автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Системы технического зрения мобильных колесных роботов

На правах рукописи

Лучанский Олег Алексеевич

-1ц 'ПА/с //

СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ МОБИЛЬНЫХ КОЛЕСНЫХ РОБОТОВ

Специальность 05 11 16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (в промышленности)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

х ( ь>4 14

Тула 2007

003176414

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

ЛАРКИН Евгений Васильевич

Официальные оппоненты доктор технических наук, доцент

ИВАНОВ Юрий Владимирович

кандидат технических наук, доцент ПОНЯТСКИЙ Валерий Мариафович

Ведущее предприятие Морской научный комитет, войсковая часть №10555

Защита состоится « » 2007 г в 1400 часов на заседании

диссертационного совета Д 212 ¿7107 при ГОУ ВПО «Тульский государственный университет» (300600, Тула, проспект им Ленина, 92), 9-101

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

Автореферат разослан « А/ » /СО^ЖЛ* 2007 г

Ученый секретарь

диссертационного совета ___ ф А Данилкин

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ Актуальность темы Одной из важных сфер применения мобильных колесных роботов (МКР) является сбор информации, осуществляемый в различных областях человеческой деятельности в области экологического мониторинга, предотвращения чрезвычайных ситуаций, разведки, и т п Наибольший объем информации, как правило, содержится в видеосигнале, что предполагает оснащение МКР системами технического зрения (СТЗ), а также хранения/передачи изображений для дальнейшего использования по назначению

Особенно ценные качества МКР, оснащенных СТЗ, проявляются при форс-мажорных обстоятельствах, вызванных пожарами, техногенными авариями, природными катастрофами, террористическими актами, т е в тех случаях, когда срочно требуется релевантная видеоинформация, а возможности доступа человека к месту форс-мажора существенно ограничены Вследствие того, что возможности пребывания робота в месте сбора информации в ряде случаев также ограничены, а ценность полученных изображений сцены весьма велика, возникает проблема автоматической видеосъемки в движении

Процесс получения изображений с помощью СТЗ, расположенных на движущемся транспортном средстве затруднен, что связано как с механическими колебаниями СТЗ во время съемки, так и с конечным временем формирования электронного образа сцены в телекамере, входящей в состав СТЗ Явление искажения изображений, формируемых с помощью подвижных телекамер, получило название «смаз», и известно еще ао времен аэрофотосъемки, проблемы которой во многом схожи с теми, что возникают в МКР с установленными телекамерами

Общепринятым методом борьбы со «смазом» изображения является пространственная гиростабилизация СТЗ или линии визирования Однако стоимость подобных систем весьма велика и приближается к стоимости самого МКР В то же время, условия функционирования информационно-измерительных видеосистем, установленных на подвижных наземных объектах, существенно отличаются от условий работы оборудования, установленного на воздушных и морских транспортных средствах, прежде всего по характеру механических воздействий на СТЗ, что создает предпосылки стабилизации линии визирования с помощью более простых и дешевых средств

Однако, проблемы создания специализированных СТЗ со стабилизированной линией визирования, устанавливаемых на подвижные наземные объекты, решены далеко не полностью, в частности, не исследована проблема связи механических характеристик МКР и характеристик дорог, по которым он перемещается, с параметрами оптической системы и фотоэлектронного преобразователя, и в конечном счете, совокупное влияние указанных факторов на качество формируемого информационно-измерительной видеосистемой изображения Кроме того, достаточно слабо разработаны методы учета этих факторов при проектировании СТЗ МКР Все это делает задачу исследования информационно-измерительных систем технического зрения мобильных колесных роботов и разработки методов их проектирования весьма актуальной

Таким образом, объектом исследования диссертационной работы является система технического зрения на основе матричного фоточувствительного прибора с зарядовой связью (ФПЗС), установленная на мобильном колесном роботе, осуществляющая получение измерительной видеоинформации в процессе движения робота по дороге, имеющей микронеровности

Предметом исследования диссертационной работы являются методы проектирования демпфированных СТЗ МКР, основанные на учете параметров дороги как случайного воздействующего фактора, колесной базы робота как механического фильтра, элементов оптической системы как оптических фильтров и матричного ФПЗС, как оптико-механического фильтра, на качество формируемого информационно-измерительной системой изображения

Общей теорией создания подобных систем занимались отечественные ученые А А Бабаев, Г Н Грязин, В В Еремеев, В К Злобин, Ю А Козлов, Г П Ка-тыс, Ф П Пресс, В Я Распопов, А А Силаев и зарубежные ученые Р Гонсалес, А Папулис, У Прэтг и др В известных работах по предмету исследования проведен анализ дорог, как воздействующих факторов на перемещающиеся по ним транспортные средства, а также оптических систем и фотоэлектронных преобразователей, как оптических фильтров

Ниже предлагается общий подход к моделированию СТЗ МКР, который опирается на аналитические методы математического моделирования узлов, блоков и всей системы Ь целом Математическое описание объекта исследования было разработано с применением теоретической механики, проекционной оптики, спектральной и пространственно-спектральной теории сигналов Случайное воздействие дороги на движущийся робот исследовано с применением теории случайных процессов

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов проектирования информационно-измерительных систем технического зрения, установленных на мобильных колесных роботах

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи

1 Разработка общей математической модели движения МКР в пространстве, определение основных факторов, воздействующих на СТЗ в процессе движения, в частности микронеровностей дороги, влияющих на качество сформированного СТЗ изображения во время движения

2 Разработка математической модели проецирования изображения трехмерной сцены на плоскость расположения фоточувствительных элементов матричного ФПЗС с помощью линейной оптики, установление связи между пространственными координатами объектов наблюдаемой сцены и координатами проекции этих объектов на плоскость

3 Установление связи между линейными и угловыми скоростями движения СТЗ в пространстве и скоростью перемещения проекции точки на плоскость расположения фоточувствительных элементов матричного ФПЗС

4 Анализ процесса формирования электронной модели изображения в матричном ФПЗС и выявление факторов, которые оказывают влияние на качество сформированной модели изображения

5 Разработка дифференциальных уравнений, описывающих механические колебания платформы МКР с установленной СТЗ в пространстве

6 Получение из разработанных дифференциальных уравнений передаточных функций МКР как механического фильтра, осуществляющего преобразование во время движения пространственного сигнала микронеровностей дороги во временные сигналы колебаний линии визирования СТЗ по линейной вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам, а также фильтрацию указанных сигналов

7 Проведение качественного анализа спектральной плотности колебания линии визирования по линейной вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам на разных скоростях движения МКР, и выделение характерных частот колебаний по каждой координате для определения предельных скоростей движения СТЗ относительно наблюдаемых неподвижных объектов сцены

8 Получение передаточных функций основных элементов оптической системы среды распространения света, объектива и ФПЗС как статических оптических фильтров, оказывающих влияние на качество формируемой модели изображения

9 Получение передаточной функции ФПЗС как динамического оптического фильтра, оказывающего влияние на качество формируемого изображения при движении СТЗ относительно объекта во время накопления заряда в фоточувствительных элементах

10 Установление математических зависимостей, определяющих связи между параметрами движения СТЗ относительно наблюдаемого объекта и размерами динамической апертуры фоточувствительного элемента матричного ФПЗС

11 Разработка кинематических схем и передаточных функций демпферов, позволяющих обеспечить неподвижность оптической линии визирования СТЗ в пространстве с заданной точностью

12 Разработка практических методик проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС

Научная новизна диссертации заключается в следующем

1 Разработан метод определения передаточных функций МКР как механического фильтра осуществляющего преобразование во время движения случайного пространственного сигнала микронеровностей дороги во временные сигналы колебаний линии визирования СТЗ по линейной вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам, а также фильтрацию указанных сигналов

2 Разработан метод учета воздействия дороги и механики МКР на качество сформированных СТЗ изображений во время движения, основанный на построении спектральных плотностей колебаний по каждой координате, выделении характерных частот и определении предельных скоростей движения по каждой координате на основании преобразования гармонического сигнала на характерных частотах передаточными функциями МКР

3 Получена пространственно-частотная характеристика СТЗ с учетом динамической апертуры фотоэлемента матричного ФПЗС, формируемой при движении СТЗ относительно наблюдаемого объекта, а также расчетные зависимости, устанавливающие связь параметров движения СТЗ с размерами динамической апертуры

4 Даны рекомендации по выбору параметров демпферов, включаемых в состав СТЗ, обеспечивающих подавление колебаний линии визирования с заданным коэффициентом

5 Разработана методика проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС

Практическая ценность работы заключается в том, что методы и средства стабилизации линии визирования, исследованные в диссертации, ориентированы на проектирование практических СТЗ МКР и позволяют достаточно простыми средствами обеспечивать требуемое качество изображения при определенных техническим заданием параметрах движения роботов, что, в свою очередь, позволяет снизить стоимость и повысить эксплуатационную надежность систем в целом

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей механических систем, оптических систем и оптоэлектронного преобразователя, а также экспериментальными исследованиями информационно-измерительной системы на основе СТЗ МКР

Научные положения, выносимые на защиту

1 Метод определения передаточных функций МКР как механического фильтра случайного пространственного сигнала микронеровностей дороги

2 Метод учета воздействия дороги и механики МКР на качество сформированных СТЗ изображений

3 Расчетные зависимости определения пространственно-частотной характеристика СТЗ с учетом динамической апертуры ФПЗС, формируемой при движении СТЗ относительно наблюдаемого объекта

4 Рекомендации по выбору параметров демпферов, включаемых в состав СТЗ, обеспечивающих подавление колебаний линии визирования с заданным коэффициентом

5 Методика проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС

Реализация и внедрение результатов Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения НИОКР проведенных на базе войсковой части №10555

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

Апробация работы Основные положения диссертации докладывались на следующих конференциях и семинарах

1 Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию кафедры систем автоматического управления ТулГУ - Тула ТулГУ, 2006

2 III Общероссийская научно-практическая конференция «Современные информационные технологии, методы и средства создания и использования единого российского страхового фонда документации» - Тула ФГУП «НИИ репрографии», 2006

3 Всероссийская научно-техническая конференция СУЭТО-4 «Системы управления электротехническими объектами» - Тула ТулГУ, 2007

4 XXV Научная сессия, посвященная Дню радио - Тула ТулГУ, 2007

5 X Научно-практическая конференция Тульского артиллерийского инженерного института - Тула ТАИИ, 2007

7 Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ, 2005,2006, 2007 гг

По теме диссертации опубликовано 11 статей, включенных в список литературы, в том числе 8 материалов докладов на всероссийских конференциях, 2 статьи опубликованы в сборнике, рекомендованном ВАК РФ

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста и включающих 60 рисунков и 3 таблицы, двух приложений на трех страницах и списка использованной литературы из 120 наименований

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во введении к диссертации 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 систем технического зрения мобильных колесных роботов

Показано, что класс систем видеонаблюдения, расположенных на подвижном основании, является достаточно обширным и включает кроме СТЗ, устанавливаемых на МКР, также приборы для аэрофотосъемки, электронные прицелы, перископы, смотровые щели подвижных наземных объектов, космические телескопы и т п

Дана классификация подобных систем по способу установки на подвижное основание (жестко установленные, с амортизацией, с демпфированием, со стабилизацией) и показано, что в МКР перечисленные способы стабилизации и управления положением линии визирования в пространстве редко используются раздельно Как правило, любая система стабилизации МКР является многоступенчатой

Определено, что основным фактором, влияющим на качество изображения, является механическое воздействие на платформу МКР с установленной СТЗ со стороны дороги через амортизаторы и демпферы подвесок опор

Сформирована самая общая система уравнений, описывающая взаимо-

лействие основных узлов МКР

Л/И7 =±Fdr¡+±Fih + Fc,

"Л ^-F^ + R^X-íiün,

(1)

Лп = Hr.F + HnR + ИпТ - [(OrA,\ 1 á ' á «;

Л = /v + Иш + и„т - i i ¿' ¿ и,

где M - масса платформы МКР с жестко установленной на ней СТЗ, wP = (х, v,z) - вектор ускорения центра масс платформы, х, у, z - перемещение центра масс по осям Ox, Оу, Oz, соответственно, Fdr¡ и Fdh - вектор сил, воздействующих на платформу со стороны i-й правой и левой опоры, соответственно 1 < i < п, Fc - вектор силы сопротивления набегающего воздушного потока, считается, что он приложен к центру масс МКР, mn, m¡, - масса г-го колеса правого и левого рядов, соответственно, wn и w¡, - линейные ускорения г-го правого и левого колес, R„ и R¡, - вектора сил реакции дороги, воздействующие на ¡-е правое и левое колеса, соответственно, Л - момент количества движения платформы, Л - производная от момента количества движения платформы по времени, fir,f - i-й вектор момента приложенных к платформе сил со стороны внешних сил правой и левой опоры, т - вектор угловой скорости платформы относительно центра масс, [ ] - векторное произведение, Лп, Ли - момент количества движения г-го колеса правого и левого рядов, Ап, Ль - производные от моментов количества движения колес, ju¡,r - г-е векторы моментов, приложенных к правому и левому колесам со стороны платформы, д.,«, fi¡,n - г-е векторы моментов, приложенных к правому и левому колесам со стороны дороги, ц.,т, (MiT - ье векторы моментов сил трения, приложенных к правому и левому колесам, а>„, со/, - векторы угловых скоростей правого и левого колес г-го ряда

Дорога представлена рельефом, который описывается функцией высот zó = hz(x, _у) в земной системе координат Показано, что рельеф при движении МКР меняется достаточно медленно и влияет только на режим работы силовой установки при подъемах и спусках Наряду с макропараметрами дороги на МКР действуют также микронеровности, представляющие собой случайные отклонения рельефа от величины hjix, у) Функция двух аргументов h(x, у) может быть сведена к функции микронеровностей пути которая представляет собой превышение точек дороги над ее некоторым средним уровнем Функция являясь случайной функцией детерминированного аргумента, определяет характер колебаний платформы с установленной СТЗ

Показано, что подстановкой v = £(/) = const случайная функция воздействия дороги h(¿í) преобразуется в случайную функцию h(t) времени t, которая при расположении колес МКР в один продольный ряд воздейств>ет на них последовательно с задержкой, определяемой величиной

где Ьх, - расстояние ¿-го поперечного ряда колес от центра масс робота

В случае стационарного характера случайного процесса функцию И(!) предложено характеризовать корреляционной функцией К\( г), и/или спектральной плотностью Б^а), где со - круговая частота сигнала во временной области

Вследствие того, что колеса правого и левого продольных рядов МКР движутся по разным траекториям и наезжают на разные микронеровности, предложено для характеристики поперечного воздействия на МКР использовать разность 5ь(х, у)~ И(х/, у:) - И(хг, уг) высот микронеровностей под правым и левым колесами соответствующего поперечного ряда Функция би(х,у) также является случайной, приводится к функции пути, и далее к функции времени, и может быть охарактеризована корреляционной функцией /0_>(г) или спектральной плотностью

Показано, что в СТЗ МКР при наблюдении окружающего пространства из светового потока, Ф (х, у, г, Л /), отраженного от предметов сцены, формируется факсимильная цифровая модель изображения Двумерное изображение сцены В(У, 2, 0 формируется в фокальной плоскости объектива, если передний отрезок много больше фокусного расстояния, либо в плоскости изображения, если они соизмеримы Фотоэлектронный преобразователь вырабатывает электрическую величину, например, потенциал Ь(У, 2, /), пропорциональный в каждой точке {У, 2) плоскости ХОУ яркости засветки В(У, 2, /) Одновременно фотоэлектронный преобразователь сканирует плоскость изображения и является дискретизирующим элементом, преобразующим пространственное распределение потенциала 1/(У, 2, Г) в матрицу значений яркости размером Ыу х Иг пикселей Каждый пиксель представляет результат измерения интегрального значения светового потока, попадающего во входной зрачок объектива из сектора, ограниченного углами, под которым элемент фотоэлектронного преобразователя наблюдается из центра задней плоскости объектива

В качестве фотоэлектронного преобразователя в диссертации исследуется наиболее часто применяемые в СТЗ фоточувствительные приборы с зарядовой связью (ФПЗС) Отмечается, что при неподвижном МКР световые потоки соседних секторов пространства не оказывает влияния на накопление заряда в (тп)-м элементе ФПЗС При движении МКР возникают как линейные, так и угловые перемещения СТЗ, вызывая явление т н «смаза» изображения, величина которого определяется динамикой движения СТЗ, установленной на МКР

Завершается первая глава выбором метода исследования и постановкой задачи на исследование

Во второй главе проведен анализ механических движений платформы с установленной СТЗ для разных типов роботов

Трехколесный МКР представлен в виде платформы, опирающейся в трех точках на последовательно установленные амортизатор и демпфер Отмечается, что в роботах этого типа колеса А, В и С движутся каждое по своей индивидуальной траектории, причем, все траектории параллельны Поэтому предло-

жено считать, что на подрессоренную платформу оказывается три различных механических воздействия

Трехколесный МКР рассматриваются как механическая система со следующими степенями свободы вертикальное линейное перемещение центра масс платформы г0. продольное вращение платформы по углу места 9, поперечное вращение по углу крена у, вертикальные линейные перемещения приведенных масс опор робота

На основании аналитического описания движения получена следующая система уравнений, представляющих движение МКР, в операторной форме

й(]ф) =

'0,0®) .06.0®)

СО«)

0.0®)^ е«о®)

"го0 аУ ' 0 1

гол0®)

2ог0®) кв 0©)

г»с0®) АсО ®)

0

, гО®), , 0 >

90®).

(3)

О (/&) = 1(-/й>)2 + ^^ + при т = п' К„|0®) + ат„о притоп,

дОсо) = [0, Ьгх}& + 620, Ьм]о> + ¿>30, Ь,+ Ью, О,0], где НА{/о)), Иц{!Ю), Ис{](о) - спектральные плотности воздействия на опоры А, В, С со стороны дороги, у <у - оператор преобразования, а , Ъ - коэффициенты, определяемые по таким техническим параметрам МКР, как массы элементов, коэффициенты вязкого трения и жесткости пружин демпферов и амортизаторов

Из полного решения системы (3) получены выражения для определения линейного вертикального перемещения, угла места и угла крена

¿0®) ¿0®) ¿0®) = ^0®)й,0®) + ^0®)Л,0®) + и^ОюЖУ»),

50®) =

4*0®)

й<0®) +

4« О®)

М./®) +

4с0®)

Ас0®) =

АО (О) я АО о) А0&)

= + wэв0o>)hв0<o) + ^0®)ЛГ0 ®)>

А{}0>) ¿0®) А(]а)

= ^0®)М;®) + и^0®Я0®) + »>0®)йс0®).

1де А(/а) - главный определитель системы (2), Л-^^ааО®) - определители, получаемые как алгебраические дополнения при разложении определителя координаты г(9,у) по столбцу, содержащему

Отмечается, что и на линейные и на угловые перемещения трехколесного робота влияние оказывают воздействия с любого его колеса В общем случае порядок числителей передаточных функций меньше порядка знаменателей, вследствие чего амплитуда собственных колебаний платформы МКР затухает с

ростом частоты колебаний, однако при недостаточном демпфировании системы может наблюдаться явление резонанса

Если в МКР имеется только амортизатор, или только демпфер, то порядок системы снижается

'0„С/®) 02 О 0,0®)' 40®)' Ч.О®) М./®) <?1з0®)" 40®)'

02,0 &0®) еио®) 50®) = ЧгА)®) 922 0°) 9гзО®) йв0й>)

033 0*>), , /(у®); <?згО®) <?ззО®), АО®)/

где д„„0м) = Ьт„иа) +

Ввиду сложной общей математической модели и поставленной задачи оценки колебаний платформы, предложено описывать и оценивать движение платформы многоопорного МКР по каждой из координат раздельно Движение МКР по степеням свободы описываются системой

(20 0>)

О})

где Т\ =0, г, - см (2),

[б2,0<а) + Ь20О,со%1г (уй>)ехр(у юг,)

О + ¿(«и ОО^КО^^ФО®*"-) О®) + А(л+2) оО^КО^ехрОог,)

(я+|) 1

(л+2)1

(/й^+вшОй^ацо

агпОф-Огю

<Я|21(/<У>^-О120 (¡а^+ая^соуган,

(4)

0 I

(5)

Через передаточные функции координаты определяются зависимостями

/ \Г О/ Ч / м

с1е!б(уй>)

1=1 1=1

В системах без демпфирования

"1

Ю(г)

(7)

где а , Ъ - коэффициенты, определяемые по тем же техническим параметрам, что и в (3), и различные для передаточных функций по разным координатам

Из решений видно, как воздействие дороги на платформу МКР происхо-

дит последовательно с соответствующими временными задержками, создавая эффект «раскачивания» транспортного средства, оказывающий существенное влияние на амплитуду колебаний при совпадении частоты раскачивания с собственной частотой резонанса платформы

Продольное движение МКР описано уравнением

ü6}mjú>) = °Aü°>) + °ЛОа» + WAJO» 5

ja + a, jco + ax jco + a, где F0(j6)) - движущая сила на приводных колесах МКР, <pv(jco) - угол поворота направляющих колес относительно продольной оси МКР.

Показано, что скорость изменения угла курса, при условии, что скорость изменения угла поворота направляющих колес незначительна, определяется по зависимости ц/ = /L, где L - расстояние между поперечными рядами

приводных и направляющих колес

Проведена качественная оценка спектров сигналов изменения вертикальной линейной, а также продольной и поперечной угловых координат Показано, что амплитудные характеристики спектров имеют максимумы на частотах механического резонанса ÍX, Í2& Пг Отмечается, что наихудшим для работы СТЗ трехколесного робота случаем является подача гармонических воздействий по вертикальной координате - синфазно на все три колеса, по продольной угловой координате - синфазно на заднюю пару колес и в противофазе на переднее и задние колеса, по поперечной угловой координате - в противофазе на задние колеса Скорости изменения соответствующих координат равны.

*0«=од)|+Кою!+,

¿Lx = +\w98{j03)\+Ko^ULbA*,,

г™

Для многоопорного МКР подача гармонических воздействий должна осуществляться в наихудшем случае, по вертикальной и продольной угловой координатам - синфазно на колеса правого и левого рядов, по поперечной угловой координате - в противофазе на колеса правого и левого рядов. Скорости изменения соответствующих координат равны-

W = \1к, ОА)ехрОДг, )| + tK, ОД )exp(y^r, )| L'-i í=I

•Фактах

•Д^тах

В третьей главе получены основные соотношения, описывающие процесс формирования изображения системой технического зрения.

Если известны углы курса щ, и места под которыми наблюдается точка £ то координаты ее проекции на плоскость регистрирующих элементов УО '2 будут иметь вид

где/' - фокусное расстояние объектива

Смещение проекции точки £на плоскости КО Z и скорости смещения проекции при z-) = const, вызванное колебаниями платформы, составляют

f

-¿W

Г

4- =—4,-z,,

X,

(8)

Отмечено, что любая СТЗ относится к системам, у которых каждый элемент, лежащий на пути распространения света от предмета до плоскости изображения, является фильтром оптического сигнала

Показано, что среда распространения света, объектив и входное окно фоточувствительного элемента ФПЗС могут быть описаны одним и тем же пространственным импульсным откликом, определяемым зависимостью (рассматривается координата Ъ как наиболее критичная, см (8))

[О щн2<-8г{р,Р)12, д(2) =' 1 при - 6г(р,Р)12 < 2,

0приг><52(р,/?)/2,

где и дг - ширина зоны размытости проекции эталонного изображения максимального контраста на плоскость расположения фоточувствительных элементов ФПЗС, зависящая от концентрации диспергента в воздушной среде распространения света, р - кружок рассеяния объектива, (3 - размеры входной апертуры фоточувствительного элемента ФПЗС

Пространственные передаточные функция перечисленных элементов СТЗ определяются зависимостями

Sz{p,ß),

л/2л

Vz5AP>ß) 2

где sinca = -

sinar а

На основе рассмотрения структуры и основных функций ФПЗС установлено, что процесс накопления заряда в фоточувствительном элементе представляет собой интегрирование светового потока, сфокусированного в плоскости изображений, по времени и по площади входной апертуры фоточувствительного элемента

Процесс накопления заряда под действием подвижного изображения описан в предположении, что фоточувствительный элемент перемещается относительно изображения по координате Z со скоростью которую в пределах времени г накопления заряда в элементарной фоточувствительной ячейке можно считать постоянной Тогда за время с// изображение, двигаясь со скоростью уг, переместится на расстояние

(И = V/ сИ

Всего за время г фотоэлемент сместится на величину угг, при этом в диссертации эта величина считается центрированной и изменяющейся в пределах

(9)

2 2

Если на элементарной горизонтальной полосе фотоэлемента за время Л накапливается элементарный заряд dq = В1 (1)Л, где 5Г(/) - интегральная яркость засветки полосы, то на всем участке (9) будет накоплен заряд, равный

г/2 1 у2Г/2 _ ( 7 Л

<? = /ЯГ(*)Л = — \ В, — ¿2 (Ю)

-г/2

Зависимость (10) показывает, что динамическая апертура ФГТЗС может быть описана импульсным откликом

0 при 2 <-гу2/2,

[0приг>туг/2

Передаточная функция ФПЗС для подвижного изображения имеет вид С7г(<а2) = -?~51пс| -

• -J----.- J111U--

fbc V. 2

Таким образом, полная передаточная функция ячейки ФПЗС как дискре-тизатора с реальными характеристиками описывается импульсным пространственным откликом

8ccü(Z) = gl)(Z)*gT(Z), (11)

где * - знак операции свертки, или передаточной функцией

Аналогичные результаты могут быть получены и для координаты Y Кроме того, проанализированы процессы переноса зарядов в транспортном регистре и усиления видеосигнала и показано, что при соответствующем подборе ФПЗС и видеоусилителя они слабо влияют на качество изображения

Полные пространственно-частотные характеристики СТЗ МКР по координатам Z и Y имеют вид

Ga = Gß0®z)<J!i,0<y2)G/,0<öz)Gr0«z,vz),

Gir = gd iJ )Gp (jcaY )Gp (jmr )Gt (jaY, vr )Ga {jcoy) Отмечается, что качество наблюдаемых изображений определяется по ширине амплитудных пространственно-частотных характеристик передаточных функций Более широкие пространственно-частотные амплитудные характеристики соответствуют изображениям сцен, на которых можно наблюдать более мелкие детали элементов, формирующих сцену Вследствие особенностей функции sinc( ) ширина пространственной АЧХ определяется положением первого пересечения этой характеристикой оси абсцисс Точки пересечения оси абсцисс амплитудными характеристиками, передаточных функций СД/ а>£), G/focoz),

GJjco)), СД/£У)), Ga{¡cü)), определяются при выборе элементной базы при проектировании СТЗ, и их положение в процессе движения МКР и при изменении состояния среды в процессе наблюдения сцены не меняются Точки пересечения оси абсцисс амплитудной характеристикой, соответствующей передаточным функциям GcÁjcoz) и Gd(jco<,), определяются текущими погодными условиями (в частности, наличием или отсутствием тумана, пыли, других мелкодисперсных сред) и не зависят от параметров движения МКР

Точки пересечения оси абсцисс G¿ja>z v¿) и G¿ja>¿ v¿) полностью определяются конструктивными особенностями МКР, качеством трассы и скоростью движения МКР по трассе При изменении скоростей, развиваемых при колебаниях платформы с установленной СТЗ, эти точки смещаются по оси абсцисс, что, в свою очередь, влияет на качество изображений

Четвертая глава посвящена выбору демпфера СТЗ, обеспечивающего заданное качество изображения при движении МКР по трассе с заданными параметрами, и разработке методики проектирования демпфера

Корреляционные функции Kfm и К„„ предложено получать как функции дискретного аргумента на базе измерения параметров реальных трасс Спектральные плотности сигнала дороги предложено определять по дискретным корреляционным функциям с применением дискретного преобразования Фурье Для определения условий эксплуатации МКР предложено классифицировать дороги, по которым он будет перемещаться, по дисперсии величины микронеровностей и расстоянию корреляционной связи Первый параметр определяет амплитуду воздействия на МКР, а второй - основные частоты, на которых могут возникать локальные максимумы на спектральной плотности дороги

Основными выбираемыми характеристиками объектива СТЗ являются угол зрения, фокусное расстояние, относительное отверстие, и глубина резкости Основными параметрами ФПЗС в контексте решаемой задачи являются размеры фоточувствительной ячейки и количество элементов по строкам и столбцам

Поле зрения объектива с параметрами ФПЗС связано простым соотношением

Если платформа с СТЗ совершает вертикальные колебания с амплитудой г0 тах> то амплитуда колебаний проекции точки УОХ на плоскость фоточувствительных элементов, количество элементов, которые проходит изображение точки, максимальная скорость перемещения проекции точки по плоскости изображения и размеры динамической апертуры равны, соответственно

Очевидно, что в этом случае размеры динамической апертуры зависят от дальности до наблюдаемой точки При увеличении дальности размеры динамической апертуры уменьшаются

_ О тах

2 О та» f

z0maf'n2 в = 2г0тм/Дг

Аналогичные параметры для случая, если платформа с установленной СТЗ совершает продольные угловые колебания с амплитудой 5тах, определяются зависимостями:

= ; пг» = ^^; Аи = Э^ГПа, ри = 29тжГОэт.

В наихудшем для угловых поперечных колебаний случае точка С, должна проецироваться на левый (правый) край плоскости элементов, а ФПЗС должен быть сориентирован таким образом, что его большая сторона должна располагаться вдоль оси У.

В случае поперечных угловых колебаний платформы перечисленные параметры определяются зависимостями-.

^-ху Ут

•о ~ Р . тг _ Утах(*ССР ~ Р) .А _ ,, П ^ССО

Р.

Ргу=Ут^АГссо~ Р), где утах - амплитуда поперечных угловых колебаний; Уссо = МуР - горизонтальный размер матрицы ФПЗС.

При маневрах по углу курса со скоростью ц/ размеры динамической

апертуры определяются зависимостью = ц4'т, а при наезде на точку С, со скоростью х, динамическая апертура равна

2хс

Исследованы типовые демпферы, располагаемые на подвижных основаниях (рис. 1) для линейных (а) и угловых (б) колебаний.

а б

Рис. 1. Кинематические схемы для расчетов демпферов СТЗ Показано, что если выполняются условия гп\ « т2 (рис. 1 а), то верхние колебательные системы демпферов могут рассматриваться автономно. В этом случае они описываются передаточной функцией

2дТд]соа+\

(13)

где со,, - пространственная круговая частота демпфируемой массы по координа-16

там £ или в, Та - постоянная времени, д- декремент затухания

2/Г + 3

Показано, что демпфер, у которого д= 1 обеспечивает на частоте —--

о

оптимальное подавление амплитуды сигнала в Кд раз Разработана методика определения параметров демпфера, учитывающая перечисленные аспекты

Исследованы конструкции демпферов простейшего трехточечного (рис 2 а) и демпфера с тремя независимыми степенями свободы (рис 26) Получены

Рис 2 Схема СТЗ с демпфирующей платформой (а) 1 - объектив, 2 - ФПЗС, 3 - платформа, 4 - демпфирующие элементы, 5 - подвижное основание, и с тремя степенями свободы (б) 1 - объектив, 2 - ФПЗС, 3, 4 - демпфирующий

элемент и шарнир, обеспечивающие подвижность по углу места, 5, 6 -демпфирующий элемент и шарнир, обеспечивающие подвижность по углу крена, 7, 8 - демпфирующий элемент и шарнир, обеспечивающие подвижность по вертикальной координате В первом случае обеспечиваются значения координат

го0<и) = [ЗгДую) + Э^соХЬ, - 2Ьвс)}¥юОсо1 ¿0®) = -2£ас) + + 2Ь2вс)}узОт),

где IV {¡а) - соответствующие передаточные функции, подобные передаточным функциям типовых демпфирующих звеньев (13), гь(/со), 5Ь(]() (Ь0() - колебания основания по линейной, угловой продольной и угловой поперечной координатам, соответственно

Во втором случае исключается взаимовлияние каналов

*оО<») = г&<оУГГ*и<»). ^0») = (У®), Ку®) = П0®)»;0®)

Проведенные исследования позволили разработать общую методику проектирования СТЗ МКР, предусматривающую на основании анализа дорожных условий, характеристик МКР как механического фильтра и параметров СТЗ, расчет основных параметров демпфера, включаемого в конструкцию системы технического зрения СТЗ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации разработаны теоретические положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной задачи, имеющей важное народно-хозяйственное значение

1 Составлено векторное уравнение самого общего вида, описывающее механическое движение МКР в пространстве и показано, что в механической системе могут быть выделены следующие элементы платформа с установленной камерой, подвески с демпфированием и колесные опоры с амортизацией, подвергающиеся воздействию со стороны дороги

2 Проведен анализ воздействия дороги на транспортное средство и показано, что воздействие сводится к двум факторам рельефу местности, влияющему на нагрузки при движении транспортного средства, и случайным микронеровностям, влияющим на колебания платформы с установленной СТЗ, линейное по вертикали и угловые по углам места и крена, относительно некоторого среднего положения МКР

3 Разработаны методики, позволяющие определять основные параметры корреляционной функции случайного воздействия, и показано, что масштаб по оси абсцисс корреляционной функции, определяющей характер микронеровностей, зависит от скорости движения МКР по дороге

4 Проведен анализ характеристик, определяющих качество изображения, и показано, что определяющей характеристикой при восприятии сцены в движении является разрешающая способность СТЗ.

5 Построены аналитические математические модели, описывающие колебания платформы с установленной СТЗ при воздействии микрорельефа дороги трехколесного и многоопорного робота, получены передаточные функции для определения частотных характеристик линейных колебаний по вертикали и колебаний по углам места и крена роботов с демпфированием, а также с амортизацией и демпфированием.

6 Построены математическая модель продольного движения трехколесного МКР, и его маневров по углу курса и получены выражения для определения кривизны траектории и скорости изменения угла курса при повороте направляющих колес

8 Проведен анализ функциональных элементов СТЗ и установлено, что на качество изображения, ею формируемого, оказывают влияние все компоненты, расположенные на пути распространения света, включая атмосферу, которая может содержать диспергенты, влияющие на качество изображения, объектив, фоточувствительный прибор с зарядовой связью, для всех установленных компонентов определены пространственные импульсные отклики и пространственно-частотные передаточные функции

9 На основании анализа процесса накопления заряда в матричном ФПЗС определен его импульсный отклик и пространственная частотная характеристика, формируемая за счет перемещения фоточувствительных ячеек относительно изображения в процессе накопления заряда, показано, что параметры указанной характеристики определяются скоростью перемещения изображения относительно фоточувствительной ячейки

10 Проведен качественный анализ колебаний платформы с установленной СТЗ при воздействии дороги и показано, что при оценке воздействия на ФПЗС можно ограничиться гармоническим сигналом на частоте резонанса по каждой координате, что позволяет оценить размеры динамической апертуры фоточувствительных ячеек ФПЗС

11 Определена связь параметров СТЗ с параметрами движения камеры относительно наблюдаемой сцены, в том числе

размерами амплитуды и частоты колебаний по линейной координате z, размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате 9, размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате у, скорости маневра по углу уг, скорости наезда на сцену по координате х,

12 Приведены общие функциональные схемы демпферов линейных и угловых колебаний, показано, что структуры демпферов могут быть аппроксимированы колебательным звеном и получены условия, при которых подобная аппроксимация является корректной, для колебательного звена определены параметры, при которых фильтрация пространственных частот является оптимальной

13 Предложены две схемы демпферов, устанавливаемых на СТЗ МКР с подвижной трехопорной платформой и с двухстепенным кардановым подвесом на подвижном основании, для каждого демпфера разработано математическое описание и получена структурная схема

14 На основании сопоставительного анализа схем сделан вывод о функциональном преимуществе схемы с кардановым подвесом на подвижном основании

15 Разработана общая методика проектирования СТЗ МКР, предусматривающая учет воздействия дороги, пространственных частотных характеристик среды распространения света, объектива, ФПЗС, а также передаточных характеристик МКР и дополнительного демпфера СТЗ

16 Методика внедрена в промышленность и в учебный процесс кафедры РТиАП Тульского государственного университета

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Курочкин С.А., Лучанский O.A. Передаточные функции корректирующих устройств в системах с обратными связями // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Т. 1. Вып. 3. Системы управления. - Тула: ТулГУ, 2006. - С. 258 -262.

2 Лучанский O.A., Ткач В.П., Чугреев A.A. Моделирование механических шумов // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Т. 2. Вып. 3. Системы управления. -Тула: ТулГУ, 2006. - С. 22 - 27.

3. Курочкин С А , Лучанский О А Цифровое управление объектами // Математическое и программное обеспечение вычислительных систем - M Горячая линия - Телеком , 2007 - С 25-28

4 Акименко Т А, Лучанский О А Модели механического воздействия на транспортируемую аппаратуру // Системы управления электротехническими объектами Сб трудов 4-1 Всероссийской научно-технической конференции СУ-ЭТО-4 - Тула ТулГУ, 2007 - С 27-30

5 Лучанский О А Демпфирование механических воздействий на транспортируемую аппаратуру // Системы управления электротехническими объектами Сб трудов 4-1 Всероссийской научно-технической конференции СУЭТО-4 -Тула ТулГУ, 2007. - С 30-32

6. Акименко Т А, Лучанский О А Продольное движение подвижного наземного объекта с колесными движителями // Приборы и управление Вып 5 - Тула Изд-во ТулГУ, 2007, с 6 - 11

7 Лучанский О А , Пушкин А В Собственные движения кабины транспортного средства при боковых воздействиях // Приборы и управление Вып 5 - Тула Изд-во ТулГУ, 2007, с 68-73

8 Лучанский О А, Пушкин А В Стабилизация элемента вооружения в подвижном наземном объекте // Научно-технический сборник ТАИИ - Тула- ТА-ИИ, 2007. - С 27-31

9 Ларкин Е В Лучанский О А Кинематика движения колесного робота в трехмерном пространстве // XXV Научная сессия, посвященная Дню радио - Тула. НТО РЭС им. А С Попова, 2007 - С 54-58

10. Акименко Т. А, Лучанский OA. Факторы, воздействующие на аппаратуру подвижного репрографического комплекса // Современные информационные технологии, методы и средства создания и использования единого российского страхового фонда документации Материалы III Общероссийской научно-практической конференции - М Изд-во «Академия естествознания», 2007 - С 221 -225

11. Лучанский О А. Компенсация воздействия на аппаратуру по углу тангажа в подвижном репрографическом комплексе // Современные информационные технологии, методы и средства создания и использования единого российского страхового фонда документации Материалы III Общероссийской научно-практической конференции - М Изд-во «Академия естествознания», 2007 - С 226 - 234

Изд. лиц ЛР № 020300 от 12 02 97. Подписано в печать &S.J& 07. Формат бумаги 60x84 1/16 . Бумага офсетная. Усл.-печ. л. Уч.-изд. л. / Q

Тираж faß экз. Заказ ¿¿¿J Тульский государственный университет 300608, г. Тула, пр. Ленина, 92 Отпечатано в издательстве ТулГУ 300600, г. Тула, ул. Боддина, 151

ВВЕДЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

ГЛАВА 1. СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ,

РАСПОЛОЖЕННЫЕ НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ

1.0. Введение

1.1. Классификация систем, расположенных на подвижном основании

1.2. Кинематическая схема объекта исследования 20 щ 1.3. Воздействие дороги

1.4. Формирование модели изображения окружающей среды в МКР

1.5. Методы исследования СТЗ МКР

1.6. Выводы

ГЛАВА 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ СТЗ

2.0. Введение

2.1. Движение трехколесного робота

2.1.1. Кинематика трехколесного МКР

2.1.2. Динамика МКР с амортизацией и демпфированием 52 ф 2.1.3. Робот с амортизацией без демпфирования

2.2. Движение многоопорного робота

2.2.1. Линейные колебания платформы МКР

2.2.2. Линейные колебания платформы МКР без демпфирования

2.2.3. Продольно-угловые колебания платформы

2.2.4. Поперечно-угловые колебания платформы

2.3. Продольное движение МКР

2.4. Оценка параметров движения, влияющих на качество изображения 76 2.4.1.Качественный анализ колебаний платформы МКР с установленной СТЗ 2.4.2. Оценка параметров движения трехколесного робота

2.4.3. Оценка параметров движения многоопорного МКР

2.5. Выводы

ГЛАВА 3. ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЧАСТОТНЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ СТЗ И ВЛИЯНИЕ НА НИХ КОЛЕБАНИЙ

РОБОТА

3.0. Введение

3.1. Формирование плоского изображения сцены 87 щ 3.2. Отображение границы изображения и фона

3.2.1. Распространение оптического сигнала в дисперсной среде

3.2.2. Пространственные частотные искажения сигнала, вносимые объективом

3.3. Фоточувствительный прибор с зарядовой связью

3.3.1. Структура ФПЗС

3.3.2. Передаточная функция оптоэлектронного преобразователя как дискретизатора оптического сигнала

3.3.3. Математическая модель накопления заряда в ячейке ФПЗС

3.3.4. Работа ячейки при подвижном изображении 107 щ 3.3.5. Суммарная пространственная передаточная функция элементарной фоточувствительной ячейки ФПЗС

3.3.6. Процесс переноса зарядов

3.3.7. Усиление видеосигнала

3.4. Полная пространственно-частотная характеристика СТЗ МКР

3.5. Выводы

ГЛАВА 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ СТЗ МКР

4.1. Методика определения дорожных условий движения МКР 118 4.1.1. Определение продольных воздействий дороги

• на линейные и угловые колебания МКР 118

4.1.2. Определение воздействия дороги на поперечные угловые колебания МКР 121

4.1.3. Характеристики микронеровностей 124

4.2. Связь параметров СТЗ с параметрами движения 125

4.2.1. Основные геометрические соотношения в СТЗ 125

4.2.2. Условия наблюдения точки при линейных вертикальных колебаниях 127

4.2.3. Условия наблюдения точки при угловых

Ф продольных колебаниях 128

4.2.4. Условия наблюдения точки при угловых поперечных колебаниях 129

4.2.5. Условия наблюдения точки при маневрах по углу курса 130

4.2.6. Условия наблюдения точки при продольном движении МКР 131

4.3. Демпфирование воздействий на СТЗ 132

4.3.1. Аппроксимация структурной схемы демпфирования линейных колебаний 132

4.3.2. Аппроксимация структурной схемы демпфирования угловых колебаний 13 4 щ 4.3.3. Анализ демпфера СТЗ с упрощенной структурой 137

4.3.4. Синтез демпфера СТЗ по упрощенной структуре 139

4.4. Общая методика проектирования демпферов СТЗ 140

4.4.1. Конструкции демпферов 140

4.4.2. Методика проектирования СТЗ МКР 145

4.4.3. Результаты проектирования 147

4.5. Выводы 152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 154

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 157

ПРИЛОЖЕНИЕ 168

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одной из важных сфер применения мобильных колесных роботов (МКР) является сбор информации, осуществляемый в различных областях человеческой деятельности: в области экологического мониторинга, предотвращения чрезвычайных ситуаций, разведки, и т.п. [20, 47, 65, 115, 124]. Наибольший объем информации, как правило, содержится в видеосигнале [1, 64], что предполагает оснащение МКР системами технического зрения (СТЗ), а также хранения/передачи изображений для дальнейшего использо-Ф вания по назначению.

Особенно ценные качества МКР, оснащенных СТЗ, проявляются при форс-мажорных обстоятельствах, вызванных пожарами, техногенными авариями, природными катастрофами, террористическими актами, т.е. в тех случаях, когда срочно требуется релевантная видеоинформация, а возможности доступа человека к месту форс-мажора существенно ограничены. Вследствие того, что возможности пребывания робота в месте сбора информации в ряде случаев также ограничены, а ценность полученных изображений сцены весьма велика, возникает проблема автоматической видеосъемки в движении.

Процесс получения изображений с помощью СТЗ, расположенных на щ подвижном носителе затруднен, что связано как с механическими колебаниями СТЗ во время съемки, так и с конечным временем формирования электронного образа сцены в телекамере, входящей в состав СТЗ [48]. Явление искажения изображений, формируемых с помощью подвижных телекамер, получило название «смаз» и известно еще со времен аэрофотосъемки, проблемы которой во многом схожи с теми, что возникают в МКР с установленными телекамерами [3,10,11,15,50,51,85,98,100,125].

Общепринятым методом борьбы со «смазом» изображения является пространственная гиростабилизация СТЗ или линии визирования [10,11,15,16, 24, 33,42, 90,98, 101, 117,125]. Однако стоимость подобных систем весьма велика и приближается к стоимости самого МКР. В то же время, условия функциони

• рования информационно-измерительных видеосистем, установленных на подвижных наземных объектах, существенно отличаются от условий работы оборудования, установленного на воздушных и морских транспортных средствах, прежде всего по характеру механических воздействий на СТЗ, что создает предпосылки стабилизации линии визирования с помощью более простых и дешевых средств.

Однако, задача создания специализированных СТЗ со стабилизированной линией визирования, устанавливаемых на подвижные наземные объекты, решена далеко не полностью, в частности, не исследована проблема связи меха-щ нических характеристик МКР и характеристик дорог, по которым он перемещается, с параметрами оптической системы и фотоэлектронного преобразователя, и в конечном счете, совокупное влияние указанных факторов на качество формируемого информационно-измерительной видеосистемой изображения. Кроме того, достаточно слабо разработаны методы учета этих факторов при проектировании СТЗ МКР. Все это делает задачу исследования информационно-измерительных систем технического зрения мобильных колесных роботов и разработки методов их проектирования весьма актуальной.

Таким образом, объектом исследования диссертационной работы является система технического зрения на основе матричного фоточувствительного ф прибора с зарядовой связью (ФПЗС), установленная на мобильном колесном роботе, осуществляющая получение измерительной видеоинформации в процессе движения робота по дороге, имеющей микронеровности.

Предметом исследования диссертационной работы являются методы проектирования демпфированных СТЗ МКР, основанные на учете параметров дороги как случайного воздействующего фактора, колесной базы робота как механического фильтра, элементов оптической системы как оптических фильтров и матричного ФПЗС, как оптико-механического фильтра, на качество формируемого подобной информационно-измерительной системой изображения.

Общей теорией создания подобных систем занимались отечественные ученые А.А. Бабаев, Г.Н. Грязин, В.В.Еремеев, В.К.Злобин, Ю.А. Козлов,

• Г.П.Катыс, Ф.П. Пресс, В Я. Распопов, А.А. Силаев и зарубежные ученые Р.Гонсалес, А.Папулис, У.Прэтт и др. В известных работах по предмету исследования проведен анализ дорог как воздействующих факторов на перемещающиеся по ним транспортные средства, а также оптических систем и фотоэлектронных преобразователей как оптических фильтров.

Ниже предлагается общий подход к моделированию СТЗ МКР, который опирается на аналитические методы математического моделирования механических и оптических узлов, а также фотоэлектронных преобразователей. Математическое описание объекта исследования было разработано с применением щ теоретической механики, проекционной оптики, а спектральной и пространственно-спектральной теории сигналов, случайное воздействие дороги исследовано с применением теории случайных процессов.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методов проектирования информационно-измерительных систем технического зрения, установленных на мобильных колесных роботах.

В соответствии с поставленной целью в диссертации решены следующие задачи.

1. Разработка общей математической модели движения МКР в пространстве, определение основных факторов, воздействующих на СТЗ в процессе щ движения, в частности рельефа, влияющего на условия работы силовой установки, трансмиссии и т.п., и микронеровностей, влияющих на качество сформированного СТЗ изображения во время движения.

2. Разработка математической модели проецирования изображения трехмерной сцены на плоскость расположения фоточувствительных элементов матричного ФПЗС с помощью линейной оптики, установление связи между пространственными координатами объектов наблюдаемой сцены и координатами проекции этих объектов на плоскость.

3. Установление связи между линейными и угловыми скоростями движения СТЗ в пространстве и скоростью перемещения проекции точки на плоскость расположения фоточувствительных элементов матричного ФПЗС.

• 4. Анализ процесса формирования электронной модели изображения в матричном ФПЗС и выявление факторов, которые оказывают влияние на качество сформированной модели изображения.

5. Разработка дифференциальных уравнений, описывающих механические колебания платформы МКР с установленной СТЗ в пространстве.

6. Получение из разработанных дифференциальных уравнений передаточных функций МКР как механического фильтра, осуществляющего преобразование во время движения пространственного сигнала микронеровностей дороги во временные сигналы колебаний линии визирования СТЗ по линейной ф вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам, а также фильтрацию указанных сигналов.

7. Проведение качественного анализа спектральной плотности колебания линии визирования по линейной вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам на разных скоростях движения МКР, и выделение характерных частот колебаний по каждой координате для определения предельных скоростей движения СТЗ относительно наблюдаемых неподвижных объектов.

8. Получение передаточных функций основных элементов оптической системы: среды распространения света, объектива и ФПЗС как статических оп

3 тических фильтров, оказывающих влияние на качество формируемой модели изображения.

9. Получение передаточной функции ФПЗС как динамического оптического фильтра, оказывающего влияние на качество формируемого изображения при движении СТЗ относительно объекта во время накопления заряда в ФПЗС.

10. Установление математических зависимостей, определяющих связи между параметрами движения СТЗ относительно наблюдаемого объекта и размерами динамической апертуры фоточувствительного элемента матричного ФПЗС.

• 11. Разработка кинематических схем и передаточных функций демпферов, позволяющих обеспечить неподвижность оптической линии визирования СТЗ в пространстве с заданной точностью.

12. Разработка практических методик проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС.

Научная новизна диссертации заключается в следующем.

1. Разработан метод определения передаточных функций МКР как механического фильтра осуществляющего преобразование во время движения случайного пространственного сигнала микронеровностей дороги во временные ф сигналы колебаний линии визирования СТЗ по линейной вертикальной, продольной угловой и поперечной угловой координатам, а также фильтрацию указанных сигналов.

2. Разработан метод учета воздействия дороги и механики МКР на качество сформированных СТЗ изображений во время движения, основанной на построении спектральных плотностей колебаний по каждой координате, выделении характерных частот и определении предельных скоростей движения по каждой координате на основании преобразования гармонического сигнала на характерных частотах передаточными функциями МКР.

3. Получена пространственно-частотная характеристика СТЗ с учетом щ динамической апертуры фотоэлемента матричного ФПЗС, формируемой при движении СТЗ относительно наблюдаемого объекта, а также расчетные зависимости, устанавливающие связь параметров движения СТЗ с размерами динамической апертуры.

4. Даны рекомендации по выбору параметров демпферов, включаемых в состав СТЗ, обеспечивающих подавление колебаний линии визирования с заданным коэффициентом.

5. Разработана методика проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС.

Практическая ценность работы заключается в том, что методы и средства стабилизации линии визирования, исследованные в диссертации, ори

• ентированы на проектирование практических СТЗ МКР и позволяют достаточно простыми средствами обеспечивать требуемое качество изображения при определенных техническим заданием параметрах движения роботов, что, в свою очередь, позволяет снизить стоимость и повысить эксплуатационную надежность систем в целом.

Достоверность полученных теоретических результатов подтверждается корректным применением аналитических моделей механических систем, оптических систем и оптоэлектронного преобразователя, а также экспериментальными исследованиями информационно-измерительной системы на основе CIM-щ устройства.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Метод определения передаточных функций МКР как механического фильтра случайного пространственного сигнала микронеровностей дороги.

2. Метод учета воздействия дороги и механики МКР на качество сформированных СТЗ изображений.

3. Расчетные зависимости определения пространственно-частотной характеристика СТЗ с учетом динамической апертуры ФПЗС, формируемой при движении СТЗ относительно наблюдаемого объекта.

4. Рекомендации по выбору параметров демпферов, включаемых в состав щ СТЗ, обеспечивающих подавление колебаний линии визирования с заданным коэффициентом.

5. Методика проектирования СТЗ МКР, учитывающих особенности дорог, конструкции робота и параметры ФПЗС.

Реализация и внедрение результатов. Предложенные в диссертации методы и методики реализованы автором в процессе выполнения НИОКР проведенных на базе войсковой части №10555.

Результаты внедрены в учебный процесс на кафедре "Робототехника и автоматизация производства" Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Тульский государственный универ

• ситет" при преподавании следующих дисциплин: «Спецглавы математики», «Основы робототехники», «Основы информационных устройств роботов», «Основы технического зрения и цифровой обработки изображений».

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

1. Научно-техническая конференция, посвященная 50-летию кафедры систем автоматического управления ТулГУ. - Тула: ТулГУ, 2006.

2. III Общероссийская научно-практическая конференция «Современные информационные технологии, методы и средства создания и использования ф единого российского страхового фонда документации». - Тула: ФГУП «НИИ репрографии», 2006.

3. Всероссийская научно-техническая конференция СУЭТО-4. «Системы управления электротехническими объектами». - Тула: ТулГУ, 2007.

4. XXV Научная сессия, посвященная Дню радио. - Тула: ТулГУ, 2007.

5. X Научно-практическая конференция Тульского артиллерийского инженерного инстиута. - Тула: ТАИИ, 2007.

7. Научно-технические конференции профессорско-преподавательского состава ТулГУ - 2005,2006,2007 гг.

По теме диссертации опубликовано 11 статей, включенных в список лиц тературы, в том числе: 8 материалов докладов на всероссийских конференциях, 2 статьи опубликованы в сборнике, рекомендованном ВАК РФ.

Краткое содержание работы

В первой главе дана классификация СТЗ, расположенных на подвижном основании, определено место в этой классификации СТЗ МКР, построены математические модели самого общего вида, описывающие механическое воздействие дороги на МКР, движение СТЗ, установленной на подвижную платформу МКР в пространстве, формирование факсимильной цифровой модели изображения трехмерной сцены; завершается глава выбором метода исследования и постановкой задачи на исследование.

• Вторая глава посвящена разработке методов оценки параметров перемещения линии визирования в пространстве, при этом разработаны математические модели и передаточные функции, описывающие колебания МКР по вертикальной линейной, продольной и поперечной угловым координатам, проведен качественный анализ спектральных характеристик колебания при случайном воздействии дороги и получены выражения для максимальных скоростей перемещения линии визирования по соответствующим координатам в пространстве.

В третьей главе получены основные соотношения, связывающие про-щ странственное движение платформы с установленной СТЗ с изображением, формируемым объективом на плоскости расположения фоточувствительных элементов ФПЗС, получены пространственные импульсные отклики и пространственные передаточные функции среды распространения света, объектива и матричного ФПЗС для неподвижного изображения, а также пространственная передаточная функция ФПЗС для изображения, перемещающегося относительно входной апертуры фоточувствительного элемента в момент накопления заряда, показана связь динамической апертуры со скоростью движения ФПЗС относительно изображения и временем накопления заряда.

В четвертой главе получены зависимости, определяющие «смаз» изо-щ бражения при известных колебаниях платформы относительно сцены, проведен анализ типового демпфера и получены условия, обеспечивающие оптимальное подавление колебаний на заданных частотах; предложены две конструкции демпферов, которые могут быть применены в СТЗ МКР, а также разработана общая методика проектирования демпфированных СТЗ МКР.

В заключении сделаны выводы по работе в целом.

4.5. Выводы

1. Разработаны методики оценки состояния дороги вдоль и поперек направления движения МКР, показано, что основными характеристиками дороги, оказывающими влияние на качество изображений, являются среднеквадратичное отклонение микронеровностей от среднего уровня и величина корреляционной связи.

2. Определена связь параметров СТЗ с параметрами движения камеры относительно наблюдаемой сцены, в том числе ф размерами амплитуды и частоты колебаний по линейной координате z; размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате <9; размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате у, скорости маневра по углу щ скорости наезда на сцену по координате х;

3. Приведена общая функциональная схема демпфера линейных продольных колебаний и показано, что структура демпфера может быть аппроксимирована колебательным звеном; получены условия, при которых подобная аппроксимация является корректной.

4. Приведена общая функциональная схема демпфера угловых продол fail ных и поперечных колебаний и показано, что структура демпфера может быть аппроксимирована колебательным звеном; получены условия, при которых подобная аппроксимация является корректной.

5. На основании анализа JIA4X звена второго порядка сделан вывод, что наиболее эффективно подавление колебаний осуществляется демпфером, у которого декремент затухания равен единице, получены зависимости для определения постоянной времени демпфера, обеспечивающего заданный коэффициент подавления первой гармоники колебаний.

6. Проведены исследования демпфера СТЗ, представляющего платформу, опирающуюся на подвижное плоское основание тремя демпфирующими элементами; получена структурная схема демпфера, входами которой являются

9 вертикальная координата основания, расположенная под центром масс демпфера, а также углы места и крена, а выходами - вертикальная координата центра масс СТЗ и углы места и крена системы координат, связанной с камерой, относительно земной системы координат.

7. Проведены исследования демпфера СТЗ, представляющего двух степенной карданов подвес на подвижном основании; получена структурная схема демпфера, входами которой являются вертикальная координата основания, а также углы места и крена, а выходами - вертикальная координата центра масс СТЗ и углы места и крена системы координат, связанной с камерой, относиф тельно земной системы координат.

8. Разработана общая методика проектирования СТЗ МКР.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Составлено векторное уравнение самого общего вида, описывающее механическое движение МКР в пространстве и показано, что в механической системе могут быть выделены платформа с установленной камерой, подвески с демпфированием и колесные опоры с амортизацией, подвергающиеся воздействию со стороны дороги.

2. Проведен анализ воздействия дороги на транспортное средство и показано, что воздействие сводится к двум факторам: рельефу местности, влияюгце

0 му на нагрузки при движении транспортного средства, и случайным микронеровностям, влияющим на колебания платформы с установленной СТЗ, линейное по вертикали и угловые по углам места и крена, относительно некоторого среднего положения МКР.

3. Разработаны методики, позволяющие определять основные параметры корреляционной функции случайного воздействия, и показано, что масштаб по оси абсцисс корреляционной функции, определяющей характер микронеровностей, зависит от скорости движения МКР по дороге.

4. Проведен анализ характеристик, определяющих качество изображения, и показано, что определяющей характеристикой при восприятии сцены в двищ жении является разрешающая способность СТЗ.

5. Построены аналитические математические модели, описывающие колебания платформы с установленной СТЗ при воздействии микрорельефа дороги трехколесного и многоопорного робота, получены передаточные функции для определения частотных характеристик линейных колебаний по вертикали и колебаний по углам места и крена роботов с демпфированием, а также с амортизацией и демпфированием.

6. Построены математическая модель продольного движения трехколесного МКР, и его маневров по углу курса и получены выражения для определения кривизны траектории и скорости изменения угла курса при повороте направляющих колес. f 8. Проведен анализ функциональных элементов СТЗ и установлено, что на качество изображения, ею формируемого, оказывают влияние все компоненты, расположенные на пути распространения света, включая атмосферу, которая может содержать диспергенты, влияющие на качество изображения, объектив, фоточувствительный прибор с зарядовой связью, для всех установленных компонентов определены пространственные импульсные отклики и пространственно-частотные передаточные функции.

9. На основании анализа процесса накопления заряда в матричном ФПЗС определен его импульсный отклик и пространственная частотная характеристиф ка, формируемая за счет перемещения фоточувствительных ячеек относительно изображения в процессе накопления заряда; показано, что параметры указанной характеристики определяются скоростью перемещения изображения относительно фоточувствительной ячейки.

10. Проведен качественный анализ колебаний платформы с установленной СТЗ при воздействии дороги и показано, что при оценке воздействия на ФПЗС можно ограничиться гармоническим сигналом на частоте резонанса по каждой координате, что позволяет оценить размеры динамической апертуры фоточувствительных ячеек ФПЗС.

11. Определена связь параметров СТЗ с параметрами движения камеры ф относительно наблюдаемой сцены, в том числе размерами амплитуды и частоты колебаний по линейной координате z; размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате 3\ размерами амплитуды и частоты колебаний по угловой координате у, скорости маневра по углу щ скорости наезда на сцену по координате х;

12. Приведены общие функциональные схемы демпферов линейных и угловых колебаний, показано, что структуры демпферов могут быть аппроксимированы колебательным звеном и получены условия, при которых подобная аппроксимация является корректной; для колебательного звена определены параметры, при которых фильтрация пространственных частот является оптимальной.

13. Предложены две схемы демпферов, устанавливаемых на СТЗ МКР: с подвижной трехопорной платформой и с двухстепенным кардановым подвесом на подвижном основании; для каждого демпфера разработано математическое описание и получена структурная схема.

14. На основании сопоставительного анализа схем сделан вывод о функциональном преимуществе схемы с кардановым подвесом на подвижном основании.

15. Разработана общая методика проектирования СТЗ МКР, предусматривающая учет воздействия дороги, пространственных частотных характеристик среды распространения света, объектива, ФПЗС, а также передаточных характеристик МКР и дополнительного демпфера СТЗ.

16. Методика внедрена в промышленность и в учебный процесс кафедры РТиАП Тульского государственного университета.

1. Абузова И.В., Игнатьев В.М., Ларкин Е.В. Сканирующие системы с повышенным разрешением. Тула: ТулГУ, 1996. - 88 с.

2. Андриянов А.В., Шпак И.И. Цифровая обработка информации в измерительных приборах и системах. Минск: Вышэйшая школа, 1987. - 176 с.

3. Автоматическая стабилизация оптического изображения / Д.Н.Еськов, ЮЛЛарионов, В.А.Новиков, В.А.Солнцев, В.А. Торопин. Ред. Д.Н.Еськов, В.А.Новиков. Л.: Машиностроение, 1988. 240 с.

4. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высшая школа, 1988. - 432 с.

5. Акименко Т.А., Лучанский О.А. Модели механического воздействия на транспортируемую аппаратуру // Системы управления электротехническими объектами. Сб. трудов 4-1 Всероссийской научно-технической конференции СУЭТО-4. Тула: ТулГУ, 2007. - С. 27 - 30.

6. Акименко Т.А., Лучанский О.А. Продольное движение подвижного наземного объекта с колесными движителями // Приборы и управление. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, с. 6 -11.

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

8. Анучин О.Н. Инерциальные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов. С.Пб.: ЦНИИ «Электроприбор», 2003. - 387 с.

9. Бабаев А.А. Амортизация, демпфирование и стабилизация бортовых оптических приборов. М.: Машиностроение, 1984. - 232 с.• 11. Бабаев А.А. Стабилизация оптических приборов. JL: Машиностроение, 1984. 232 с.

10. Баранов JI.A. 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 А.С., Летуновский А.В. 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. Бесекерский В.А., Фабрикант Е.А. Динамический синтез систем гироскопической стабилизации. Л.: Судостроение, 1968. - 348 с.

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

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

17. Бутаков Е.А., Островский В.И., Фадеев Л.И. Обработка изображе-щ ний на ЭВМ. М,: Радио и связь, 1987. - 236 с.

18. Бурдаков С.Ф., Стельмаков Р.Э., Мирошкин И.В. Системы управления движением колесных роботов. С.-Пб: Наука, 2001. - 227 с.

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

20. Введение в аэроавтоупругость / С.М.Белоцерковский, Ю.А.Кочетков, А.А.Красовский, В.В.Новицкий. М.: Наука, 1980. - 384 с.

21. Вилькс В.Г., Дворников М.В. Качение колеса с пневматиком по плоскости // Прикладная математика и механика. 1998. - Т. 62. - Вып. 3. - С. 393-404.Щ• 24. Воронцов МЛ. Управляемые оптические системы. М.: Наука, 1988.-768 с

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

23. Габор Д. Датчики смещения и приводы для управления сегментированным главным зеркалом // Оптические и инфракрасные телескопы 90-х годов. М.: Мир, 1983. - 296 с.

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

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

26. Гельман М.М. Аналого-цифровые преобразователи для инФоомаци-онно-измеоительных систем. М.: Изд-во стандартов, 1989. -117

27. Гитис Э.И. Пискулов Е.А. Аналого-цифровые преобразователи. -М.: Энепгоизлат. 1981. 3^0 п.

28. Гольбеог Л.М. Цифровая обработка сигналов. М.: Радио и связь.10оп .

29. Гонсалес Р. Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Тех-ф носФеоа. 2005. - 1072 с.

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

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

32. Гусев Н.А. Жидкостной компенсатор // Геодезия и картография. -1QSR . No Q . г

33. Даджион Л. Меосеро Р. Цифровая обработка многомерных сигналов. М.: Мир. 1988. - 488 с.

34. Леч Г. Руководство к практическому применению преобразования

35. Лапласа и Z-ппеобрачовяния. М.: Наука. 1971. - 2К8 с.ф 38. Ермаков О.Н. Прикладная оптоэлектроника. М.: Техносфера, 2004. -416с.

36. Ерофеенко В.Г., Козловская И.С. Основы математического моделирования. Минск: БГУ, 2002. - 195 с.

37. Зарубин B.C. Математическое моделирование в технике. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001. - 496 с.

38. Зуев В.А., Попов В.Г. Фотоэлектрические МДП-приборы. М.: Радио и связь, 1983. - 160 с.

39. Иванов Ю.В. Гироскопические системы измерения вертикальной + качки. Тула: ТулГУ, 2004. - 184 с.

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

41. Игнатьев В.М., Ларкин Е.В. Восприятие информации в системах искусственного интеллекта. Тула: ТулГУ, 1993. - 88с.

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

43. Карпов В.К. О целесообразности построения следящих систем с гироскопическим приводом // Стабилизация и ориентирование научной аппаратуры при проведении наблюдений на подвижных объектах. Тула: ТЛИ, 1976. С.1.8.

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

45. Ковтонюк Н.Ф., Сальников Е.Н. Фоточувствительные МДП-приборы для преобразования изображений. М.: Радио и связь, 1990. - 157 с.

46. Козлов Ю.А. Устройства стабилизации и измерения линейных и угловых смешений изображений // Изв. ЛЭТИ. Автоматизация производственных про::ессо:: н установок. 1978. - Вып. 239. - С. 69 - 76.

47. 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.

48. Козловский М.З. Автоматическое управление виброзащитными системами. М.: Наука, 1967. - 320 с.

49. Кравцов Н.В., Чирков JI.E., Поляченко B.JI. Элементы оптоэлек-Ф тронных информационных систем. М.: Наука, 1970. - 223 с.

50. Краснов М.П., Киселев А.И., Макаренко Г.И. Функции комплексного переменного. Операционное исчисление. Теория устойчивости. М.: Наука, 1971.-304 с.

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

52. Кривошеее М.И. Основы телевизионных измерений. М.: Радио и связь, 1989.-381 с.

53. Курочкии С.А. Моделирование движения наземного объекта со стабилизированной платформой в тренажере // Известия ТулГУ. Серия: Вычисли

54. Ф тельная техника. Информационные технологии. Системы управления. Вып. 4. Том 3: Системы управления. Тула: ТулГУ, 2003. - С. 84 - 89.

55. Курочкии С.А. Моделирование на тренажере управляемого движения // Математические методы в технике и технологиях. ММТТ-16: XVI Международная научная конференция. СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2003. - С. 199 - 201.

56. Курочкии С.А., Ларкин Е.В. Принцип моделирования динамики движения кабин наземных транспортных средств в тренажерах // XXI Научная сессия, посвященная Дшо радио. Тула: ТулГУ, 2003. - С. 22 - 24.

57. Курочкии С.А., Лучапский О.А. Передаточные функции корректирующих устройств в системах с обратными связями // Известия ТулГУ. Сер.

58. Щ Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Т. 1. Вып. 3. Системы управления. Тула: ТулГУ, 2006. - С. 258 - 262.

59. Курочкин С.А., Лучанский О.А. Цифровое управление объектами // Математическое и программное обеспечение вычислительных систем. М.: Горячая линия - Телеком, 2007. - С. 25 - 28.

60. Лагранж Ж. Аналитическая механика. М.: Гостехиздат, 1950. - Т. 1.- С. 372-390.

61. Ларкин Е.В. Лучанский О.А. Кинематика движения колесного робота в трехмерном пространстве // XXV Научная сессия, посвященная Дню ращ дио. Тула: НТО РЭС им. А.С. Попова, 2007. - С. 54 - 58.

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

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

64. Лучанский О.А., Ткач В.П., Чугреев А.А. Моделирование механических шумов // Известия ТулГУ. Сер. Вычислительная техника. Информационные технологии. Системы управления. Т. 2. Вып. 3. Системы управления. -Тула: ТулГУ, 2006. С. 22 - 27.

65. Лучанский О.А. Демпфирование механических воздействий па Ф транспортируемую аппаратуру // Системы управления электротехническимиобъектами. Сб. трудов 4-1 Всероссийской научно-технической конференции СУЭТО-4. Тула: ТулГУ, 2007. - С. 30 - 32.

66. Лучанский О.А., Пушкин А.В. Собственные движения кабины транспортного средства при боковых воздействиях // Приборы и управление. Вып. 5. Тула: Изд-во ТулГУ, с. 68 - 73.

67. Лучанский О.А., Пушкин А.В. Стабилизация элемента вооружения в подвижном наземном объекте // Научно-технический сборник ТА ИИ. Тула: ТАИИ, 2007. - С. 27-31.

68. Лямин А.В., Мирошник И.В. Динамические модели многоприводных колесных роботов // Анализ и управление нелинейными колебательными системами. С.Пб.: Наука, 1998. - С. 201 - 214.

69. Лямин А.В., Фрадков А.Л. К задаче о выкатывании экипажа из ямы // Автоматика и телемеханика. 1997. - № 11. - С. 45 - 55.ф 73. Мадьяри В. Элементы оптоэлектроники и фотоэлектрической автоматики. М.: Сов. радио, 1979. - 160 с.

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

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

72. Математические модели, динамические характеристики и анализ систем автоматического управления. Т. 1. Методы классической и современной теории автоматического управления / Ред. К.А. Пупков и Н.Д. Егупов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 656 с.

73. Мельник А.А. Тренажеры для обучения водителей. Киев: Техника, # 1973.- 140 с.

74. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение, 1983. - 420 с.

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

76. Новожилов И.В. Качение колеса // Изв. РАН. Механика твердого тела.-1998.-№4.-С. 50-55.

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

78. Носов Ю.Р., Шилин В.А. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью. М.: Сов. радио, 1986. - 254 с.

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

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

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

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

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

84. Парамонов П.П. Основы проектирования авионики. Тула: ТулГУ,2003.- 164 с.

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

86. Пельпор Д.С. Гироскопические системы ориентации и стабилизации: Справочное пособие. JL: Машиностроение, 1982. - 165 с.

87. Ф 91. Погарев Г.В. Оптические юстировочные задачи: Справочное пособие. JL: Машиностроение, 1974. - 223 с.

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

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

90. Птачек М. Цифровое телевидение. Теория и техника. М.: Радио и связь, 1990. - 528 с.

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

92. Ребрин Ю.К. Управление оптическим лучом в пространстве. М.:

93. Ф Сов. радио, 1977. 336 с.

94. Ривкии С.С. Стабилизация измерительных устройств на качающемся основании. М.: Наука, 1978. - 320 с.

95. Родионов В.И. Системы гироскопической стабилизации оптического изображения: Учебное пособие. Тула: Изд-во ТулГУ, 2003. - 154 с.

96. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля и его колебания. М.: Машгиз, 1960.-257 с.

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

98. Ф 101. Савчук А.А. Пространственно-зависимые искажения изображения,вызванные движением, и реставрация изображения // Обработка изображения при помощи ЦВМ. М.: Мир, 1973. - С. 75 - 81.

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

100. Сергеев В.И. Инструментальная точность кинематических и динамических систем. М.: Наука, 1971. - 100 с.

101. Силаев А.А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. М.: Машиностроение, 1972. - 192 с.

102. Смирнов А.В. Основы цифрового телевидения. М.: Горячая линия ф -Телеком,2001.-224с.

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

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

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

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

107. Ширяев А.Н. Вероятность. М.: Наука, 1989. - 640 с.

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

109. Agullo J., Cardona S.,Vivancos J. Dinamics of vehicles with directional by sliding wheels // Mechanisms and Machine Theory. 1982. - Vol. 24. - N 1. - Pp. 53 - 60.

110. Balakrishna R., Ghosal A. Modeling of slip for wheeled mobile robots // IEEE Transactions of Robotics and Automation. 1995. - Vol. 11. - N 1. - Pp. 126 -132.

111. Bracewell R.N. The Fourier Tramsform and Its Applicatiohs. N.Y.1. McGraw-Hill, 2000. 604 p.

112. Campion G., D'Andrea'a-Novel В., Bastin G. Structural properties and classificatin of cinematic and dynamic models of wheeled mobile robots // IEEE Transactions on Robotics and Automation. 1996. - Vol. 12. - N. 1 -, Pp. 47 - 62.

113. Capone B.R., Taylore R.W., Kosonocky W.F. Design and characterization of Schottky infrared charge coupled device (IRCCD) focal plane array // Optical Engeneering. 1982. - V. 21. - N 5. - Pp. 945 - 950.

114. De Ponteves D., Rafat R. Stabilisation de la visee par systeme giro-scopique //Nouvelle Revue d optique applique. 1972. - N 1. - Pp. 19 - 24.

115. Fradkov A.L., Stotsky A.A. Speed gradient adaptive algorithms for me-Ф chanical system //International Journal of Adaptive Control and Signal Processing.1992.-Vol. 6.-Pp. 211 -220.

116. Freund E., Mayr R. Nonlinear path control in automated vehicles // Journal of vehicle design. 1998. - Vol. 9. - N 2. - Pp. 159 - 178.

117. Hair Т., Bluthe J., Ager W. An Optical Method of Measureing Transverse Surface Velocity // Acta IMECO. Budapest, 1968. Vol. 2. - Pp. 191 -198.

118. Hess R.A. Model for Human Use of Motion Cues in Vehicular Control // Journal of Guidance. 1990. - Vol. 13. - N. 4. - Pp. 476 - 482.

119. Koh K.C., Cho H.S. A path tracking control system for autonomous mobile robots: an experimental investigation // Mechatronics. 1994. - Vol. 4. - N. 8. -Pp. 799-820.

120. Loni А. С. P., Lion M. L. High resolution still - image on transmission based on CCITT H. 261. Codec // IEEE Trans. Circuits and Syst. Video Tedenol. -1993. - V3.-№2.-Pp. 164-169.

121. Wong J.Y. Theory of ground vehicles. N.Y.A Wiley, 1978. - 500 pp.

122. Wood G.D. An Airborne Video (Motion Picture Surveillance System) // Journal of the SMPTE, 1974. N 9. - Pp. 740 - 743.