автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Панорамные оптические информационные системы функционирующие в дисперсных средах

На правах рукописи

ГОРБУНОВА ОЛЬГА ЮРЬЕВНА

ПАНОРАМНЫЕ ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ДИСПЕРСНЫХ СРЕДАХ

Специальность: 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 6 июн 2011

Тула 2011

4850309

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский университет»

государственный

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент ЦУДИКОВ Михаил Борисович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор ИВАНОВ Юрий Владимирович

доктор технических наук, доцент ТУПИКОВ Николай Григорьевич

Ведущее предприятие:

ФГУП «НИИ Репрографии », г. Тула

Защита состоится « 30 »_июня_

диссертационного совета Д212.271.07

_2011г. в 10 часов на заседании

при ГОУ ВПО «Тульский

государственный университет» (300012, Тула, проспект им. Ленина, 92, 1117)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Тульский государственный университет»( 300600, Тула, проспект им. Ленина,92)

Автореферат разослан «

мая

2011г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Ф.А. Данилкин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Новое поколение робототехнических систем характеризуется повышенной мобильностью, активным взаимодействием с внешней средой, расширенными способностями приспособления к сложному, неопределенному и подвижному окружению.

Наибольший объем информации, как правило, содержится в видеосигнале, поэтому закономерно оснащение мобильных роботов системами технического зрения (СТЗ). В ряде случаев время пребывания робота в месте сбора информации ограничено, а ценность полученных изображений сцены весьма велика, вследствие чего возникает проблема автоматической видеосъемки окружающей среды.

Перспективным направлением развития систем видеомониторинга является совмещение в одной системе свойств автоматизации обнаружения несанкционированного проникновения на наблюдаемую территорию и панорамирования. В подобной системе целесообразно реализовать режим автоматического сканирования местности и обнаружения на сцене посторонних объектов, а по команде оператора осуществлять формирование полноценного панорамного изображения, на котором можно с большим разрешением рассматривать зону нарушения.

При наблюдении за объектами важна не только общая информация об объекте, но и фиксация изменений сцены, что имеет место при наблюдении за определенными событиями, природными явлениями или работой механизмов. Для решения подобных задач в последнее время стали применятся панорамные оптико-электронные устройства наблюдения (ПОЭУН), работающие в угловом поле 360° по азимуту и десятки градусов по углу места. В качестве ПОЭУН используются камеры с вращающимся объективом, с шарнирным мотором, цифровые сканирующие камеры, мультикамерные системы. Недостатками этих устройств являются ограниченные мобильность и автономность, наличие оператора, большие размеры, вычислительная сложность анализа изображений панорамы.

Панорама может быть сформирована в виде одного файла с использованием одного панорамного объектива, например типа «рыбий глаз», или сшиваться из отдельных кадров (файлов), полученных при последовательном сканировании сцены.

Использование ПОЭУН в СТЗ на местности ставит задачи обеспечения автономности, быстродействия, автоматизации принятия решения с учетом изменений окружающей среды.

Анализ панорамы возможен только после её получения с достаточным для конкретной задачи разрешением. На практике системы телевизионного типа зачастую не обеспечивают нужное разрешение или технически трудно реализуемы. Панорамы, сшитые из отдельных изображений, обладают большей информационной емкостью. Для анализа панорамы необходимо

получить отдельные её элементы приемлемого качества. На характеристики формируемого изображения наибольшее влияние оказывают погрешности, даваемые средой распространения оптического сигнала, объективом и фотоприёмным устройством.

В настоящее время рядом фирм разработано программное обеспечение для совмещения цифровых снимков в панорамное изображение, недостатками которых является наличие оператора, большая вычислительная мощность и низкое быстродействие.

Объектом исследования диссертационной работы являются физико -механические процессы формирования цилиндрических панорам в оптически неоднородных средах с использованием ПОЭУН.

Предметом исследования диссертационной работы являются параметры оптико - электронных устройств, влияющие на качество изображения, с учётом дисперсности оптической среды при формировании панорамы.

Вопросами проектирования оптических и оптико-электронных устройств наблюдения занимались отечественные и зарубежные ученые Р. Гонсалес, Г.Н. Грязин, Р. Вудс, Г.П. Катыс, Н.В. Кравцов, М.М. Мирошников, А. Папулис, B.JI. Поляченко, У Прэтг, В.М. Смелков, B.C. Титов, JI.E. Чирков, Л.П. Ярославский и др. В известных трудах по объекту исследования разработаны методы математического моделирования оптико-элекгронных устройств. Общая теория распространения излучения видимого диапазона в неоднородных средах отражена в работах В.Е. Зуева, А. Исимару, Н. Н. Красильникова, Г.В. Ван - де - Хюлст Г . и др. В них решается задача оценки границ применимости методов исследования процессов распространения и рассеяния оптического излучения при различных метеорологических условиях.

В диссертационной работе предлагается общий подход к формированию панорамного изображения на основе электронно - оптического устройства кругового сканирования с фотоэлектронным преобразователем (ФЭП) типа КМОП (комплементарный металл-оксид - полупроводник), который опирается на аналитические методы математического моделирования оптической среды с учетом рассеяния света в неоднородной среде. Математическое описание формирования панорамного изображения разработано с применением геометрической, проекционной и атмосферной оптики, теории рассеяния света малыми частицами.

Цель диссертаиионной работы состоит в повышении качества панорамного видеонаблюдения оптических информационных систем за счет учёта рассеяния света в неоднородной среде.

Реализация поставленной пели включает решение следующих задач.

1. Разработка и анализ общей структуры системы технического зрения.

2. Исследование эффектов распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

3. Анализ зависимостей фактора эффективного рассеяния от размера частиц атмосферных аэрозолей для монохроматических длин волн оптического диапазона,

4. Анализ влияния внешней среды на качество изображения.

5. Разработка методики сшивания панорамного изображения и реализация метода сшивания изображений в панораму с использованием программно-математического комплекса.

6. Разработка устройства для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения.

7. Разработка методики обработки изображения с учётом влияния искажений, вносимых средой распространения оптического сигнала при различных погодных условиях.

Научная новизна диссертации заключается в следующем:

1. На основании моделей распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах проведен анализ зависимостей фактора эффективного рассеяния от размера частиц атмосферных аэрозолей для монохроматических длин волн оптического диапазона.

2. Установлена зависимость качества (контраста) изображения от параметров атмосферных аэрозолей.

3. Разработана методика сшивания панорамного изображения, которая реализована с использованием программно-вычислительного комплекса.

4. Разработана методика обработки панорамных изображений, полученных устройством для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения при различных типах аэрозолей.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные методики формирования и сшивки изображения при проектировании устройства кругового сканирования позволяют производить сканирование пространства при обеспечении неподвижности матричного ФЭП и применять его в качестве средства наблюдения местности.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей ПОЭУН, оптических систем и матричного ФЭП, экспериментальными исследованиями панорамного изображения, а также внедрением результатов на предприятии и получением Патента на полезную модель №88822 «Устройство для кругового сканирования».

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Модель и общие зависимости распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

2. Зависимость качества изображения от параметров атмосферных аэрозолей.

3. Методика сшивания панорамного изображения и реализация методики сшивки изображений в панораму с использованием программно-

вычислительного комплекса с учетом ослабления интенсивности излучения на неоднородностях внешней среды.

4. Методика обработки панорамных изображений, полученных устройством для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения при различных типах аэрозолей.

5. Программно - вычислительный комплекс для получения цилиндрической панорамы при различных погодных условиях.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения совместных работ с ООО ТПП «Конус».

Результаты внедрены в учебный процесс на кафедре «Робототехника и автоматизация производства» Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» при преподавании следующих дисциплин: «Основы информационных устройств роботов», «Основы технического зрения и цифровой обработки изображений».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. Всероссийская научно-техническая конференция «Проблемы проектирования и производства систем и комплексов» ТулГУ. - Тула: ТулГУ, 2008.

2. XXVII Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: ТулГУ, 2009.

3. Всероссийская научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы» ТулГУ. - Тула: ТулГУ, 2009.

4. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ, 2009,2010 гг.

5. VI Международная (XVII Всероссийская) конференция по автоматизированному приводу АЭП-2010, Тула-ТулГУ, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано Патент на полезную модель №88822 и 21 статьи, включенных в список литературы, в том числе: 14 статей, представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций, 3 статьи, опубликованные в сборнике, рекомендованном ВАК РФ для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 143 страницах машинописного текста и включающих 58 рисунков и 13 таблиц, трех приложений на шести страницах и списка использованной литературы из 144 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении к диссертационной работе отражена актуальность темы, определены объект, предмет, методы и задачи исследования, дана общая характеристика работы, обозначены основные положения, выносимые на защиту, а также приведена аннотация разделов диссертации.

В первой главе проведен анализ проблем, возникающих при проектировании панорамных устройств; рассмотрены возможные варианты общих функциональных схем панорамного оптико-электронного устройства наблюдения; определены обобщенные признаки ПОЭУН, на основании которых сформирована обобщенная структура оптико-механического узла; проведен анализ параметров объектива и среды, влияющих на качество изображения; дана классификация аберраций объектива и критерии оценки его работы; проанализированы характеристики неоднородной среды; рассмотрены виды панорам получаемого изображения; завершается глава выбором оптико-механического узла устройства кругового сканирования.

Показано, что включение в структуру ПОЭУН ТВ-камеры простейшего блока управления сканированием резко повышает функциональные возможности процесса мониторинга за счет введения обратной связи по сигналу изображения. У системы появляются возможности по управлению диафрагмой объектива и величиной фокусного расстояния в случае использования объектива с трансфокатором. Аппаратура передачи данных от телекамеры на пульт управления должна иметь широкую полосу пропускания. Передача телеметрических данных может осуществляться путем наложения сигналов телеметрии на видеосигнал. Полоса пропускания для передачи кодов команд с пульта управления на телекамеру может быть существенно уже полосы пропускания видеоканала.

Отмечается, что для управления сканированием требуется ограниченное количество команд, функции блока управления телекамерой также ограничены. Это позволяет использовать как стандартные протоколы управления телекамерой (ЫТШ, РЕЬСО Э и др.), так и разрабатывать протоколы, адаптированные к условиям функционирования ПОЭУН. Реализация протоколов возможна как на аппаратуре с жесткой логикой (например, с использованием ПЛИС), так и на типовых микропроцессорных управляющих блоках, вплоть до однокристальных ЭВМ.

В работе показано, что включение в состав видеокамеры процессора, обрабатывающего видеосигнал в режиме реального времени, и реализующего протокол управления телекамерой позволяет обеспечить функциональную гибкость системы в целом.

Исследован ряд структурных схем системы, а также возможные структурные реализации основного узла, вырабатывающего сигнал, отличающиеся по степени сложности электронной, механической и оптической частей и общим алгоритмом функционирования.

В соответствии с общей структурой ПОЭУН, выделены следующие компоновочные схемы оптико-механический узел ОМУ:

• оптико-механический узел с оптическим компенсатором вращения изображения;

• оптико-механический узел с программной компенсацией поворота изображения;

• бескинематическая камера.

Структурная схема оптико- механического узла с оптическим компенсатором вращения изображения приведена на рисунке 1.

поворота изображения В состав оптико-механического узла с оптическим компенсатором поворота изображения входят следующие элементы: 1 - призма АР-90; 2 оправка призмы; 3 - объектив; 4 - механическая передача; 5 - подшипник; 6 -датчик положения; 7 - ТВ-камера; 8 - привод; 9 - блок управления; 11 -интерфейс с ЭВМ.

Учитывая постоянно возрастающие технические характеристики компонентов цифровых устройств (ёмкость памяти, быстродействие процессоров) и снижающуюся их стоимость, оптико-механический узел с программной компенсацией поворота изображения позволяет уменьшить массогабаритные характеристики устройства и упростить механический узел сканирования за счёт исключения подвижного оптического компенсатора вращения изображения и реализации его функций программными средствами.

Рассмотрена функциональная схема формирования модели изображения. Установлено, что основными факторами, влияющим на качество изображения, являются контраст и разрешающая способность объектива, наибольшее влияние на которую оказывает наличие диспергента в среде распространения светового потока.

В качестве фотоэлектронного преобразователя (ФЭП) в диссертации исследуется часто применяемые в СТЗ фоточувствительные элементы типа КМОП (комплементарный металл-оксид - полупроводник). Одним из преимуществ КМОП - матрицы является возможность размещения на базе чипа дополнительных блоков для обработки изображения, что позволяет

«захватить», преобразовать, обработать и очистить сигнал. Кроме

того КМОП-технологии отличает низкое энергопотребление.

Первая глава завершается выбором метода исследования и постановкой задачи на исследование.

Вторая глава посвящена разработке методов оценки рассеяния света для различных видов неоднородных сред; при этом проведен анализ моделей распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах; получены графические зависимости относительного размера частиц тумана, дымки, дождя от длины волны при наиболее вероятных размерах радиуса частиц; представлена оценка границ применимости методов исследования неоднородных сред, для различных моделей рассеяния; рассмотрены величины, определяющие оптические свойства неоднородных сред; исследованы процессы рассеяния света в неоднородной среде.

Показано, что оптические свойства исследуемой среды зависят от характера распространения оптических волн в случайно неоднородной среде. Так как атмосфера представляет собой механическую смесь из газов, паров, капель жидкости и твердых частиц, в ней всегда в переменном количестве присутствуют пыль, дым, кристаллики льда. Все типы атмосферных аэрозолей объединены в следующие основные классы: облака, туманы, дымки, морозь и осадки - дождь или снег.

Одной из причин ослабления излучения оптического диапазона является присутствие в атмосфере активных в оптическом отношении частиц (составляющих атмосферные аэрозоли), радиусом больше 0,1мкм. При этом определяющими факторами являются материал, концентрация и функция распределения частиц по размерам.

В диссертационной работе определены относительный размер частиц р и фактор эффективного рассеяния К„ в зависимости от длины волны с учетом наиболее вероятного радиуса частиц в тумане от 5мкм до бмкм, в дымке от 0,1 мкм до 1 мкм и при дожде от 600 мкм до 900 мкм. Для видимого диапазона коэффициент преломления воды принимается равным 1,33.

Индикатриса рассеяния частиц, учитывающая вероятность взаимодействия излучения с частицей и последующим рассеянием рассчитывается по формуле (1) и представлена на рисунке 2.

V £>sina )' w

где D-2m¡Л- параметра дифракции частицы, а- характерный размер частицы (для шаровой частицы радиус); Я - длина волны падающего излучения; а - угол рассеяния; Jx {D sin а) - функция Бесселя первого рода.

Д)

Рисунок 2. - Индикатрисы рассеяния для естественного света аэрозольных частиц с радиусами: а - 0,1 мкм; б - 0,5 мкм; в — 1 мкм; г - 5 мкм; д - для тумана с концентрацией 600 ч/см3. Из приведённых выше рисунков следует, что направленность индикатрисы тем острее, чем больше параметр дифракции, следовательно, с ростом размера частиц увеличивается доля дифракционного рассеяния при

взаимодействии излучения с частицей. Анализ, показывает, что с ростом концентрации частиц появляются вторичные максимумы, приводящие к появлению ложных контуров и размытию изображения.

Принимая, что частицы тумана и дымки сферические частицы правильной формы, а рассеянный свет имеет ту же длину волны, что и рассеиваемый, определяется нормированная интенсивность:

^ I aV,2(¿)sin«) " 10 г2 sin2 а ' W

где I - интенсивность света, прошедшего слой частиц; 10 - интенсивность падающего света; г - расстояние между частицами.

Для слоя равномерно распределённых частиц радиусом 5 мкм и счётной концентрацией 60, картина нормированного распределения интенсивности представлена на рисунках З(а-г). Максимальное значение нормированной интенсивности принимается на каждом графике за единицу (100 %).

Разность между максимальным и минимальным значением интенсивности определяет контраст для периодических изображений. При высоком контрасте изображения будут различимы мелкие детали. Если разность интенсивностей (освещённостей) мала для двух расположенных рядом точек, то они будут сливаться в одну.

Рисунок 3 - Нормированная интенсивность излучения: а - для длины волны 0,4 мкм; б - для длины волны 0,8 мкм; в - естественного излучения; г - с длиной волны до 0,65мкм

Анализ приведённых графиков показывает, что контраст будет выше для коротковолновой часта видимого спектра. Поэтому с целью повышения контраста необходимо удалить длинноволновую часть излучения (рисунок 3,г) при плохих условиях наблюдения. Так, например, рисунок 3,в соответствует изображению с низким контрастом (нечёткое изображение), а на рисунке 3,г с убранной длинноволновой частью спектра излучения контрастность увеличилась почти в 2 раза.

В работе отмечается, что для улучшения качества изображения при наблюдении объектов в условиях наличия атмосферной дымки или тумана целесообразно использовать для корректировки изображения программный фильтр для удаления длинноволновой части спектра оптического диапазона.

В третьей главе разработана модель формирования панорамного изображения; проведен анализ алгоритма попиксельного сравнения кадров получаемого изображения; проведена систематизация способов и рекомендаций по повышению качества панорам; применён корреляционный метод для сопоставления точечных особенностей изображения; реализован программный метод сшивки изображений в панораму с учетом коэффициентов ослабления интенсивности излучения на неоднородностях внешней среды.

Показано, что для обеспечения простоты совмещения снимков в панораму требуется определенное количество изображений. Необходимое количество картинок и степень перекрытия определяются полем зрения используемого объектива. Наиболее распространено наложение кадров на 30 процентов, а количество снимков от 2 до 30 (круговая панорама).

Программный поворот изображения осуществлялся следующим образом. Каждый квадрат сетки пикселей, лежащий между координатами х и х+А, разбивался на два треугольника диагоналями, ведущими, из левого нижнего в правый верхний пиксель (рисунок 4).

Рисунок 4 - Пересчет яркости пикселей

Левый нижний пиксель 1 имеет координаты (х , у+Д), правый верхний пиксель 3 имеет координаты (х+Д,у). Местоположение пикселей относительно треугольников определено следующими системами неравенств:

>х,¥а >у,Ха +¥а-х-у-Д<0

<*у,Х-х—у-А>0' (3)

Рассчитана яркость пикселя, лежащего внутри треугольника с координатами (х,,у,), (х2, у2), (хА у3):

=

"I У1 К У 2 Пг Уз %

Ух % 1 Уг % 1 Уз Ъ 1

7.

Ъ хг % х3

(4)

У,

Х2 У2 *з Уз 1

Координаты пикселя, лежащего в вершине прямого угла, приняты

равными (0,0). С учетом этого выражение для яркость пикселя а имеет вид:

. (ъ-ЧгК р*{У1-Уу)Уа.ц ПаЛ ------(5)

Общая вычислительная сложность алгоритма определяется объемом формируемого изображения.

(7)

Для совмещения отдельных снимков разработан алгоритм формирования панорамного изображения, который включает в себя следующие этапы.

1. Задается необходимое количество снимков & = 1...30для сшивки панорамы и поле перекрытия кадров до 30%.

2. Производится позиционирование оптико-механического узла. В начальном положении главная оптическая ось совмещена с осью Ох матрицы вдоль большей стороны кадра.

3. Присваивается индексу к значение к :=0 .

4. Сканирование сцены в пределах кадра. Запоминание кадра.

5. Присваивается индексу к значения к = к +1. Если к < к^, то 4.

6. Сканирование сцены в пределах кадра. Разворот кадра в соответствии с зависимостью:

'ХЛ ( cos к(р sin^Y Y) ^-sin^ cos к<р\у)'

где ф = 15° - угол поворота кадра в плоскости матрицы.

7. Пересчёт яркости пикселей.

8. Нормализация изображения.

8.1 Приведение к средней яркости.

Т]{х,у)=0,3% + 0,59т}а + 0,11т]в,

8.2 Повышение контрастности при помощи фильтра Лапласа.

9. Стыковка кадров изображения. Для нахождения особых точек i используется корреляционный метод. В результате сканирования пространства формируется факсимильная цифровая модель изображения (ФЦМИ), представляющая собой матрицу Н = (щ), где tj - яркость пикселя; х, у-координаты пикселя; 0 <х <Х-1; 0 <y<Y-l.

9.1 Присваивается параметру i значение г := 0 и величине оптимальной ошибки значение, равное Р' := /' := /.

9.2 Определяется текущее значение среднеквадратичной ошибки:

* У

где С - параметр контраста; H4t(x,y), H"ttl(x+Ax,y+&y) -центрированные переменные к и к+1 кадров соответственно.

9.3 Находится максимум коэффициента корреляции фрагмента кадра к с фрагментом к+1 кадра:

(В)

т]{&х,Ау)=-

YZhKx^HM

IZfc^^ZZNMF

(10)

изображений и обеспечить успешное сшивание

Если максимум корреляции Т](Ах,Ау) > ?7^,тах, найденное сходство считаем искомым.

9.4 Присваивается г .■= г +1. Если /' < г"тах, то 9.2.

10. Если к < , то 5.

11. Анализ полученной панорамы.

Применение нормализации позволяет уменьшить размытие

ЫвайИвИШкр

ЩййУдВШШет

ЛЯЛа 5»: ЖгТМКгяИ

Рисунок 5 - Примеры сшивания кадров без нормализации (а) и с нормализацией изображения (б)

В четвертой главе реализован метод сшивания изображений в панораму с использованием программно-математического комплекса; разработано устройство для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения; предложена методика обработки изображения с учётом влияния искажений, вносимых средой распространения оптического сигнала при различных погодных условиях.

Приведена практическая реализация ПОЭУН с программной компенсацией поворота изображения.

Для улучшения качества изображения сцены в условиях плохой видимости на этапе проектирования устройства учтены: условия эксплуатации устройства, в частности, характеристика среды; параметры эксплуатации СТЗ: угол обзора, температура окружающей среды, освещённость объекта наблюдения, условия мобильности и автономности эксплуатации устройства; скоростные режимы работы устройства, в том числе и время формирования панорамы; характеристики системы управления.

Схема такого устройства представлена на рисунке 6. В состав оптико-механического узла с программной компенсацией поворота изображений входят следующие элементы: 1 - поворотное зеркало; 2 - оправка поворотного зеркала; 3 - объектив; 4 - механическая передача; 5 -подшипник; 6 - датчик положения; 7 - многоэлементный фотоэлектронный преобразователь; 8 - электронный блок компенсации поворота изображения; 9 - блок управления; 10 - привод; 11 - интерфейс с ЭВМ.

Панорамное оптико-электронное устройство наблюдения формирует изображение с полным углом обзора в виде последовательности отдельных кадров. При этом собственно панорамное изображение должно синтезироваться из указанной последовательности кадров программными

методами, пренебрегая на начальном этапе геометрическими искажениями, вносимыми элементами оптической части устройства.

5 2 3 1 4

изображений

На рисунке 7 представлен макетный образец устройства для кругового сканирования. Размеры устройства позволяют использовать его в самых разнообразных сферах человеческой деятельности, в частности, как систему

Рисунок 7 - Макетный образец устройства для кругового сканирования

Для получения цилиндрической панорамы при различных погодных условиях разработан программно-вычислительный комплекс.

Общий алгоритм формирования панорамы условно представлен в виде трех взаимосвязанных подпрограмм: поворот изображения в плоскости матрицы; нормализация изображений; сшивка изображений, а также двух вспомогательных блоков, предназначенных для подготовки исходных данных и представления результатов моделирования в удобной для пользователя форме. Основными шагами алгоритма являются: задание числа кадров панорамы и зоны перекрытия; задание настроек фильтрации;

организация и управление ходом расчета, сохранение текущего состояния, вывод результатов; анализ сшитой панорамы.

Структурирование выше приведенного алгоритма позволяет оценить динамику сшивки кадров и при необходимости прервать работу программы с целью корректирования дальнейшего вычислительного процесса.

Предложенный выше описанный алгоритм получения панорамного изображения из нескольких отдельных изображений снятых при различных погодных условиях реализован на языке программирования Delphi.

На рисунке 8 представлено панорамное изображение, сшитое из пяти последовательных кадров, полученных разработанным устройством для кругового сканирования.

Рисунок 8 - Панорамное изображение местности.

Таким образом, исключение из системы блока оборачивания изображений, предназначенного для компенсации поворота изображения в плоскости расположения фотоприемников, позволяет существенно упростить устройство, кроме того оно обладает большей технологичностью, и меньшими габаритными размерами. Это, в свою очередь, обеспечивает существенное снижение стоимости и повышение конкурентоспособности предлагаемого устройства по сравнению с известными аналогами. Алгоритмы обработки изображений в рассматриваемой системе по временной вычислительной сложности сопоставимы, например, с алгоритмами исправления аберраций в бескинематических купольных камерах.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ В диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной задачи, имеющие важное народно - хозяйственное значение.

1. На основании анализа панорамных устройств наблюдения, разработана классификация и обобщённая структура оптико-электронных устройств наблюдения систем технического зрения мобильных колёсных роботов.

2. Выполнен анализ моделей распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

3. Проведена оценка интенсивности излучения с учетом коэффициентов ослабления среды, длины свободного пробега, радиуса частиц неоднородной среды.

4. В результате исследований установлено, что наибольшее влияние на качество сформированной модели изображения оказывают число актов

рассеяния фотона при прохождении неоднородной среды, размер и концентрация частиц диспергента.

5. Разработана программы сшивания панорамного изображения при перекрытии кадров до 30% с заданным количеством кадров и углом обзора.

6. Разработана методика обработки панорамных изображений, полученных устройством для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения при различных типах аэрозолей.

7. Результаты исследования внедрены в ООО ТПП «Конус» и в учебный процесс ГОУ ВПО «Тульский государственный университет».

8. Разработано устройство для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения. Технический результат достигается уменьшением габаритов устройства для кругового сканирования и повышением технологичности.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Формирование модели изображения окружающей среды в мобильном колёсном роботе. Вестник ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. - Выпуск 10. - Тула: ТулГУ, 2008. с.227-231.

2. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Власенков А.Н., Филиппова Е.В. Программа визуализации движения мобильных колесных роботов. Вестник ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. -Выпуск 10.-Тула: ТулГУ, 2008. с.250-254.

3. Горбунова OJO. Проблемы преобразования видеосигнала в цифровую форму. Вестник ТулГУ. Серия: Системы и управления. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. с.33-36.

4. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Общая структура панорамного оптико-электронного устройства наблюдения. Вестник ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. - Выпуск 10. - Тула: ТулГУ, 2008. с.232-236.

5. Пат. на полезную модель 88822 Российская Федерация, МПК G02B 26/10 (2006.01). Устройство для кругового сканирования - / Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Ларкин Е.В., ЛетягоА.Г., Цудиков М.Б.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Тульский государственный университет», г. Тула - №2009131383/22; заяв. 17.08.2009; опубл.20.11.09, бюл. № 32. - 2с.: ил.

6. Горбунова О.Ю. Преобразование кадров в единую систему координат. Сб. статей молодых ученых «Приборы и управление. Вып.7» Изд-во ТулГУ, 2009 с.28-31.

7. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Цудиков М.Б. Методика проектирования систем технического зрения мобильных колесных роботов. Сб.научных статей «27 научная сессия, посвященная дню радио и 150-летию со дня рождения A.C. Попова», Тула 2009, с.42-45.

8. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Цудиков М.Б. Системы технического зрения, расположенные на подвижном основании. Сб.научных статей «27 научная сессия , посвященная дню радио и 150-летию со дня рождения A.C. Попова», Тула 2009, с.46-51.

9. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Цудиков М.Б. Воздействие рельефа местности на движение мобильного робота. Вестник ТулГУ. Сер. Системы и управления. Изд-во ТулГУ, 2009. с.171-177.

10. Горбунова О.Ю. Методика формирования множества приводимых точек с использованием корреляционного критерия в области изображения. Сб.научных статей «27 научная сессия , посвященная дню радио и 150-летию со дня рождения A.C. Попова», Тула 2009, с.55-58.

П.Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Панорамное устройство видеонаблюдения с программной компенсацией поворота. Интеллектуальные и информационные системы: Материалы Всероссийской научно-технической конференции/ Тульский государственный университет. - Тула, 2009. с. 105-108.

12. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Извлечение и сопоставление точечных особенностей при построении панорамы изображения. Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. Вып.8/ Под общ. ред. Е.В. Ларкина. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. с.Ю - 15.

13. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Филиппова Е.В., Цудиков М.Б. Программные средства панорамирования изображений. Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. Вып.8/ Под общ. ред. Е.В. Ларкина. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. с.15-18.

14. Горбунова О.Ю., Филиппова Е.В. Программная реализация метода сшивки изображений в панораму. Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых. Вып.8/ Под общ. ред. Е.В. Ларкина. - Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. с.34-39.

15. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Параметры телекамеры системы технического зрения с приводом наведения по углу места и курса. Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 3: в 5ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. ч.4. с.225-232.

16. Горбунова О.Ю. Формирование панорамного изображения. Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010. с. 297-301.

17. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Параметры объектива камеры, влияющие на изображение. Сб.научных статей «28 научная сессия, посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.С.45-51.

18. Горбунова О.Ю. Методы сшивки изображения. Сб.научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.С.89-91.

19. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Оптические свойства неоднородных сред. Сб.научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.С.191-197.

20. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А., Цудиков М.Б. Исследование процессов рассеяния света в изотропной среде. Сб.научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 20 Ю.с.197-202.

21. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Оценка работы объектива. Вестник ТулГУ. Серия: Системы и управления. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.С.63-68.

22. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Распространение оптического сигнала в дисперсной среде. Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 2. Проблемы специального машиностроения. Тула: Изд-во ТулГУ, 2011. с. 377-381.

Изд. лиц. ЛР №020300от 12.02.97. Подписано в печать 24.05.2011 г. Формат бумаги 60x84 '/¡й .Бумага офсетная. Усл. печ.л. 1,1 Уч.-изд.л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ 024 Тульский государственный университет 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92 Отпечатано в Издательстве ТулГУ 300012, г. Тула, пр. Ленина, 95

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПАНОРАМНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ

УСТРОЙСТВО НАБЛЮДЕНИЯ

1.0. Введение

1.1. Общая структура панорамного оптико-электронного устройства наблюдения

1.2. Структурные схемы ОМУ

1.3. Процесс формирования изображения

1.3.1. Виды проекций панорамного изображения

1.3.2. Формирование модели изображения

1.4. Параметры, влияющие на качество изображения

1.4.1. Параметры среды, влияющие на качество изображения

1.4.2. Аберрации объектива

1.5. Методы сшивки изображений

1.6. Выводы

ГЛАВА 2 .МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕТА В НЕОДНОРОДНОЙ СРЕДЕ

2.0. Введение

2.1. Распространение света в среде

2.1.1. Модели многократного рассеяния света

2.1.2. Исследования процессов рассеяния света в изотропной среде

2.2. Рассеяние света, при прохождении сквозь неоднородную среду

2.3. Исследование рассеяния на частицах тумана и дымки

2.4. Выводы

§ ^

ГЛАВА 3. МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМНОГО ИЗОБРАЖЕНИЯ

3.0. Введение

3.1. Систематизация способов и рекомендаций по повышению качества панорам

3.2 . Формирование панорамного изображения

3.2.1. Определение необходимого количества снимков

3.2.2. Извлечение и сопоставление точечных особенностей 90 3.3. Алгоритм формирования панорамного изображения

3.4. Анализ алгоритма попиксельного сравнения

3.5. Нормализация изображения

3.6. Выводы

ГЛАВА 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПОЭУН С ПРОГРАММНОЙ КОМПЕНСАЦИЕЙ ПОВОРОТА ИЗОБРАЖЕНИЯ ЮЗ

4.0. Введение

4.1. ПОЭУН с программной компенсацией поворота изображения

4.2. Определение основных элементов ОМУ ПОЭУН с программной компенсацией поворота

4.3 Программно-вычислительный комплекс сшивки изображений

4.4. Достоинства и недостатки программно-вычислительного комплекса сшивки изображений

4.5. Результаты работы программно-вычислительного комплекса сшивки изображений

4.6. Выводы 127 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 128 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 130 ПРИЛОЖЕНИЕ

Актуальность темы. Новое поколение робототехнических систем характеризуется повышенной* мобильностью, активным взаимодействием с внешней средой, расширенными способностями приспособления к сложному, неопределенному и подвижному окружению.

Наибольший объем-информации, как правило, содержится-в видеосигнале, поэтому закономерно оснащение мобильных роботов системами технического зрения (СТЗ). В ряде случаев время пребывания робота в месте сбора информации ограничено, а ценность полученных изображений сцены весьма велика, вследствие чего возникает проблема автоматической видеосъемки окружающей среды.

Перспективным направлением развития систем видеомониторинга является совмещение в одной системе свойств автоматизации обнаружения несанкционированного проникновения на наблюдаемую территорию и панорамирования. В подобной системе целесообразно реализовать режим автоматического сканирования местности и обнаружения на сцене посторонних объектов, а по команде оператора осуществлять формирование полноценного панорамного изображения, на котором можно с большим разрешением рассматривать зону нарушения.

При наблюдении за объектами важна не только общая информация об объекте, но и фиксация изменений сцены, что имеет место при наблюдении за определенными событиями, природными явлениями или работой механизмов. Для решения подобных задач в последнее время стали применятся панорамные оптико-электронные устройства наблюдения (ПОЭУН), работающие в угловом поле 360° по азимуту и десятки градусов по углу места. В качестве ПОЭУН используются камеры с вращающимся объективом, с шарнирным мотором, цифровые сканирующие камеры, мультика-мерные системы. Недостатками этих устройств являются ограниченные мобильность и : автономность, наличие оператора; большие размеры, вычислительная сложность анализа изображений панорамы.

Панорама может быть сформирована в виде одного файла с использованием одного панорамного объектива; например типа', «рыбий? глаз»; или? сшиваться' из; отдельных кадров (файлов); полученных при» последовательном сканировании сцены.

Использование ПОЭУН в СТЗ на местности ставит задачи обеспечения? автономности; быстродействия, автоматизации принятия : решения с учетом изменений окружающей среды.

Анализ панорамы возможен- только после её получения с достаточным для конкретной задачи разрешением. На практике системы-телевизионного типа зачастую не обеспечивают нужное разрешение или технически- трудно реализуемы. Панорамы, сшитые из отдельных изображений, обладают большей-информационной' емкостью. Для анализа^ панорамы необходимо получить отдельные её элементы приемлемого качества; Нахарактеристика формируемого-изображениянаибольшее влияние.'оказывают погрешности, даваемые средой- распространения оптического1 сигнала, объективом и фотоприёмным устройством.

В настоящее время рядом фирм разработано программное обеспечение для совмещения цифровых снимков в. панорамное изображение,, недостатками которых является; наличие оператора; большая? вычислительная мощность и низкое быстродействие.

Объект исследования: диссертационной работы являются физико -механические процессы формированиящилиндрических панорам в оптически неоднородных средах с использованием ПОЭУН;

Предмет исследования: диссертационной работы являются параметры оптико — электронных устройств; влияющие на качество изображения, с.учётом дисперсности оптической среды, при формировании панорамы.

Вопросами проектирования оптических и оптико-электронных устройств наблюдения занимались отечественные и зарубежные ученые Р. Гонсалес, Г.Н. Грязин, Р. Вудс, Г.П. Катыс, Н.В. Кравцов, М.М. Мирошни-ков; А. Папулис, B1JI. Поляченко, У Прэтт, В.М. Смелков, B.C. Титов, JI.E. Чирков, Jlilb Ярославский и др: В'известных трудах по объекту исследования- разработаны методы математического моделирования оптико-электронных устройств. Общая теория распространения излучения! видимого диапазона в неоднородных средах отражена в работах В.Е. Зуева, А. Исимару, Н. Н. Красильникова, Г.В. Ван - де - Хюлст Г . и др. В них решается задача оценки границ применимости методов исследования процессов распространения и рассеяния оптического излучения при различных метеорологических условиях.

В диссертационной работе предлагается общий подход к формированию панорамного изображения на основе электронно — оптического устройства кругового сканирования с фотоэлектронным преобразователем^ (ФЭШ) типа КМОП (комплементарный металл-оксид — полупроводник), который опирается на аналитические методы математического моделирования оптической среды с учетом рассеяния света в неоднородной среде. Математическое описание формирования панорамного изображения разработано с применением геометрической, проекционной' и атмосферной оптики, теории рассеяния света малыми частицами.

Цель диссертационной работы состоит в повышении качества панорамного видеонаблюдения оптических информационных систем за счет учёта рассеяния света в неоднородной среде.

Реализация поставленной цели включает решение следующих задач:

1. Разработка и анализ общей структуры системы технического зрения.

2. Исследование эффектов распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

3. Анализ зависимостей фактора эффективного рассеяния от размера частиц атмосферных аэрозолей для монохроматических длин волн оптического диапазона.

4. Анализ влияния внешней среды на качество изображения.

5. Разработка методики сшивания панорамного изображения и реализация,* метода сшивания изображений в панораму с использованием программно-математического комплекса.

6. Разработка устройства для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения.

7. Разработка методики обработки изображения с учётом влияния искажений, вносимых средой распространения оптического сигнала при различных погодных условиях.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. На основании моделей распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах проведен анализ зависимостей фактора эффективного рассеяния от размера частиц атмосферных аэрозолей для монохроматических длин волн оптического диапазона.

2. Установлена зависимость качества (контраста) изображения от параметров атмосферных аэрозолей.

3. Разработана методика сшивания панорамного изображения, которая реализована с использованием программно-вычислительного комплекса.

4. Разработана методика обработки панорамных изображений, полученных устройством для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения при различных типах аэрозолей.

Практическая ценность работы заключается в том, что предложенные методики формирования и сшивания изображения при проектировании устройства кругового сканирования позволяют производить сканирование пространства при обеспечении неподвижности матричного ФЭП и применять его в качестве средства наблюдения местности.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей ПОЭУН, оптических систем и матричного ФЭП, экспериментальными исследованиями панорамного изображения, а также внедрением результатов на< предприятии и получением Патента'на полезную модель №88822 «Устройство ^для^ кругового . сканирования».

Научные положения, выносимые назащнту.

1. Модель и'общие зависимости распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

2. Зависимость качества изображения от параметров атмосферных аэрозолей.

3. Методика сшивания панорамного изображения и реализация методики сшивания изображений в панораму с использованием программно-вычислительного комплекса с учетом ослабления интенсивности излучения на неоднородностях внешней среды.

4. Методика обработки панорамных изображений, полученных устройством для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения при различных типах аэрозолей.

5. Программно — вычислительный комплекс для получения цилиндрической панорамы при различных погодных условиях.

Реализациям и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения совместных работ с ООО Tiill «Конус».

Результаты внедрены в учебный процесс на кафедре «Робототехника и автоматизация* производства» Государственного ? образовательного учреждения высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» при преподавании следующих дисциплин: «Основы информационных устройств роботов», «Основы технического зрения и цифровой обработки изображений».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах.

1. Всероссийская научно-техническая» конференция «Проблемы проектированиями производства систем и комплексов» ТулГУ. - Тула: ТулГУ, 2008.

2. XXVII Научная сессия,1 посвященнаяДню радио. - Тула: ТулГУ, 2009.

3. Всероссийская научно-техническая конференция «Интеллектуальные и информационные системы» ТулГУ. - Тула: ТулГУ, 2009.

4. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ, 2009, 2010 гг.

5. VI Международная (XVII Всероссийская) конференция по автоматизированному приводу АЭП-2010, Тула - ТулГУ, 2010.

Публикации. По теме диссертации опубликовано Патент на полезную модель №88822 и 21 статьи, включенных в список литературы, в том числе: 14 статей; представляющие собой материалы межрегиональных научно-технических конференций, 3 статьи, опубликованные в сборнике, рекомендованном ВАК РФ для публикации материалов кандидатских диссертаций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 143' страницах машинописного текста и включающих 58 рисунков и 13 таблиц, трех приложений на шести страницах и списка использованной литературы из 144 наименований.

4.6. Выводы

1. Разработано устройство для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения. Положительный эффект достигается за счет уменьшения габаритов устройства и повышения технологичности.

2. Установлены характеристики основных узлов оптико-механического узла с программной' компенсацией поворота изображения. Использование объектива ЬМ16.ТСМ позволяет обеспечить нижний порог освещенности объекта сканирования в реальных условиях, а верхний порог достигается за счет изменения диафрагмы объектива и автоподстройки чувствительности ФЭП.

3. Получен патент на полезную модель 88822 Российская Федерация, МПК 002В 26/10 (2006.01) «Устройство для кругового сканирования».

4. Описана методика совмещения соседних кадров при формировании панорамного изображения.

5. Определены параметры программного анализа изображения, которые можно изменить с учетом вида используемого объектива и камеры.

6. Разработан программно-вычислительный комплекс, предназначенный для получения цилиндрической панорамы в реальных погодных условиях с помощью ПОУЭН с программной компенсацией поворота изображения.

7. Проведен анализ работы программно-вычислительного комплекса сшивки панорамы. Установлены достоинства и недостатки его функционирования.

8. Приведены результаты обработки кадров при сшивке изображений программно-математическим методом и дана панорама сшивки изображения снятая устройством для кругового сканирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведен анализ проблем, возникающих при проектировании панорамных устройств.

2. Рассмотрены возможные варианты общих функциональных схем панорамного оптико-электронного устройства' наблюдения.

3. Определены обобщенные признаки ПОЭУН, на основании которых сформирована обобщенная структура оптико-механического узла.

4. Проведен анализ параметров объектива, влияющих на качество изображения. Дана классификация аберраций объектива и критерии оценки его работы.

5. Приведены общие структурные схемы ПОЭУН и указаны их достоинства и недостатки.

6. Проанализированы варианты компоновочных схем оптико-механического узла.

7. Проанализированы различные типы проекций, получаемые объективом и рассмотрены виды панорам получаемого изображения.

8. Осуществлен выбор оптико-механического узла устройства кругового сканирования.

9. Проведена оценка рассеяния света для различных видов неоднородных сред.

10. Проведен анализ моделей распространения и рассеяния оптического излучения в случайно неоднородных средах.

11. Получены графические зависимости относительного размера частиц тумана, дымки, дождя от длины волны при наиболее вероятных размерах радиуса частиц.

12. Представлена оценка границ применимости методов исследования неоднородных сред, для различных моделей рассеяния.

13. Определены« величины, определяющие оптические свойства неоднородных сред.

14. Исследованы процессы рассеяния света в изотропной среде.

15.Разработана модель формирования панорамного изображения.

16.Проведен анализ алгоритма попиксельного сравнения кадров получаемого изображения.

17.Проведена систематизация способов и рекомендаций по повышению качества панорам.

Охарактеризован корреляционный метод сопоставление точечных особенностей изображения.

19. Реализован метод сшивания изображений в панораму с использованием программно-математического обеспечения.

20.Разработано устройство для кругового сканирования с программной компенсацией поворота изображения, технический результат достигается уменьшением габаритов устройства - для кругового сканирования и повышением технологичности.

21. Определены характеристики основных элементов оптико-механического узла без компенсации вращения изображения.

22.0пределены и проанализированы достоинства и недостатки работы программы сшивания изображений.

23.Описана методика совмещения соседних кадров при формировании панорамного изображения.

24.0пределены параметры программного анализа изображения, которые можно изменить с учетом вида используемого объектива и камеры.

25.Приведены результаты обработки кадров при сшивании изображений программно-математическим методом и дана панорама сшивания изображения снятая устройством для кругового сканирования.

1. Акименко Т.А., Горбунова О.Ю. Формирование модели изображения окружающей среды в мобильном колёсном роботе// Известия ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. Выпуск 10.- Тула: ТулГУ, 2008.- С.310 317.

2. Акименко Т.А., Горбунова О.Ю., Филиппова Е.В., Цудиков М.Б. Программные средства панорамирования изображений// Приборы и управление: сборник статей молодых ученых / под общ. ред. Ларкина Е.В. -Тула: Изд во ТулГУ, 2010.- Вып.8.-С.15 - 18.

3. Акименко Т.А., Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Системы технического зрения, расположенного на подвижном основании// Сб. научных статей «27 научная сессия, посвященная дню радио и 150-летию со дня рождения A.C. Попова». Тула: Изд-во ТулГУ,2009.-С.46-51.

4. Акименко Т.А., Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Воздействие рельефа местности на движение мобильного робота// Вестник ТулГУ. Сер. Системы и управления. Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-С.171-177.

5. Акименко Т.А., Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Исследование процессов рассеяния света в изотропной среде// Сб.научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ,2010.-С.197-202.

6. Аксиненко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства.- М.: Энергоиздат, 1984.- 208 с.

7. Андриянов A.B., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах.- Минск: Вышэйшая школа, 1987.-176 с.

8. Артюхин Б. Н. и др. Телевизионная техника: справочник. Под общ. ред. Ю. Б. Зубарева, Г. JI. Глорионова.- М.: Радио и связь, 1994.-312с.

9. Артюхина Н.К. Теория и> расчет оптических систем.Ч.1.-Минск: БНТУ ,2004.-134с.

10. Баранов Л. А. Квантование по уровню и временная дискретизация в цифровых системах управления.- М.: Энергоатомиздат, 1990.-304 с.

11. Барб Д.Ф. Режим задержки и интегрирования в приемниках изображения // Полупроводниковые формирователи изображения.-М.: Мир, 1979.-С. 499 507.

12. Барсуков A.C., Летуновский A.B. Телевизионные системы. -М.: Изд-во МО СССР, 1986. -376 с.

13. Бархатов А.Г., Иванов Г.Г., Корсаков Ю.Л. Видеосистема мониторинга транспортных потоков. Проблема стабилизации изображений // Изв. ТЭТУ. Сб. научных трудов. Вып. 519.- С.Пб.: ТЭТУ, 1998.-С. 53 57.

14. Бегунов Б.Н. Геометрическая оптика.- М.: Изд-во МГУ, 1966.-210с.

15. Бегунов Б.Н., Заказнов Н.П. Теория оптических систем.- М.: Машиностроение, 1973 .-488с.

16. Березин Б.И. Полиграфические материалы.- М.: Книга, 1969.- 384с.

17. Блатнер Д., Флейшман Г., Рот С. Сканирование и растрирование изображений / Под ред. A.A. Витта. М.: ЭКОМ, 1999. -400 с.

18. Бобков В. А., Роншин Ю.И., Кудряшов А.П. Сопоставление линий по трем видам пространственной сцены// Информационные технологии и вычислительные системы, №2, 2006.-С. 71-78.

19. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. -М.: Наука, 1973 .-720с.

20. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств.- М.: Машиностроение, 1976.-312 с.

21. Бутаков Е.А., Островский В.И., Фадеев Л.И. Обработка изображений на ЭВМ.- М.: Радио и связь, 1987.- 236 с.

22. Бушмелев Н.И., Ковальский Л.Л., Соловьева С.Н., Шабалин A.M. Расчет призмы Дове, применяемой в проекционных устройствах для поворота изображения. Оптико-механическая, промышленность, 1988.- №11.- с. 15.

23. Быстров Ю.А. Оптоэлектронные приборы и устройства: Учебное пособие для ВУЗов.- М.: Радио-Софт, 2001.-256с.

24. Ван — де — Хюлст Г. Рассеяние света малыми частицами. Под ред. В.В. Соболева. Изд- во иностранной литературы, 1961.-537с.

25. Васильев Д.В., Заложнев Ю.Н., Астапов Ю.М. Теория оптико-электронных следящих систем.- М.: Наука, 1988,- 324 с.

26. Васильева И.А. Основы спектральной диагностики газа с конденсированной дисперсной фазой,- М., Успехи физических наук, Т. 163, №8, август 1993 .-42с.

27. Воронцов М.А. Управляемые оптические системы.- М.: Наука,1988. -268 с.

28. Вуль В.А. Оптические запоминающие устройства. -Л.: Машиностроение, 1979. -184 с.

29. Гайдуков Б.А., Котов В.В. Погрешности дискретизации изображения // XXII Научная сессия, посвященная дню радио (материалы конференции). Тула: ТулГУ, 2004.-С. 81- 82.

30. Гвоздева Н.П., Коркина К.И. Теория оптических систем и оптические измерения.- М.: Машиностроение, 1981,- 384 с.

31. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем.- М.: Изд-во стандартов,1989.-317 с.

32. Гитис Э.И., Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи.-М.: Энергоиздат, 1981.-360 с.

33. Гольберг JI.M. Цифровая обработка сигналов.- М.: Радио и связь, 1990.- 325 с.

34. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. -М.: Техносфера, 2005. -1072 с.

35. Горбунова О.Ю. Преобразование кадров в единую систему координат. Сб.статей молодых ученых «Приборы и управление. Вып.7» Издательство ТулГУ, 2009 с.28-31

36. Горбунова О.Ю. Проблемы преобразования видеосигнала в цифровую форму. Вестник ТулГУ. Сер. Системы и управления. Тула: Изд-во ТулГУ, 2008. с.33-36.

37. Горбунова О.Ю. Формирование панорамного изображения. Известия ТулГУ. Технические науки. Выпуск 4: в 2 ч. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.С.297- 301.

38. Горбунова О.Ю. Методы сшивки изображения. Сб. научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.-С.89-91.

39. Горбунова О.Ю., Акименко Т.А. Распространение оптического сигнала в дисперсной среде// Известия ТулГУ, серия «Проблемы специального машиностроения». Выпуск 4,- Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.-С.494-498.

40. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Общая структура панорамного оптико-электронного устройства наблюдения// Известия ТулГУ. Серия: Проблемы специального машиностроения. Выпуск 10. -Тула: ТулГУ, 2008.-С.329-336.

41. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Панорамное устройство видеонаблюдения с программной компенсацией// Интеллектуальные и информационные системы, материалы ВНТК.-Тула: Изд-во ТулГУ, 2009.-С.105-108.

42. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Оптические свойства неоднородных сред// Сб.научных статей «28 научная сессия , посвященная дню радио». -Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.-С. 191-197.

43. Горбунова О.Ю., Цудиков М.Б. Оценка работы объектива// Вестник ТулГУ. Серия: Системы и управления. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.-С.63-68.

44. Горбунова О.Ю., Филиппова Е.В. Программная реализация метода сшивки изображений в панораму// Приборы и управление: Сборник статей молодых ученых / под общ. ред. Ларкина Е.В. Тула: Изд-во ТулГУ, 2010.- Вып.8.-С.34 39.

45. Грузман И.С., Киричук B.C., Косых В.П., Перетяган Г.И., Спектор А.А. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учебное пособие. -Новосибисрк: Изд-во НГТУ, 2000.168 с.

46. Грязин Г.Н. Оптико-электронные системы для обзора пространства.- Л.: Машиностроение, 1988,-224 с.

47. Грязин Г.Н. Системы прикладного телевидения.- СПб.: Политехника, 2000.- 277 с.

48. Даджион Д., Мерсеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир, 1988.- 488 с.

49. Данилкин Ф.А., Котов В.В. Методы обработки многокадровой модели изображений: Учебное пособие Тула: Изд-воТулГУ,2000.-96с.

50. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. /Пер.с англ. Г.Г.Вайнштейна и А.М.Васьковского., под ред. B.JI. Стефанюка.-М.: Мир, 1976.-512 с.

51. Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. - 416 с.

52. Ершов К. Г., Дементьев С. Б. Видеооборудование: справочное пособие.- СПб.: Лениниздат, 1993.- 271с.

53. Зубарев Ю.Б., Дворкович В.П. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений. М.: Международный центр научной и технической информации, 1997.-212 с.

54. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Кузиковский A.B. Нелинейные оптические эффекты в аэрозолях. Новосибирск: Изд-во «Наука», 1980. - 184с.

55. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. М.: Советское радио. 1966. - 320с.

56. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере.- М.: Соврадио, 1970. 494 с.

57. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. -М.: Радио и связь, 1981. 288 с.

58. Игнатьев В.М. Системы отображения, записи и ввода видеоинформации повышенных объемов и плотности.- Саратов: СГУ, 1990.-160 с.

59. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. В 2-х томах.- М.: Мир, 1981.-281с.

60. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения.- М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001.- 352 с.

61. Катыс Г.П. Обработка визуальной информации.- М.: Машиностроение, 1990.- 320 с.

62. Кожевников Ю.Г. Оптические призмы. Проектирование, исследование, расчет.- М.: Машиностроение, 1984.-234с.

63. Козлов Ю.А. Устройства стабилизации и измерения линейных и угловых смещений изображений // Изв. ЛЭТИ. Автоматизация производственных процессов и установок, 1978:. Выпуск 239. -С. 69 -76.

64. Козлов Ю.А., Солнцев В.А. Система компенсации сдвига оптического изображения // Сб. науч. трудов Хабаровского политехнического института. Вопросы теории и расчета электромеханических систем.- Хабаровск: ХПИ, 1982. -С. 185 190.

65. Кравцов Н.В., Чирков Л.Е., Поляченко В.Л. Элементы оптоэлек-тронных информационных систем. -М.: Наука, 1970.- 223 с.

66. Красильников Н. Н. Теория передачи и восприятия изображений. Теория передачи изображений и ее приложения. -М., Радио и связь, 1986-246с.

67. Краус М., Вошни Э. Измерительные информационные системы.-М.: Мир, 1975.-312 с.

68. Кривошеев М.И. Основы телевизионных измерений. -М.: Радио и связь, 1989.-381 с.

69. Кругер М:Я., Панов В.А., Кулагин В.В., Погарев Г.В., Кругер Я.М., Левинзон A.M. Справочник конструктора оптико-механических приборов.- Ленинград: Изд-во Машиностроение, 1967.-760с.

70. Кудряшов А. Извлечение и сопоставление точечных особенностей. Электронный научный журнал «Исследовано в России», 2007.-12с.

71. Лагранж Ж. Аналитическая механика.- М.: Гостехиздат, 1950. -Т.1.-с. 372 390.

72. Ларкин Е.В., Первак И.Е. Отображение графической информации.-Тула: ТулГУ, 2000. -109 с.

73. Ларкин Е.В., Акименко Т.А., Лучанский O.A. Моделирование движения автономных транспортных средств: монография.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2011.-160 с.

74. Лифанов Ю.С., Саблин В.Н., Салтан М.И Направление развития зарубежных средств наблюдения за полем боя.- М.: Радиотехника, 2004.- 64 с.

75. Ли Фрост. Цифровая фотография. Обработка фотоснимков на домашнем компьютере.- М: Арт-родник,2006. -160 с.

76. Мадьяри В. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической автоматики.-М.: Сов. радио, 1979.- 160 с.

77. Малютин Д.М. Оптические измерения.- Тула: Изд-во ТулГУ, 2004.-160с.

78. Мамедов И.Р. Передача неподвижных и графических телевизионных изображений.- М.: Радио и связь, 1999.- 128 с.

79. Матвеев А.Н. Оптика. -М.: Высшая школа, 1985.- 351 с.

80. Медвед Д.Б. Влияние погодных условий на беспроводную оптическую связь// Вестник связи, 2001. № 4.-С. 154-157.

81. Мелихов В.О., Мелихов М.В., Разработка методов обработки и распознавания видеоданных об объектах сцены// Научная4 конференция профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ.- М.: 2005.-С. 143-144.

82. Мелихов MlB., Описание подходов и алгоритмов регистрации активности в- задачах видеонаблюдения// Труды LIX научной сессии, посвященной Дню Радио РНТОРЭС им. A.C. Попова.- М.: 2004.-т. 1.- с. 97-99.

83. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. JL: Машиностроение, 1983.- 420 с.

84. Мустель Е.Р., Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования-света.- М.: Наука, 1970. 295 с.

85. Новоселов О.Н., Фомин А.Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. М.: Машиностроение, 1991.- 336 с.

86. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. М1: Сов. радио, 1986. 254 с.

87. Обработка изображений и цифровая фильтрация. Под ред. Т.Хуанга.- М.: Мир, 1979.-318с.

88. Оптико-электронные системы экологического мониторинга природной среды / Под ред. В.Н. Рождествина.- М.: Изд-во МГТУ им Н.Э. Баумана, 2002.- 528 с.

89. Оптико-электронные устройства обработки и распознавания изображений/В.С.Титов и др. -Тула: Изд-во ТулГУ, 2008.-121с.

90. Оптическая обработка информации / Ред. Д. Кейсесента.- М.: Мир, 1980.- 252 с.

91. Оптоэлектронные и электронно-оптические информационные-устройства и системы. / В.И. Осадчий, А .Я. Паринский, Ю.М: Агафонов, В.А. Еропкин. Под ред. В.И. Осадчего и A.A. Яшина.-Тула: Изд-во ТулГУ, 1999. 291 с.

92. Ориентация и навигация подвижных объектов: Современные информационные технологии /Б.С. Алешин и др. Ред. Б.С. Алешина, К.К. Веремеенко, А.И. Черноморского. М.: Физматлит, 2006.-424с.

93. Папулис А. Теория систем и преобразований в оптике / Под ред. Алексеева В.И. М.: «Мир», 1971.- 496 с.

94. Павлидис Е. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. М.: Радио и связь, 1986.-400 с.

95. Пахомов И.И., Рожков О.В., Рождествин В.Н. Оптико-электронные квантовые приборы. М.: Радио и связь, 1982.- 456 с.

96. Погарев Г.В. Оптические котировочные задачи: Справочное пособие.- Л.: Машиностроение, 1974. 223 с.

97. Полупроводниковые формирователи изображений / Под. ред. И. Есперса, Ф. Ван де Виле, М; Уатта.- М.: Мир, 1988.- 432 с.

98. Полякова Е.А. Труды Главной геофизической обсерватории, 1960.-вып.100:-с.45.1ТЗ. Попов В.В., Мелихов М:В.,, Регистрация активности в задачах видеонаблюдения, журнал "Авиакосмическое приборостроение", №10.- М.: 2004.-С. 21 -27.

99. Пресс Ф.П. Формирователи видеосигнала на приборах с зарядовой связью. М.: Радио и связь, 1981. -136 с.

100. Прэтт У. Цифровая обработка изображений.- М.: Мир, 1982 (В 2-х книгах).116; Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника.- М.: Радио и связь, 1990. -528 с.

101. Путятин Е.П., Аверин СИ. Обработка изображений в робототехнике. -М.: Машиностроение, 1990.-320 с.

102. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем.- М.: Физматлит, 2002. -384 е.

103. Ребрин Ю.К. Управление, оптическим лучом в пространстве.- М.: Сов. радио, 1977. 336 с.

104. Розенберг Г.В., Горчаков Г.И., Георгиевский Ю. С., Любовцева Ю.С. Физика атмосферы и проблемы климата.- М.: Наука, 1980.-320с.

105. Савиных В.П., Соломатин В.А. Оптико-электронные системы дистанционного зондирования. М.: Недра, 1995.- 315 с.

106. Савчук A.A. Пространственно-зависимые искажения изображения, вызванные движением, и реставрация изображения // Обработка изображения при помощи ЦВМ.- М.: Мир, 1973.-С. 75-81.

107. Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда.- М.: Мир, 1978.- 328 с.

108. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем.- Л.: Машиностроение, 1969.-670с.

109. Смирнов A.B. Основы цифрового телевидения.- М.: Горячая линия Телеком, 2001. -224 с.

110. Смирнов A.B., Пескин А.Е. Цифровое телевидение: От теории к практике. -М.: Горячая линия Телеком, 2005.- 352 с.

111. Соломатин В.А. Панорамная видеокамера / Оптический журнал, том 74, 2007, №12.- С.ЗО 33.

112. Справочник по теории вероятностей и математической статистике / B.C. Королюк, Н.И.Портенко, A.B. Скороход, А.Ф. Турбин.- М.: Наука, 1985.- 640 с.

113. Теория оптико-электронных следящих систем / Ю.М. Астапов, Д.В. Васильев, Ю.И. Золожнев.- М.: Наука, 1988.- 324 с.

114. Фейнман Р., Хибс А. Квантовая механика и интегралы по траекториям.- М.: Мир, 1968.-258с.

115. Фридлянд И.В. Оптико-механические сканирующие устройства с оптической коррекцией. Техника кино и телевидения. 1979. - № 2.- с. 49.

116. Хвостиков И.А.Теория рассеяния света и её применение к вопросам прозрачности атмосферы и туманов. М., Успехи физических наук, T.XXIV.- вып.2.- 1940.

117. Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде,- М., Л: Гостехиздат.-1951.

118. Шрёдер Г., Трайбер X. Техническая оптика.- М.: Техносфера, 2006.-424с.

119. Шульман М.Я. Измерение передаточных функций оптических систем. Л.: Машиностроение, 1980. -207 с.

120. Кудряшов А. Извлечение и сопоставление точечных особенностей// Исследовано в России: электронный научный журнал.-2007 Электронный ресурс. URL: http//zhurnal.ape.relarn.ru/articles/ 2007/104.pdf (дата обращения 25.02.2009)

121. Юнге X. Химический состав и радиактивность атмосферы.- М.: Мир, 1965.-453 с.

122. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов.-М.: Машиностроение, 1989.-360с.

123. Ярославский Л.П. Введение в цифровую обработку изображений.-М.: Советское радио, 1979.-312с.

124. Якобе К. Панорамная фотография: съемка и техника цифровой обработки/ пер с англ.- М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2006.-272с.

125. Bicout D., Maynard R. Diffusion wave spectroscopy in inhomogeneous flows. Physica A, 1993. V. 199.-№3 4.-p. 387-411.

126. Goetz A., Priening O., Kallai T. Geophys., pure et appl., 1961 v.50-№3.-p. 67-69

127. Harris, C. and Stephens, M. 1988. A combined corner and edge detector. In Fourth Alvey Vision Conference, Manchester, UK, pp. 147-151.

128. Luong, Q.T., and Faugeras, O.D. 1996. The fundamental matrix: Theory, algorithms, and stability analysis. International Journal of Computer Vision, 17(l):43-76.

129. Г л ав h ыи дшЖзт OD О ТПП «Конус»,• — — ——— —", .-Agit В.И. Мельников2010 г.1. АКТо внедрении в производство результатов и выводов кандидатской работы аспиранта кафедры РТиАП Тульского государственного университета Горбуновой Ольги Юрьевны

130. Совместно с программным обеспечением разработаны описание и руководство пользователя, определены технические требования к вычислительным средствам и аппаратуре формирования изображений.

131. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КРУГОВОГО СКАНИРОВАНИЯ

132. Патептообладателй^й): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования -Тульский государственный университет " (ТулГУ) (Ни)

133. Авгор(ы): см. .на обороте "1. Заявка №2009131383

134. Приоритет полезной модели 17 августа 2009 г. Зарегистрировано в Государственном реестре полезных моделей Российской Федерации 20 ноября 2009 г.

135. Срок действия патента истекает 17 августа 2019 г.

136. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам1. Б.П. Симоновжжжжж ж-'т1. Ж;1. Ж'/ Ж'тж^ ж ж ж ж-ж ж № Ж: Ж,; Ж Ж. Ш Ж Ж Ж Ж' Ж: Ж. Ж Ж: Ж;1. Ж Ж:1. Ж;