. 9, №. 4. P. 743 - 762.

15. Baltes, J. Camera calibration using rectangular textures Text. / J. Baltes. R. Klette, S. Peleg, G. Sommer // Robot Vision. 1998. - P. 245 - 251.

16. Найханов, B.B. Автоматизация калибровки камеры Текст. / В.В. Найханов, Ц.Ц. Цыдыпов, Л.Д. Жимбуева // Сборник научных трудов. Серия Технические науки. Вып. 5.3, ВСГТУ. Улан-Удэ. 1998. - С. 65-87.

17. Пат. 4435837 США, МКИ G 06 К 9/32. Pattern recognition and orientation system Text. / H. Frederick. №240878; заявлено 5.03.81; опубл.6.03.84. - 5c.

18. Заявка 60-146374 Япония, МКИ G 06 К 9/32, 9/20. Двумерное оптико-электронное устройство, реализующее функцию автоматической установки видимой области Текст. 2с.

19. Нечеткие множества и теория возможностей. Последние достижения Текст.: Пер. с англ./Под ред. P.P. Ягера. М.: Радио и связь. -1986.-408 с.

20. Заде, Л.А. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений Текст. / Л.А. Заде. / Математика сегодня. М.: Знание. - 1974. - С. 5 - 49.

21. Методы компьютерной обработки изображений Текст. / Под ред. В.А. Сойфера. М.: Физматлит. - 2001. - 784 с.

22. Сырямкин, В.И. Системы технического зрения: Справочник Текст./ В.И. Сырямкин, B.C. Титов, Ю.Г. Якушенков и др. // Под общей редакцией В.И. Сырямкина, B.C. Титова. Томск: МГП "РАСКО". - 1993. -367 с.

23. Janesick, J. CCD charge collection efficiency and the photon transfer technique Text. / Janesick J., Klaasen K., Elliott T. // Proc. SPIE. 1985. - Vol. 570.-P. 7-19.

24. Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений Текст.: ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002. Введ. 2002-1101- М.: Изд-во стандартов, 2002. - 31 с.

25. Нефедов, В.И. Метрология и радиоизмерения Текст.: Учебник для вузов / В.И. Нефедов, В.И. Хахин, В.К. Битюков и др./ Под ред. профессора В.И. Нефедова. М.: Высш. шк., 2003. - 526 с.

26. Вентцель, Е.С. Теория вероятностей Текст. М.: Наука, 1969.567 с.

27. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта Текст. / Под ред. Д.А. Поспелова.- М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986.-312 с.

28. Алтунин, А.Е. Модели и алгоритмы принятия решений в нечетких условиях Текст.: Монография / А.Е. Алтунин, М.В. Семухин / Тюмень: Издательство Тюменского государственного университета, 2000. -352 с.

29. Труфанов, М.И. Нечеткая математическая модель адаптивной предобработки изображений при калибровке бинокулярной системы технического зрения Текст. / М.И. Труфанов, С.Ю. Мирошниченко, B.C. Титов. // Телекоммуникации. 2004. - №8. - С. 37 - 40.

30. Обработка изображений и цифровая фильтрация Текст.: Пер. с англ. под ред. Т. Хуанга. М.: Мир. - 1979.

31. Тевс, С.С. Метод повышения контрастности изображения Текст. / С.С. Тевс, B.C. Титов // Сборник материалов 4 международной конференции «Распознавание 99» Курск. - 1999. - С. 39 - 40.

32. Тевс, С.С. Построение контуров объекта Текст. / С.С. Тевс // Сборник материалов 4 международной конференции «Распознавание 99» -Курск. 1999. - С. 38-39.

33. Труфанов, М.И. Нечеткая математическая модель восстановления и скелетезации контуров Текст. / М.И. Труфанов // Молодежь и XXI век: Материалы XXXI научной конференции. Ч. 1. Курск. -2003.-С. 34-35.

34. Дегтярев, С.В. Методы цифровой обработки изображений Текст.: учебное пособие 4.1. Гриф УМО / Дегтярев С.В., Садыков С.С., Тевс С.С., Ширабакина Т.А. Курск: Курск, гос. тех. ун-т., 2001. - 167 с.

35. Тевс, С.С. Адаптивный выбор порога на основе нечеткой логики Текст. / С.С. Тевс, B.C. Титов, А.Г. Бабанин // Сборник материалов международной технической конференции «Медико-экологические информационные технологии». — Курск. 1997. - С. 126-127.

36. Titov, V. Optical Recognition System for Radioelectronic Products / V. Titov, S. Tevs, T. Shirabakina // Machine GRAPHICS & VISION. 1999. -Vol. 8, № 1. - P. 143- 152.

37. Калиткин, Н.Н. Численные методы Текст. / Калиткин Н.Н — М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1978. - 512 с.

38. Marr, D. Theory of edge detection Text./ D. Marr, E. Hiloreth. // in Proc. Royal Sosiety of London. 1980. - Vol. 207. - P. 187 - 217.

39. Тевс, С.С. Определение ориентации объекта при помощи нечеткого анализа его внешнего контура Текст. / С.С.Тевс, Е.В. Титов //

40. Сборник материалов VI российской научно-технической конференции «Материалы и упрочняющие технологии». Курск. - 1998. - С. 235-236.

41. Yeon, С. Positioning three dimensional objects using stereo images Text. / Yeon C., Aggarwal J. // IEEE J. robotics and automation. 1987. - Vol. RA-3, № 6. - P. 361-373.

42. Апенко, М.И. Прикладная оптика Текст. / Апенко М.И., Дубовик А.С. М.: Издательство «Наука», Главная редакция физико-математической литературы. - 1971. - 392 с.

43. Тевс, С.С. Многопроцессорное автокалибрующееся устройство распознавания объектов Текст. / Тевс С.С., Титов B.C., Труфанов М.И. // Известия вузов. Приборостроение. 2005г. -№2. - С. 8 - 14.

44. Ellis, R.E. Locating and acquiring on object in a robot workspace using multiple stereo images Text./ R.E. Ellis // SPIE Intelligent robots and computer vision. 1985. - Vol. 579. - P. 464 - 473.

45. Дегтярев, С.В. Метод адаптивной калибровки бинокулярной оптико-электронной системы на основе нечеткой логики Текст. / С.В.Дегтярев, М.И. Труфанов // Сборник трудов конференции «Телевидение 2002», С-Пб. - 2002. - С. 68-69.

46. Труфанов, М.И. Метод калибровки трехмерной системы технического зрения на основе нечеткой логики Текст. / М.И. Труфанов // Сборник материалов 5-ой МНТК «медико-экологические информационные технологии». Курск. - 2002. - С. 85 - 87.

47. Тевс, С.С. Система технического зрения на основе нечеткой логики Текст./ С.С. Тевс, B.C. Титов // Деп. ВИНИТИ 25.03.98 № 879 В58 КГТУ. Курск. - 1998.

48. Тевс, С.С. Нормализация входных объектов на основе нечеткой логики / С.С. Тевс, B.C. Титов // Сборник материалов второй международной научно-технической конференции «Медико-экологические информационные технологии». Курск. - 1999. - С. 157-158.

49. Ширабакина, Т. А. Нечеткая математическая модель автофокусирующейся системы обработки изображений Текст. / Т.А. Ширабакина, М.И. Труфанов // Известия вузов. Приборостроение. 2003. -Т.46, №11. - С. 12-16.

50. Дегтярев, С.В. Методы цифровой обработки изображений Текст.: учебное пособие Ч.З. Гриф УМО / С.В. Дегтярев, А.А. Орлов, С.С. Садыков, И.И. Сальников, B.C. Титов,.М.И. Труфанов, Т.А. Ширабакина. -Курск: Курск, гос. тех. ун-т., 2004. 216 с.

51. Бегунов, Б.Н. Теория оптических систем. Учебник для вузов Текст. / Б.Н.Бегунов, Н.П.Заказнов, С.И.Кирюшин, В.И.Кузичев; 2-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. - 1981. - 158 с.

52. Chen, S.Y. Robot location using surface patches of curved objects Text. / S.Y. Chen, W.H. Tsai // International Journal of Robotics and Automation. 1989. - Vol. 4, № 3. - P. 123-133.

53. Reeves, W. Dynamic shape measurement system for laser materials processing Text. / A. Moore, D. Hand, J. Jones // Optical Engineering. 2003. -Vol. 42, № 10. - P. 2923 - 2929.

54. Fung, G. Camera calibration from road lane markings Text. / G. Fung, N. Yung, G. Pang // Optical Engineering. 2003. - Vol. 42, №. 10. - P. 2967-2977.

55. Wei, Z. Calibration approach for structured-light-stripe vision sensor based on the invariance of double cross-ratio Text. / Z. Wei, G. Zhang, Y. Xu // Optical Engineering. 2003. - Vol. 42, № 10. - P. 2957 - 2965.

56. Титов, B.C. Метод автоматической калибровки радиальной дисторсии линз системы технического зрения Текст. / B.C. Титов, М.И. Труфанов // Датчики и системы. 2004. - №6. - С.63-65.w 143

57. Ягодицкий, М.Я. Справочник по высшей математике Текст. / Ягодицкий М.Я. М.: Наука. - 1965. - 872 с.

58. Liu, Y. Essential representation and calibration of rigid body•Фtransformations Text. / Y. Liu, M. Rodrigues //Machine Graphics and Vision. -2000. Vol. 9, № 1/2. - P. 123 - 138.

59. Титов, B.C. Метод автоматической калибровки бинокулярной оптико-электронной системы Текст. / B.C. Титов, М.И. Труфанов // Датчики и системы. 2003. - №8. - С. 10-12.

60. Труфанов, М.И. Метод трехмерной калибровки оптико-электронной системы Текст. / М.И. Труфанов // Сборник материалов 5 международной конференции «Распознавание 2001» Курск, 2001. - С. 125127.

61. Wang, Y.F. Inegration of active and passive sensing techniques for • representing three-dimensional objects Text. / Y.F.Wang, J.K. Aggarwal // IEEEtransactions on robotics and automation. 1984. - Vol. 5, №. 4. - P. 460 — 470.

62. Wang, C. Extrinsie calibration of a vision sensor mounted on a robot Text. / C.Wang // IEEE Trans. Rob. and Auttom. 1992. - № 2. - P. 161 - 175.

63. Труфанов, М.И. Калибровка установочного положения датчиков бинокулярного оптико-электронного устройства Текст. / М.И. Труфанов // Сборник материалов МНТК «Медико-экологические информационные технологии». Курск. - 2005. - С. 91 - 92.

64. Юдин, М.Ф. Основные термины в области метрологии Текст.: Словарь-справочник / Юдин М.Ф., Селиванов М.Н., О.Ф. Тищенко, А.И. Скороходов; Под ред. Ю.В. Тарбеева. М.: Издательство стандартов. - 1989. - 113 с.

65. Пискунов, Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления Текст. / Н.С. Пискунов / Для втузов. Т. 2. - М.: Наука. - 1970. - 576 с.

66. Козлов, Ю.М. Адаптация и обучение в робототехнике Текст. / Козлов Ю.М. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. - 1990. - 248 с.

67. Растригин, JI.A. Адаптация сложных систем Текст. / Растригин JI.A. Рига: Зинатне. - 1981. - 375с.

68. Техническое зрение роботов Текст. / Под ред. А.Пью; Пер. с англ. Д.Ф.Миронова; Под ред. Г.П.Катыса. М.: Машиностроение. - 1987. -320с.

69. Bas, Е.К. An easy to install camera calibration for traffic monitoring Text. / E.K.Bas, J.D.Crisman // In Proc. IEEE Conf. on Intelligent Transportation Systems. 1997. - P. 362-366.

70. Тевс, С.С. Нечеткая логико-лингвистическая модель распознавания в оптико-электронных системах Текст. /С.С. Тевс // Сборник материалов второй МНТК «Медико-экологические информационные технологии». Курск. - 2000, - С. 156-157.

71. Тевс, С.С. Метод калибровки оптического датчика Текст. / С.С.Тевс, Т.А.Ширабакина, М.И. Труфанов // Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления. Сборник материалов

72. XIII научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов. Под ред. проф. В. Азарова. М.: МГИЭМ. - 2001. - С.68-69.

73. Труфанов, М.И. Способы калибровки систем технического зрения Текст. / Труфанов М.И. // Сборник тезисов докладов межрегиональной научно-практической конференции «Интеллектуальные и информационные системы». Тула: ТулГУ. - 2004. - С.60-61.

74. Брагин, В.Б. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы Текст. / В.Б. Брагин, Ю.Г. Войлов, Ю.Д. Жаботинский и др.; Под общ. ред. Е.П. Попова, В.В. Клюева. — М.: Машиностроение. 1985. - 256 с.

75. Титов, B.C. Оптико-электронная система распознавания и нормализации объектов Текст. / В.С.Титов, С.С. Тевс // Датчики и системы. -2000.-№3.-С. 30-32.

76. Жаботинский, Ю.Д. Адаптивные промышленные роботы и их применение в микроэлектронике Текст. / Жаботинский Ю.Д., Исаев Ю.В. — М.: Радио и связь. 1985. - 104 с.

77. Кнышев, Д. А. ПЛИС фирмы "Xilin" юписание структуры основных семейств Текст. : Справочник / Д.А.Кнышев, М.О.Кузелин. -М.:ДОДЭКА-ХХ1. 2001. - 238с.

78. Талов, И.Л. МикроЭВМ: Семейство ЭВМ «Электроника-60» Текст. / Под ред. Л.Н. Преснухина. Кн. 1. / И.Л. Талов, А.Н. Соловьев, В.Д. Борисенков. М.: Высшая школа. - 1988. - 172 с.

79. Фрунзе, А. Однокристальные микроЭВМ / Фрунзе А., Хоркин С. // Радио. 1994. - №№1-12.

80. Титов, B.C. Технико-экономический анализ разработки средств визуального контроля Текст.: Учебное пособие/ B.C. Титов, В.И. Сырямкин, Т.А. Ширабакина; Курск.гос.техн.ун-т. Курск. 1995. - ISBN 5-230-06844-2. -98с.

81. Методика применения экспертных методов для оценки качества продукции Текст./М.: Стандарт. 1975. — 31 с.

82. Лебедев, О.Н. Применение микросхем памяти в электронных устройствах Текст.: Справ, пособие / О.Н. Лебедев- М.: Радио и связь. -1994.-216 с.

83. Разработка устройств сопряжения для персонального компьютера типа IBM PC Текст. / Под редакцией Ю.В. Новикова. Практ. пособие -М.:ЭКОМ. 1997. - 224 с.

84. Быстрое, Ю.А. Электронные приборы для отображения информации Текст. / Ю.А. Быстров, Н.И.Литвак, Г.М. Персианов. — М.: Радио и связь. 1985.

85. Быстров, Ю.А. Сто схем с индикаторами Текст. / Ю.А.Быстров,

86. A.П.Гапунов, Г.М. Персианов / Массовая радиобиблиотека. Вып. 1134. — М.: Радио и связь. 1990. - С. 112.

87. Труфанов, М.И. Метод калибровки оптико-электронной системы Текст. / Т.А. Ширабакина, М.И. Труфанов // Компьютерные технологии обработки и анализа данных. МПО Кибернетика АН РУЗ. — Ташкент, 2000. -С. 38-42.

88. Труфанов, М.И. Калибровка оптического датчика Текст. / М.И. Труфанов // «Новые информационные технологии»: тезисы докладов IX международной студенческой школы-семинара. — М.:МГИЭМ. 2001. - С. 60-61.

89. Титов, B.C. Алгоритм калибровки видеокамеры Текст. /

90. B.С.Титов, М.И. Труфанов // Сборник материалов 3-ей МНТК «Медико-экологические информационные технологии». Курск. - 2000. - С. 147-148.

91. Лазаренко, В.А. Прогнозирование тромбоэмболических осложнений при травме Текст.: Монография / В.А. Лазаренко, В.Н. Мишустин, B.C. Титов, М.И. Труфанов. Курск: КГМУ, 2004. - 148 е.: ил.

92. Нормируемые метрологические характеристики средств измерений Текст.: ГОСТ 8.009-84. Введ. 2002-11-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985.-31 с.

93. Яблонский, С.В. Введение в дискретную математику Текст. / Яблонский С.В. М.: Наука. - 1979. - 272с.

94. Пат. № 2199150 РФ, МКИ G06K9/32. Устройство калибровки оптико-электронной системы Текст./ С.В. Дегтярев, B.C. Титов, М.И. Труфанов. №2001103097/09; заявлено 02.02.2001; опубл. 20.02.2003, Бюл. №5.-6с.

95. Труфанов, М.И. Устройство калибровки видеокамеры с использованием оптических излучателей Текст. / М.И. Труфанов // Сборник материалов 4-ей МНТК «Медико-экологические информационные технологии». Курск. - 2001. - С. 232-233.

96. Мирошниченко, С.Ю. Объектно-ориентированная модель универсальной программной системы обработки изображений Текст. / С.Ю. Мирошниченко, М.И. Труфанов // Известия курского государственного технического университета. 2004. - №2(13). - С. 106-108.

97. Тихомиров, Ю. Программирование трехмерной графики Текст. / Тихомиров Ю. СПб.: BHV. - 1998. - 256 с.

98. Wang, L.L. Camera calibration by vanishing lines for 3-D computer vision Text. / L.L. Wang, W.H.Tsai // IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell.-1991. №13(4). - P. 370-376.