Підвищення ефективності методів оптико-електронного позиціонування шляхом комбінованого аналізу елементів кадру

Abstract

Дисертаційне дослідження присвячене розробці методів оптико-електронного позиціонування з метою підвищення ефективності їх функціонування. В дисертаційній роботі було запропоновано кількісний показник ефективності систем оптико-електронного позиціонування з урахуванням природних факторів впливу, маневрових характеристик носія системи, маневрових характеристик цілей та штучних перешкод, що дозволяє оцінити роботу подібних комплексів в реальних умовах, не проводячи натурних експериментів. В роботі удосконалено методи побудови оптичного потоку за рахунок зменшення піраміди масштабів , що відрізняється від існуючих методів введенням в математичну модель обробки інерційних та висотно-швидкісних даних носія системи оптико-електронного позиціонування, що дозволяє зменшити час обробки та підвищити ефективність системи в цілому. Також було запропоновано метод багатоканального пасивного вимірювання дальності на основі оптичного потоку в стереоскопічному зображенні, який дозволяє, на відміну від існуючих, будувати карту глибини зображення в некаліброваних стереопарах з масштабною стереобазою. Удосконалено метод попередньої обробки зображень, який відрізняється від існуючих введенням адаптивної фільтрації високочастотних шумів, що дозволяє підвищити завадостійкість систем оптико-електронного позиціонування при супроводі об’єктів в умовах неоднорідного фону. Розроблено алгоритми та пакет прикладного програмного забезпечення, які реалізують удосконалений метод розрахунку оптичного потоку та метод вимірювання дальності для роботи в складі систем оптикоелектронного позиціонування. Розроблено комплект конструкторської документації та виготовлено дослідний зразок системи оптико-електронного позиціонування, яка реалізує методи розрахунку оптичного потоку та вимірювання дальності, отримані в результаті дисертаційного дослідження. Диссертационное исследование посвящено разработке методов оптикоэлектронного позиционирования с целью повышения эффективности их функционирования. В диссертационной работе был разработан комплексный показатель эффективности систем оптико-электронного позиционирования с учетом естественных факторов влияний, маневренных характеристик носителя системы, маневренных характеристик объектов наблюдения, что позволяет оценить эффективность систем оптико-электронного позиционирования без проведения экспериментов. В работе усовершенствован метод расчета оптического потока Лукаса-Канаде путем введения в математическую модель данных, полученных с датчиков инерциальной и высотно-скоростной подсистем, что снизило количество необходимых слоев в пирамиде масштабов, что позволило обеспечить значительный прирост скорости обработки изображений. Введен метод многоканальной пассивной дальнометрии на основе анализа оптического потока, обеспечивающий построение карты относительной и абсолютной глубины изображения в некалиброванных горизонтальных стереопарах а также детектировать и сопровождать подвижные объекты без введения дополнительных алгоритмов трекинга. В работе предложен метод построения карты глубины изображения в условиях линейного сближения, базирующийся на анализе оптического потока, полученного при масштабировании объектов видеопоследовательности. Также был усовершенствован метод предварительной обработки изображения путем введения адаптивной фильтрации высокочастотных шумов изображения для использования с узкопольными оптическими системами. Предложен алгоритм и прикладное програмное обеспечение, реализующие усовершенствованный метод расчета оптического потока и метод многоканальной дальнометрии для работы в составе систем оптикоэлектронного позиционирования. Разработан комплект конструкторской документации и изготовлен опытный экземпляр системы оптико-электронного позиционирования, реализующей методы расчета оптического потока и измерения дальности, полученные в результате диссертационного исследования. The dissertation research is devoted to the development of optical-electronic guidance methods in order to increase the efficiency of their functioning. In the dissertation work, a quantitative indicator of the effectiveness of optical-electronic guidance systems was developed, taking into account the natural factors of influence, the maneuverable characteristics of the carrier of the system, the maneuverable characteristics of targets, interference from the means of optical-electronic suppression, which makes it possible to evaluate the effectiveness of the optical-electronic guidance systems without conducting experiments. In this work, the method for calculating the optical flow of Lucas-Kanade was improved by introducing into the mathematical model the data obtained from the sensors of the inertial and high-altitude-velocity systems, which reduced the number of required layers in the method scale pyramid without increasing the processing time. A method of multichannel massive ranging based on the analysis of the optical flow has been developed, which provides the construction of a map of the relative and absolute depth of the image in uncalibrated horizontal stereopairs. The image preprocessing method was also improved by introducing adaptive filtering of high-frequency image noise. An algorithm and applied software have been developed that implement an improved method for calculating the optical flow and a method of multichannel ranging for operation as part of optoelectronic guidance systems. A set of design documentation has been developed and a prototype of an optical-electronic guidance system has been manufactured, which implements the methods for calculating the optical flow and measuring the range obtained as a result of the dissertation research.