Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Информационно-измерительные системы

Диссертационная работа:

Чекотило Елена Юрьевна. Параметрическая оптимизация информационно-измерительной системы определения параметров движения изображения подстилающей поверхности : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.16 / Чекотило Елена Юрьевна; [Место защиты: Сам. гос. техн. ун-т]. - Самара, 2008. - 124 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/698

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение 4

1 Состояние проблемы и обоснование
направления исследований 11

1.1 Обзор существующих методов определения

параметров движения яркостных объектов 15

1.1.1 Методы, основанные на анализе

пространственных частот изображения 15

1.1.2 Методы, основанные на измерении

смещения изображения 18

1.1.3 Градиентные методы 21

1.2 Основные задачи исследований 25

2. Метод функциональных преобразований

в задаче определения параметров движения

подстилающей поверхности 27

2.1 Модель формирования изображения движущейся

подстилающей поверхности 27

  1. Уравнение движения изображения 32

  2. Вывод уравнений функциональной связи 33

  3. Условия совместности системы ФС - уравнений 42

Основные результаты и выводы 45

3 Итерационный метод измерения параметров
движения изображения подстилающей
поверхности 46

3.1 Оценка погрешности измерения параметров

движения изображения подстилающей поверхности 46

3.1.1 Влияние случайного аддитивного шума

на погрешности измерения скорости движения изображения 47

3.2 Итерационный метод измерения скорости

движения изображения подстилающей поверхности 52

3.3 Аналитические оценки сходимости

итерационного метода функциональных преобразований 56

  1. Оценка сходимости метода для случая двумерного плоско-параллельного движения (a(t)=const) относительно подстилающей поверхности 58

  2. Оценка сходимости метода для случая чистого поворота изображения в плоскости

движения подстилающей поверхности 60

Основные результаты и выводы 65

4 Параметрическая оптимизация информационно —
измерительной системы определения параметров
движения подстилающей поверхности 66

4.1 Классификация изображений на основе

исследования их вероятностных характеристик 66

4.2 Процедура оптимизации параметров

процесса измерения 75

4.3 Компьютерное моделирование

функционирования ИИС ОПД 81

4.4 Структура бортовой ИИС системы определения

параметров движения изображения 93

  1. Описание работы ИСД 95

  2. Определение времени вычисления

оценки скорости движения изображения 98

4.4.3 Оценка быстродействия бортовой ИИС ОПД 99'

Основные результаты и выводы 99

Заключение 101

Список литературы 103

Введение к работе:

Важной задачей для многих отраслей промышленности является* улучшение методов создания информационно-измерительных систем определения' параметров движения (ИИС ОПД) изображений, способных определять текущее положение диагностируемого объекта и прогнозировать его новое положение (рассматриваемые в < работе изображения - это объекты с собственным или отраженным электромагнитным излучением). Примером таких ИИС ОПД является задача1 определения- параметров движения подстилающей поверхности, когда нежелателен или затруднен непосредственный контакт с контролируемым.яркостным объектом. Задача бесконтактного определения параметров движения особенно актуальна в том случае, когда применение контактных методов в принципе невозможно или недопустимо. Например, при создании, автономных средств навигации и ориентации* космических и* летательных аппаратов, систем наведения, слежения и обнаружения движущихся объектов с помощью оптико-электронных систем видимого и инфракрасного диапазонов, размещенных на борту летательных и космических аппаратов. Подобный случай имеет место также при измерении скорости движения автономных промышленных транспортных средств (транспортных роботов). Перечисленные задачи требуют определения параметров движения' яркостных объектов по видеоинформации, получаемой^на достаточно коротких интервалах времени, т.е. в реальном времени.

Существуют ИИС ОПД, решающие в той* или иной мере
перечисленные выше задачи. Фундаментальным научным проблемам в
области» обработки аэрокосмических изображений- и. созданию ИИС на их
основе посвящены работы российских ученых: член-корр. РАН Сойфера
В.А., Порфирьева Л.П., Сухопарова С.А., Сергеева ВіВ"., Титова В.И.,
Злобина В.К., Еремеева В.В., Обуховой Н.А., Ташлинского А.Г. и их
научных школ. Перспективным методом, обладающим высоким

быстродействием и универсальностью является т.н. метод функционализациич
параметров изображения [116]. Однако, этот метод апробирован только для*
случая плоско-параллельного движения носителя оптической системы. (ОС) .
относительно плоской подстилающей поверхности. Метод

функционализации является' обобщением известного * «градиентного» метода; используемого для вычисленияюптическогошотока [211]1

Практика использования; ИИС ОПД, построенных на> алгоритмах, реализующих этот метод; показала с высокое быстродействие и хоропше метрологические характеристики- ИИС ОПД; но- только в; условиях стабильности освещенности сцены. Оказалось, что при* вариации освещенности сцены» возникает методическая* погрешность, пропорциональная производной по времени функции изменения освещенности..

Настоящая работа посвящена развитию ш апробации метода функционализации: в. приложении? к определению^ движения подстилающей; поверхности с тремя: степенями свободы ^ (случай; когда: носитель. ОО совершает плоско-параллельное движение относительно подстилающей поверхности и вращение в плоскости движения) в условиях изменяющейся' освещенности сцены и вариации типов изображений подстилающей; поверхности.

Тема данной работы сформировалась, при разработке пассивных высокоточных системюбнаружения и слежения за движущимися яркостными? объектами по заказам: Секции прикладных проблема прш Президиуме РАНГ (СІШШРАН);ЛШП РКЦ? "ЦСКБ - Прогресс", Минобрнаукш - їїосбюджетная^ фундаментальная НИР №522/081 «Создание- основа теории і m способов реализации* алгоритмически точных методов? определения- алгоритмові оптимального управления объектамисраспределеннымшпараметрами».

Цель диссертационной работы - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия информационно-измерительной^ системы определения параметров движения изображения подстилающей?

поверхности на основе развития- метода, функциональных преобразований: параметров изображения.

Для» достижения поставленной цели в; работе должны быть решены, следующие: задачи:

развитие метода функциональных преобразований\ с целью-. обеспечения* инвариантности к изменению освещенности подстилающей? . поверхности;

развитие итерационных процедур1 определения параметров движения^ изображения- подстилающей; поверхности дляї трех степеней; подвижности (плоско-параллельное движение и вращение в плоскости движения), реализующих метод функционализации;

получение аналитических оценок сходимости и быстродействия-итерационного метода измерения параметров движения- изображения: подстилающейповерхности;

анализ: влияния? аддитивного шума и изменения интенсивности освещенности изображения на сходимость итерационного ^метода измерения параметров движения изображения подстилающей поверхности;

получение с помощью компьютерных- экспериментов оценок быстродействия и погрешности рассматриваемой ИИЄ ОПД.

Методы, исследований основаны на использовании, теории- оптико-электронных систем, основных разделов математического анализа и математических методов обработки экспериментов^

Основные теоретические и практические выводы диссертации подтверждены результатами моделирования на ЭВМ и экспериментальными исследованиямимакетных образцов;

Научнаяновизна и значимость работы заключается в следующем:

- получена: математическая; модель, (уравнение функциональной;
связи), связывающая доступные измерению характеристики изображения* с
параметрами движения подстилающей поверхности и освещенностью сцены

и представляющая собой линейное алгебраическое уравнение, неизвестными которого являются составляющие вектора скорости и освещенность сцены;

получены алгоритмы вычисления скорости движения^ подстилающей поверхности, инвариантные к изменению освещенности сцены;

предложен итерационный алгоритм- определения параметров движения изображения подстилающей поверхности обладающей тремя степенями' подвижности (плоско-параллельное движение и вращение в плоскости движения);

проведен аналитический и экспериментальный анализ влияния изменения параметров (коэффициент обратной связи, размер окон анализа) итерационного метода определения вектора скорости движения изображений на его сходимость и быстродействие;

произведена параметрическая оптимизация ИИС ОПД изображения подстилающей поверхности, результатом которой стало расширение функциональных возможностей и быстродействия рассматриваемой системы;

проведен экспериментальный анализ влияния аддитивного шума, изменения интенсивности освещенности наблюдаемой сцены на погрешность и быстродействие ИИС ОПД.

Практическая ценность:

предложена универсальная структура ^ информационно-измерительной системы определения* параметров движения! (плоскопараллельное движение и вращения- в плоскости движения) изображения подстилающей! поверхности инвариантная к изменению интенсивности освещенности рассматриваемой'сцены;

получены оценки сходимости и быстродействия предложенных алгоритмов определения параметров движения изображения;

создана программная модель ИИС ОПД, получены оценки быстродействие и погрешности рассматриваемой системы.

Реализация результатов работы осуществлена при разработке по заказу ФГУП ГНП РКЦ "ЦСКБ - Прогресс" (г. Самара) информационно-измерительной, системы компенсации смаза изображений, получаемых при дистанционном зондировании Земли из космоса.-Результаты используются в учебном'процессе кафедры «Электропривод и промышленная* автоматика»-ГОУ ВПО «СамГТУ» в курсе «Элементы систем автоматики».

На защиту выносятся»следующие положения:

вариант метода' функциональных преобразований параметров изображений инвариантный к изменению- интенсивности освещенности* подстилающей поверхности;

итерационный метод определения параметров движения изображения подстилающей' поверхности для» трех степеней подвижности (плоско-параллельное движение и- вращение в плоскости- движения); реализующий метод функционализации;

аналитические оценки сходимости-и быстродействия итерационного-метода определения параметров»движения для случая плоско-параллельного движения- и вращения в плоскости движения изображения подстилающей поверхности;

методика, алгоритмы, и результаты параметрической оптимизации' ИИС ОПД подстилающей поверхности;

модифицированная структура быстродействующей* прецизионной1 ИИС ОПД,' в которой* реализованы алгоритмы оптимизации параметров/ измерения;

оценки погрешностей и быстродействия предложенной информационно-измерительной, системы! определения- параметров'движения1 изображения подстилающей поверхности;

результаты компьютерного экспериментального исследования ИИС

опд.

Апробация работы..

Результаты работы докладывались, обсуждались и= были одобрены на международных, всероссийских и межвузовских научно-технических конференциях, вї том числе на V Международной; конференции молодых ученых «Актуальные^ проблемы современной: науки» (Самара; 2004); Всероссийской' научнойі конференции «Управление и? информационные технологии»- (Санкт - Петербург, 2005), ІП? Всероссийской научной* конференции «Математическое моделирование и краевые: задачи» (Самара; 2006), ХПЪ Международной; научно-технической конференции студентов? и-аспирантов «Радиоэлектроника; электротехника и энергетика» (Москва; 2007), IV Всероссийской научной конференцию «Математическое моделирование и краевые задачи» (Самара, 2007).

Публикации;

По теме диссертационной: работы опубликовано 7 печатных работ, в-том числе 2 статьишгиздании из перечня; рекомендуемого ВАК РФ;

Объем иструктура работы.

Диссертационная работа состоит из введения; четырех разделов;, выводов; и списка литературы из 233 наименований: Общий объема 123" страницы, 3 таблицы, 36 рисунков.

В первом разделе представлен обзор существующих методов; определения параметров? движения яркостных объектов: Проведен анализ этих, методов \ с точки* зрения* возможности построения: систем; функционирующих в*реальном времени: Сформулированы основные задачи? работы, обоснован выбор-направления исследований. Предложена^структура^ ИИС ОИД! в составе: прецизионной^ системы: зондирования» яркостных объектов.*

Во второмфазделе метод функционализации'распространен на случае" определения?параметров движения при*трех степенях подвижности носителя* оптической системы (платформы) относительно плоского недеформируемого

изображения подстилающей поверхности с учетом изменяющихся условий освещенности сцены.

В третьем разделе рассматривается итерационный алгоритм
определения параметров движения изображения подстилающей

поверхности.

В четвертом разделе диссертации предложен алгоритм оптимизации параметров процесса измерения, реализованный в ИИС ОПД и найдены оценки погрешностей и быстродействия предложенной структуры.

Подобные работы
Лихошерст Владимир Владимирович
Микромеханические приборы информационно-измерительных систем определения параметров движения с улучшенными характеристиками
Алимбеков Азат Лиерович
Информационно-измерительная система для определения параметров движения объектов с применением алгоритмических способов повышения их точности
Хромов Николай Павлович
Информационно-измерительная система определения параметров гололедно-ветровых ситуаций
Заботин Иван Николаевич
Стереоскопическая информационно-измерительная система определения параметров движущихся объектов
Жеребятьев Константин Викторович
Информационно-измерительная система для определения параметров калибровки манипуляторов универсальных промышленных роботов
Переяслов Вадим Юрьевич
Информационно-измерительная система для определения параметров состояния статоров турбогенераторов
Петешов Андрей Викторович
Методы и алгоритмы обработки изображений для автоматизированного контроля геометрических параметров объектов с неоднородной структурой поверхности
Толокнова Анна Николаевна
Донная информационно-измерительная система определения способности водоёмов к самоочищению
Слепцов Тимофей Владимирович
Повышение эффективности информационно-измерительных систем определения технических характеристик автоматизированных электроприводов
Гостев Сергей Сергеевич
Способ и измерительно-диагностическая система определения магниточувствительности пациента

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net