автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Двухуровневая система стабилизации изображения для мобильных роботизированных комплексов

На правах рукописи

Дикарев Александр Васильевич

ДВУХУРОВНЕВАЯ СИСТЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЯ ДЛЯ МОБИЛЬНЫХ РОБОТИЗИРОВАННЫХ КОМПЛЕКСОВ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации

(промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 МАЙ 2014

Волгоград — 2014

005548569

Работа выполнена в ОАО «НИИ Гидросвязи «ШТИЛЬ» г. Волгоград

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Сазыкин Юрий Михайлович.

Официальные оппоненты: Шевчук Валерий Петрович,

доктор технических наук, профессор, филиал Национального исследовательского университета «Московский энергетический институт (ТУ)» в г. Волжском, главный научный сотрудник;

Кудряшов Павел Павлович

кандидат технических наук,

ООО "АЙТИНЕНТ", г. Волгоград, директор.

Ведущая организация

Саратовский государственный технический университет, г. Саратов.

Защита состоится « 10 » июня 2014 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.028.04, созданного на базе Волгоградского государственного технического университета по адресу: 400005 г. Волгоград, проспект Ленина 28, а-209.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.

Автореферат разослан апреля 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Водопьянов Валентин Иванович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На сегодняшний день широкое применение находят системы видеонаблюдения, располагающиеся на подвижном основании. К подобным можно отнести различные электронные прицелы, системы целеуказания, видеосистемы кругового обзора, устанавливаемые на специализированной автомобильной, подводной, надводной и воздушной технике, различные системы контроля автоматизированных технологических операций и пр.

В задачах видеонаблюдения и контроля программные средства позволяют в автоматическом режиме оценивать ситуацию и выдавать предупреждения оператору обо всех контролируемых ситуациях. В робототехнических задачах возможно создание образцов с весьма сложным поведением, вплоть до стыковки космических аппаратов или подводных аппаратов. Существует стойкая тенденция к уменьшению непосредственного участия человека в принятии решений, основанных на данных подобных систем. Все большее распространение получают так называемые системы технического зрения (СТЗ), в частности СТЗ мобильных роботизированных комплексов (МРК).

Но, несмотря на прогресс, количество нерешенных задач намного превышает количество решенных. Так, например, подавляющее большинство интеллектуальных СТЗ используют стационарные камеры, алгоритмы сжатия изображения дают значительное снижение качества видео, системы автоматического управления до сих пор не достигли такого уровня, при котором они могли бы полностью заменить оператора, а уровень обработки изображения человеческим глазом до сих пор остается недосягаемым для современных СТЗ.

В случаях, когда СТЗ работает на подвижном основании, такая ситуация является типичной для МРК, для корректной работы интеллектуальных систем управления, использующих информацию СТЗ необходима стабилизация изображения. Она целесообразна как для улучшения восприятия изображения оператором, так и в качестве предварительного шага для большей части алгоритмов компьютерного зрения, рассчитанных на работу со стационарным кадром.

Таким образом, можно констатировать, что успешное решение задач стабилизации изображения является необходимым условием создания и совершенствования современных СТЗ.

Целью диссертационной работы является определение и классификация негативных явлений, возникающих при работе СТЗ на подвижном основании, разработка эффективных методов их детектирования и устранения, и проектирование архитектуры системы стабилизации изображения с высоким уровнем абстрагирования от конкретных условий её применения.

з

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Обзор и оценка достоинств и недостатков существующих методов стабилизации изображения;

2. Оценка условий работы СТЗ МРК в плане возмущающих воздействий среды;

3. Разработка архитектуры системы стабилизации изображения;

4. Создание и разработка алгоритмов реального времени оценки геометрических искажений кадров видеопоследовательности, применительно к задачам стабилизации;

5. Создание и разработка аппаратной части системы стабилизации изображения;

6. Создание и испытание экспериментального прототипа программно-аппаратного комплекса системы стабилизации изображения.

Методы исследования. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе используются методы теории вероятностей, теории случайных процессов, вычислительной математики, цифровой обработки сигналов, цифровой обработки изображений, а так же методы математического моделирования и физического эксперимента.

На защиту выносятся следующие новые научные результаты:

1. Корреляционный алгоритм определения межкадрового смещения;

2. Адаптивный фильтр, реализующий насыщение функции невязки при определении геометрических искажений кадров для устранения ложных срабатываний алгоритма определения межкадрового смещения на меняющемся фоне;

3. Алгоритм определения межкадровых смещений с использованием данных об ускорении, действующем в плоскости фотосенсора видеокамеры;

4. Архитектура системы стабилизации изображения.

Научная новизна:

Задача устранения ложных срабатываний алгоритмов определения межкадровых искажений в условиях меняющегося фона решена с использованием данных об ускорении, действующем на фотосенсор, при рассмотрении изображения, как колеблющейся массы. На основе рекурсивных фильтров разработан новый алгоритм адаптивной фильтрации определяемых межкадровых смещений, позволивший достичь результатов, сравнимых с аналогами, при значительном снижении объема вычислений.

Практическая ценность и реализация результатов. Результаты работы были использованы в ОАО «НИИ Гидросвязи «ШТИЛЬ» в рамках НИР «Перспектива-2011», ОКР «Позиционер», ОКР «Пичуга», ОКР «Вуокса».

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на:

• IV Международная научно-практическая конференция «Современное состояние естественных и технических наук» (2011г. Москва);

• V научно-практическая конференция «Гидроакустическая связь и гидроакустические средства аварийно-спасательного назначения» (2011г. Волгоград);

• Международная научно-техническая конференция «Экспертиза и оценка риска техногенных систем-2011» (2011г. Череповец);

• II Молодежная конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2011 (2011г. Санкт-Петербург);

• VII Всероссийская научно-практическая конференция «Перспективные системы и задачи управления» (2012г. п. Домбай);

• XI Всероссийская конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» (2012г. Санкт-Петербург);

• I международная конференция и выставка «Подводная акустика» (Underwater acoustics I international conference and exhibition, UAC-2013, Corfu Island, Greece); (2013г., о. Корфу, Греция).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 83 наименований. Работа изложена на 136 страницах, содержит 38 рисунков и 2 таблицы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ В первой главе рассматриваются существующие подходы к решению задачи стабилизации изображения и разрабатывается классификация (рис.1) СТЗ, работающих на подвижном основании, к которым относятся МРК.

Рисунок 1 - Классификация СТЗ, работающих на подвижном основании

По результатам анализа существующих методов стабилизации изображения делается ряд заключений:

- системы с пассивной стабилизацией не являются достаточно эффективными, не отвечают современным требованиям к СТЗ МРК, могут иметь весьма ограниченное применение и в дальнейшем исключаются из рассмотрения;

- наиболее эффективными, с точки зрения качества стабилизации изображения, вероятности ложного срабатывания и диапазона возмущающих воздействий являются методы на основе гирооптической стабилизации и стабилизации изображения путем расположения оптического прибора на гиростабилизированной платформе;

- применение гирооптической стабилизации и расположение СТЗ на гиростабилизированной платформе (стабилизация оптического прибора) возможно далеко не во всех случаях и такой подход не может претендовать на универсальность в виду относительно высокой стоимости таких систем, неудовлетворительных массогабаритных показателей и требований по электропитаниию;

- методы стабилизации линии визирования являются достаточно эффективными только з узком диапазоне возможных возмущающих

б

воздействий (например, для устранения дрожания при съемке с рук) и требуют применения дополнительных элементов;

- наиболее универсальными, в плане диапазона возможных применений являются методы цифровой стабилизации изображения, не требующие никакого дополнительного оборудования кроме фотосенсора. Однако, такие методы не являются статистически устойчивыми и подвержены ложным срабатываниям при большой площади на кадре, занимаемой меняющемся фоном.

Таким образом, можно констатировать, что построение эффективной системы стабилизации может быть выполнено двумя путями: первый подразумевает создание более эффективных промежуточных механизмов стабилизации, что в свою очередь является оправданным в целом ряде случаев, например, когда все системы комплекса проектируются в жесткой привязки друг к другу и могут быть заранее известны характеристики шасси, массогабаритные показатели и требования по электропитанию. Второй подход состоит в максимальной универсализации системы и применении методов цифровой стабилизации изображения, с обязательным решением проблемы статистической неустойчивости данных методов.

В этой же главе рассматриваются возможные негативные явления, возникающие при работе СТЗ на подвижном основании: «смаз», причиной которого является такое движение фотосенсора, что за время экспонирования кадра световые потоки предназначенные для смежных ячеек (пикселей) попадают в соседние ячейки.

Вторая существенная проблема - непрограммируемая быстрая смена сцены, и как следствие, недостоверность оценки окружающей МРК сцены системами распознавания, целеуказания и др.

Обстоятельства, вызывающие данную проблему можно разделить на две категории: возникновение межкадрового смещения в видеопотоке, вследствие колебаний СТЗ, когда кадр от кадра неподвижные элементы сцены перемещаются по изображению на величины порядка 5-40% размера фотоматрицы в пикселях. И, собственно, быстрая смена сцены, возникающая при движении МРК по элементам ландшафта, вследствие чего возникают такие угловые отклонения МРК от траектории движения, что визируемые объекты полностью или частично покидают сцену, воспринимаемую СТЗ.

Для дальнейшего рассмотрения выбирается схема наземного МРК, как работающего в наиболее неблагоприятных, с точки зрения СТЗ условиях по отношению к МРК водного, подводного и надводного базирования.

Во второй главе уделяется внимание механическим колебаниям МРК, возникающим при взаимодействии с дорожным покрытием.

Поскольку в данной работе стоит лишь задача определения максимальных угловых и линейных скоростей движения линии визирования, Поэтому, применяется принцип раздельного движения для описания МНРК, считая, что вся энергия воздействия дороги попеременно расходуется на

приведение в движение платформы по вертикальной и двум угловым координатам.

При движении колесной машины по дорожному профилю с микронеровностями и шероховатостями имеют место следующие виды колебаний:

- вертикальные, вдоль оси Ъ,

- продольно-угловые,

- поперечно-угловые.

В данной главе рассматривается характеристики дорожного покрытия, приводятся структурные схемы возникновения поперечных линейных, продольно-угловых и поперечных угловых колебаний СТЗ в случае многоопорного наземного МРК.

Проводится анализ воздействия различных элементов профиля дороги по типу возмущающего воздействия: так, шероховатость дорожного профиля, как правило, приводит к «смазу», а преодоление микропрофиля приводит к возникновению межкадорового смещения.

В третьей главе дается оценка влияния колебаний МРК на характеристики СТЗ, приводится математическая модель СТЗ МРК.

СТЗ рассматривается как ряд оптических фильтров и приводится функциональная схема фильтрации изображения в СТЗ (рисунок 2).

Источник света Ф (х,у,г)] Сцена

Среда распространения

Ф' (х,у,г)

И

Объектив

I__

Механика з (У.гд), ФПЗС и (1)( Усилитель J

МНРК

г»

0 (V V (1)

Л

Рисунок 2 - функциональная схема фильтрации изображения в СТЗ

МРК

Рассматривается формирование проекции точки при наблюдении сцены для формирования условий отсутствия смаза изображения и межкадровых смещений.

Рисунок 3 - Формирование проекции точки <* при наблюдении сцены

Отсутствие смаза изображения определяется условием отсутствия перемещения фотоматрицы в плоскости YO'Z (см. рисунок 3) в момент экспонирования кадра на такие uzчто соответствующие смещения изображения точки f в плоскости YO'Z будут больше некоторого порога AzyMax, зависящего от апертуры элементарной ячейки фотоматрицы. Фактически, данное условие определяет максимально возможные перемещения фотоматрицы, не вызывающие «смаза» изображения, при заданных апертуре пикселя фотоматрицы ß, и времени, за которое происходит экспонирование отдельного кадра. В соответствие с теоремой Котельникова, для обеспечения отсутствия «смаза» изображения достаточно задать такое время экспонирования кадра tK, что перемещения изображения на фотоматрице, вследствие колебаний в плоскости YO'Z, частотами до 1/2 tK удовлетворяли бы условию

ЬуЕ,2£< ßK. (1)

где ß - апертура элементарной квадратной ячейки фотоматрицы размером ßxß , kc - коэффициент, определяющий возможность программной компенсации смаза изображения, без применения сложных и нестабильных алгоритмов, принимается в диапазоне от 0,5 до 2-^3. Небольшой смаз изображения может быть эффективно устранен простыми алгоритмами на основе, например, свертки изображения лапласианом. Основываясь на расчетах ускорений, действующих на транспортное средство для диапазона частот от 0 до 22,4 Гц, применение фотоматриц с частотами считывания кадров более 40 fps фактически гарантирует отсутствие «смаза» изображения.

Таким образом, основной проблемой, не поддающейся устранению простым изменением конструктивных параметров СТЗ, является возникновение межкадрового смещения, а так же плавный увод визируемых объектов из поля зрения СТЗ.

Четвертая глава посвящена анализу условий наблюдения точки при различных видах колебаний и определяются ключевые зависимости, связывающие колебания СТЗ с перемещением изображения по фотоматрице.

Определяются зависимости перемещения проекции точки по матрице от перемещений матрицы, вследствие движений СТЗ.

Делается заключение о том, что маневрирование МРК по азимуту являются программируемым и поэтому далее не учитывается.

Так, при линейных вертикальных колебаниях, если наблюдаемая точка £ находится на расстоянии Х( м от входного зрачка объектива. Если платформа с СТЗ совершает вертикальные колебания амплитудой Zomax. то проекция точки на плоскость YO'Z совершает колебания с амплитудой

. 2ОтахГ

х4 (2)

При этом изображение проходит количество ячеек, определяемое зависимостью

_ Ртах/'

п*> - —ЩГ' {)

Аналогично, при угловых продольных и поперечных колебаниях соответственно:

пг-з = —-■ (4)

Утах(Хрк$ ~ Ю

п2у=--р-• (5)

А так же, при продольном движении МРК, динамическая апертура на краях кадра (где скорость перемещения проекции максимальна) составит:

_ хфх (ЛУ - 1) Р*г ~ ^ ;

хфх{Щ - 1) (6)

^ '

Очевидно, что при данных параметрах СТЗ различные по амплитуде и частоте колебания будут по-разному влиять на видеопоток, продуцируемый СТЗ. Так, например, колебания, приводящие к перемещению проекции наблюдаемой при данных условиях точки за время накопления заряда (экспонирования кадра) на величину превышающую размер одной элементарной ячейки фотоматрицы приводят к возникновению смаза изображения. Колебания с такими характеристиками, при которых за время экспонирования кадра проекция изображения перемещается более чем на 1-3 размера элементарной ячейки фотоматрицы, приводят к межкадровому смещению. Колебания, приводящие к такому постепенному смещению изображения от кадра к кадру, которое превышает компенсируемое межкадровое смещение, обычно являются следствием воздействия на МРК больших неровностей дорожного полотна, размерами сопоставимых с радиусом колес. При этом возникают значительные угловые смещения линии визирования СТЗ.

Пятая глава посвящена проектированию системы стабилизации изображения и её экспериментальной проверке. По результатам главы 4 формируется условие отсутствия смаза:

г

-/'—^ Vтах, Хс

(7)

Где Ртах — /?/- предельная скорость перемещения проекции, при которой ещё не происходит смаза изображения; /? - рамер элементарной ячейки матрицы; х - время экспонирования одного кадра; /' - фокусное расстояние объектива камеры; Ыуи N2- разрешение матрицы по горизонтали и вертикали соответственно; П - круговые частоты колебаний по соответствующей координате; дтах, утах, 20тах - амплитуды колебаний по соответствующей координате.

Далее, по результатам расчетов для конкретной модели фотоматрицы формируются технические требования к системе стабилизации, и делается вывод о необходимости деления системы на подсистемы программной коррекции смаза и межкадровых смещений и аппаратного блока компенсации угловых отклонений, которые могут применяться как вместе, так и по отдельности.

В общем случае задача определения относительного смещения двух последовательных кадров выглядит как

где Д2у - смещения последующего кадра относительно предыдущего для двух координат г и у, С (г, у) - корреляционная функция для искомых кадров. Для устранения влияния смаза на качество определения смещений и уменьшения объема вычислений анализ происходит по стратегии соагее^о-йпе, с применением пирамиды сжатых изобажений:

где - кадр, сжатый в к раз (имеющий в к раз меньший линейный размер, чем исходный), ЕС/) ■ некоторая функция сжатия.

При этом, стабилизация состоит в выборе части изображения на текущем кадре и перемещении его на величину, противоположную по знаку вычисленным смещениям по обеим осям.

Д2,у= агдтах{С{г,у)}

(8)

(9)

Разрешение неоднозначности, присущей подобным методам в условиях быстроменяющегося фона происходит при помощи введения в функцию смещений насыщения посредством комбинированных рекурсивных пороговых фильтров:

( а2-Дп-1 + Ь2-Дп,|2:д + Дп|<Дтвя, Лп= 1 ГДп. I Дя - Дп-11. ^ Дшах. (10)

Ця1 ■ Дп-1 + к • Дп, |Дп - Д„_!| > АтаХ1

где Дп- текущее вычисленное смещение для двух последовательных кадров, £д - суммарное смещение, Атах - порог насыщения смещения, Атах -максимальная скорость изменения смещения; значения коэффициентов фильтров а12 и Ь12 подбирались экспериментально и имеют значения: ах = 0,5; = 0,4; аг = 0,8; Ь2 = 0,2;

Как видно из (11), применяются два рекурсивных фильтра, один - для ограничения максимального суммарного смещения, другой - для ограничения межкадрового смещения двух последовательных кадров. В данной работе порог Атах принимается Щ /2 = 356/2 = 178 паке, и Л^ = 292 пике., порог Атах принимается Ыу • 0,02 = 8 пике, и ■ 0,1 = 29 пике. для горизонтальной и вертикальной осей соответственно.

Вертикальная ось

................1,.

! "ГП ..... Л

1 и...:................ -Л .....Тит ..................

\у 1

I

■го г

Рисунок 4 - Межкадровые смещения по результатам расчета (синий график) и по данным об ускорении, действующем в плоскости фотоматрицы (красный график)

При работе СТЗ МРК на сценах с активно меняющимся фоном имеет место проблема ложных срабатываний системы стабилизации, проиллюстрированная на рисунке 4. Данная проблема на сегодняшний день не имеет эффективного алгоритмического решения. В связи с этим, было предложено применение интегральных микроэлектромеханических (¡МЕМБ) акселерометров, для детектирования перемещения СТЗ МРК.

Если рассматривать процесс компенсации межкадрового смещения, то можно представить его как действие упругих элементов с нелинейными

характеристиками. При этом, поскольку смещения по горизонтальной и вертикальной осям независимы, искомые упругие элементы не взаимодействуют друг с другом. При этом, если рассматривать изображение как массу, то процесс компенсации межкадрового смещения можно свести к подрессориванию этой массы, а поскольку межкадровые смещения по обеим осям не связаны, то упругие элементы для каждой из осей не влияют друг на друга. При использовании данной модели совместно с фильтром (11), который в данном контексте представляет собой нелинейные характеристики упругих элементов, были получены наиболее адекватные результаты.

Рисунок 5 - Схема блока программной стабилизации межкадровых смещений

Обобщенная схема блока программной стабилизации межкадровых смещений приводится на рисунке 5, где Ф(1) - световой поток, образующий проекцию схемы на фотоматрице; £(х,у) - ¡-ый кадр входной последовательности; Г¡(х,у) - ¡-ый кадр выходной последовательности; он же Рц(х,у) - ¡-1 -ый кадр входной последовательности; АХ|, Ду(— межкадровые смещения; ах_у^) - проекции ускорения на оси фотоматрицы; с№/с11(х,у) -возмущающее воздействие по двум осям фотоматрицы.

Блок компенсации угловых отклонений работает по двум осям, в качестве силовых приводов используются шаговые двигатели, а инклиномером выступает ¡МЕМБ акселерометр АБК16209, с угловой точностью 0,1°. Абсолютные значения углов определяются из проекций силы тяжести на чувствительные оси акселерометра. При этом, также как и для программной стабилизации межкадровых смещений, применяется рекурсивная фильтрация, с изменением коэффициентов фильтра по мере приближения к нулевому положению по данной оси. Обобщенная схема блока аппаратной компенсации угловых отклонений представлена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Обобщенная схема блока аппаратной компенсации угловых отклонений

На схеме изображены: ёР/ё1(у,0) - внешнее возмущающее воздействие по продольной и поперечной осям; у^) и 9^) - угловые отклонения от горизонта в продольной и поперечной осях соответственно; и й2{\) -дисретная функция управления шаговым двигателем, принимающая значения: 1-прямой ход, 0 - остановка, -1 - реверс; Б|(Ч), -

управляющий сигнал, переключающий обмотки шагового двигателя.

Приводятся результаты экспериментальной проверки и сравнения с подобными алгоритмами. Эксперименты проводились как на модельных данных с различными типами изображений: одиночный колеблющийся объект, два отличающихся по размеру независимо колеблющихся объекта, реальное изображение, перемещаемое случайным образом и то же, но с добавлением эффекта перспективы. Помимо модельных данных система проверялась на реальных видеоданных, получаемых с камеры, установленной на движущемся по пересеченной местности автомобиле.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики алгоритмов стабилизации изображения

Наименование алгоритма CKO сдвига, пике. Макс. сдвиг, % Вероят -ность сбоя, % Один проход Кол-во кадров в секунду Ложное срабатывание на меняющемся фоне, %

Предложенный метод 1.4 20 10% Да 30 0

DynaPel SteadyHands DV 2.2.0.2 <2 -10 100% Да 14 30

DeShaker 1.6 0.08 28 0.3% Нет 6 35

Video Stabilizer 2.6.0.0 -3 3 100% Да 40 25

Как видно из таблицы, по точности алгоритмы достаточно близки, некоторые не могут быть применены в МРК ввиду невозможности однопроходной работ и/или низкой скорости обработки. Предлагаемый алгоритм, с учетом использования показаний акселерометра для исключения

ложных срабатываний единственный из представленных, в котором решена проблема ложных срабатываний в условиях быстроменяющегося фона.

Экспериментальная проверка также включала в себя натурные испытания. Схема эксперимента представлена на рисунке 7. Видеокамера закреплялась на капоте легкового автомобиля, при этом, в плоскости фотоматрицы устанавливался акселерометр АОХЬ2С)2, а в плоскости перпендикулярной плоскости фотоматрицы устанавливался инклинометр АВК16209. Данные с обоих сенсоров записывались синхронно с каждым кадром видеопоследовательности. Акселерометр обеспечивал показания по ускорению в плоскости фотоматрицы, для работы алгоритма стабилизации изображения, инклинометр обеспечивал данные по угловому отклонению стабилизируемой платформы от горизонтальной плоскости. Автомобиль двигался по дорогам с различным видом покрытий: изношенное асфальтовое, щебневое, грунтовое и пересеченная местность, в диапазоне скоростей 10 -40 км/ч.

При этом, компенсация углового отклонения при помощи приводов не реализовывалась, вместо этого работа данной системы была проверена отдельно, на стенде, где видеокамера крепилась в карданном подвесе оснащенным сервоприводами, так, что приводы могли обеспечивать поворот камеры вокруг её оптической оси, и её наклон в продольной плоскости.

Обсуждение результатов данных экспериментов приводиться в п. 5.2.1.1, п. 5.2.1.2, п. 5.2.1.3, и в п. 5.2.2. рукописи.

В заключении приводятся основные результаты и выводы диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана и исследована двухуровневая система стабилизации видеоизображения для СТЗ МРК. Архитектура системы подразумевает наличие двух независимых уровней стабилизации, для которых разработаны обобщенные схемы — алгоритмического, основанного на расчете преобразований кадров со значительным повышением робастности при применении данных об ускорении, действующем в плоскости фотоматрицы, и аппаратного, представляющего собой систему угловой стабилизации приводами с обратной связью по проекции силы тяжести; Предельная угловая скорость до 157сек, диапазон компенсируемых углов +/- 45°, с точностью до 0,1° в продольной оси и до 0,9° в поперечной оси (при дальностях наблюдения более 50 м);

2. Создан и успешно применен алгоритм определения и компенсации межкадровых смещений, обеспечивающий компенсацию угловых колебаний в продольной и поперечной плоскостях до 1,55°, с точностью до одного пикселя (0,1° на дальности 50 м); Данный алгоритм может быть применен для повышения эффективности использования гидроакустического канала связи при передачи видеоизображения, что позволит повысить автономность подводных МРК;

3. Разработана схема адаптивной фильтрации, позволившая решить проблему с быстро меняющимся фоном для алгоритмов определения межкадровых смещений;

4. Спроектирован и создан экспериментальный стенд для исследования и отработки алгоритмов и схемных решений для задач стабилизации видеоизображения;

5. Разработаны алгоритм адаптивной фильтрации показаний акселерометра и вычисляемых межкадровых смещений;

6. Созданная система может быть применена в мобильных роботизированных комплексах наземного, водного и подводного (обзор акватории, проведение аварийно-спасательных работ, а так же работ по определению взаимной ориентации подводных аппаратов и донных станций) базирования для обеспечения наблюдения во время движения комплекса, что позволит значительно повысить мобильность комплексов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Дикарев А. В. Применение микроэлектромеханических акселерометров в задачах стабилизации изображения // Известия ВолгГТУ : межвузовский сборник научных статей, №15 (102), 2012, с.49-52.

2. Дикарев А.В., Дмитриев С.М., Кубкин В.А., Куликов П.В., Литвиненко С.Л. Метод высокоскоростной передачи видеоизображения по гидроакустическому каналу с использованием амплитудной модуляции и ортогональных поднесущих [Электронный ресурс] // «Инженерный вестник дона», 2013, №1- режим доступа: ivdon.ru/magazine/archive/nly2013/1587 (доступ свободный) - Загл. с экрана. Яз. рус.

3. Дикарев К.В., Нищик А.В., Дикарев А.В, Гевлич С.О, Петрова В.Ф. Методика оценки изображений микроструктур феррито-перлитных сталей // Металообработка, №6(66)/2011г., с.25-28.

4. Aleksandr Dikarev, Stanislav Dmitriev, Vitaliy Kubkin, Pavel Kulikov, Sergey Litvinenko Acoustic communication and positioning system for divers // 1st Underwater Acoustics Conference and Exhibition. Proceedings., 2013., pp 1363-1367.

5. Дикарев А.В. Повышение эффективности использования гидроакустического канала связи при передаче видеосигнала // Материалы VII всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления». Таганрог.2012г., с. 99-104.

6. Дикарев А.В., Дмитриев С.М., Кубкин В.А., Куликов П.В., Литвиненко С.Л. Метод высокоскоростной передачи видеоизображения по гидроакустическому каналу // Материалы XI всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб. 2012г.

7. Дикарев А.В. Метод предупреждения ложных страбатываний алгоритмов компенсации межкадровых смещений в условиях меняющегося фона // Материалы IV международной научно-практической конференции «Современное состояние естественных и технических наук», с.61-65., Москва. 2011г.

8. Дикарев А.В. Повышение эффективности использования гидроакустического канала при передаче видеосигнала // Материалы 5-ой научно-практической конференции «Гидроакустическая связь и гидроакустические средства аварийно-спасательного назначения», ОАО «НИИ Гидросвязи «Штиль». Волгоград. 2011.

9. Куликов П.В., Дикарев А.В. Универсальный стек протоколов для реализации межзадачного интерфейса // Материалы 5-ой научно-практической конференции «Гидроакустическая связь и гидроакустические средства аварийно-спасательного назначения», ОАО «НИИ Гидросвязи «Штиль». Волгоград. 2011г.

Подписано в печать 10.04.2014 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 183.

Типография ИУНЛ Волгоградского государственного технического университета. 400005, г. Волгоград, просп. им. В.И. Ленина, 28, корп. №7.