WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 3 ] --

Метод оценки контурного сходства из-за необходимости наличия большого количества эталонов для учета изменений при смене ракурса, деформации перемещений также нельзя отнести к универсальному, хотя в ряде случаев его применение целесообразно, особенно, если использовать параметры, минимизирующие функцию ошибки сравнения [53].

Для методов распознавания математического направления очень важным является процедура структурирования, то есть процесс выделения заданной или требуемой структуры данных изображения [6, 8]. Это могут быть линейные списки, двумерные массивы, иерархические и рекурсивные структуры. Однако, единой методологии, которая бы позволила структурировать достаточно широкий класс изображений, нет, поэтому для каждого отдельного случая выбирается тот или иной подходящий вариант.

Анализ методов распознавания математического направления дает возможность выделения общих недостатков: во–первых, сложный процесс поиска признаков изображения; во–вторых, необходимость предварительной обработки изображений с целью упрощения процесса классификации; в– третьих, необходимость хранения большого количества эталонов, учитывающих все возможные изменения изображения; в–четвертых, отсутствие универсальной методики описания структуры изображения; в– пятых, отсутствие универсальных и быстрых алгоритмов распознавания.

Другое направление физико-математическое (или оптикоматематическое) предполагает знание и использование оптико-физических закономерностей формирования изображений. Для распознавания образов на основе оптико-математических методов необходимы предварительные теоретические расчеты и выводы формул без участия конкретного изображения, но на основе моделей изображений тел простой формы, описывающиеся простыми математическими выражениями. На основе моделей изображений необходима разработка способов воспроизведения формы или распознавания. В таком случае конкретное изображение, полученное заранее или непосредственно в процессе распознавания, может обрабатываться вложенным в компьютер алгоритмом. Для этого необходимо непосредственное соединение прибора наблюдения с ЭВМ.

Сканирование (или сбор данных) может идти по одной линии (например, по горизонтали) и форма объекта воспроизводится для каждой линии сканирования. Наслоение линий даст в трехмерном графическом воспроизведении объемную картину объектов наблюдения.

Поскольку максимальная сложность обработки относится к предварительному этапу (вывод формул, моделирование, разработка способов распознавания), а непосредственно распознавание зависит только от результатов - способа распознавания - и алгоритм можно считать достаточно универсальным, то целесообразно уделить внимание развитию оптико-математического направления распознавания. Тем более, что все попытки разработки универсальных методов математического направления пока к желаемому результату не приводят, а являются либо «оттачиванием»

уже существующих, либо разработкой новых методов, но для конкретной задачи.

В этой связи данная работа посвящена развитию второго направления, опирающегося на оптические свойства собственного и отраженного теплового излучения объекта, которые содержат информацию, необходимую для получения его трехмерной формы.

1.2 Анализ методик и способов определения формы на основе обработки отраженного поверхностью объекта При разработке систем дистанционного определения параметров удаленного объекта одной из серьезных проблем является создание реалистичных трехмерных изображений сцен путем их трехмерного сканирования. Применяемые в настоящее время технологии трехмерного сканирования являются весьма трудоемкими и, как правило, требуют ручной доводки, получаемых в итоге их применения результатов. Для получения недостающей третьей координаты сканируемого объекта (глубины) используются либо время задержки отражений лазерного сканирующего луча от объекта, либо степень искажения проекций на сканируемый объект специальной решетки, например решетки в виде полос (структурированный свет), либо смещение соответствующих точек сканируемого объекта на стереоизображениях, либо применяются методы вычисления третьей координаты, основанные на использовании эффекта размытия изображения, обусловленного конечностью глубины фокусировки оптической системы.

Перечисленные методы имеют следующие недостатки.

Лазерные сканеры в настоящее время применяются для сканирования только крупных объектов, таких как здания, вышки, башни, заводские территории, железнодорожные станции, аэропорты и т. д., поскольку погрешность измерения глубины при сканировании небольших объектов оказывается слишком большой.

Применение способа, при котором на сканируемый объект проецируется структурированного света), возникает проблема сшивания изображений, полученных по нескольким проекциям. Поскольку у реальных объектов различные части имеют сильно различающуюся детализацию, то в областях высокой детальности в создаваемую модель приходится вручную добавлять точки, что делает метод трудоемким. Кроме того, при использовании нескольких камер нужно предварительно провести их калибровку, т. е.

определить взаимное расположение камер.

Технология способа основана на использовании стереоизображений, заключается в том, что при ее применении трудно обеспечить точное соответствие для пикселей на изображениях объекта, полученных с двух камер в бесструктурных областях, вследствие чего невозможно обеспечить достаточную точность получаемых трехмерных изображений. Недостатками технологии, основанной на вычислении глубины резкости, являются низкая точность получаемых результатов и высокая трудоемкость. Однако для подвижных ОЭКН создать необходимое пространственное разнесение (базу) оптико–электронных каналов практически невозможно.





Перечисленные выше методы не исчерпывают возможности получения (измерения) третьей координаты наблюдаемого объекта. Учитывая то, что информацию о форме наблюдаемого объекта (координате глубины) зрительная система получает разными способами. К ним относятся не только стереоскопический эффект и эффект, обусловленный конечностью глубины резкости оптики глаз, но также наличие перспективных искажений в проекциях изображаемой сцены на сетчатки глаз, а также ряд других эффектов, и главным образом распределение светотеней на изображениях объектов. Последнее обусловлено тем, что количество света, попадающего в глаза зрителя, зависит как от отражающих свойств поверхностей наблюдаемых объектов, так и от взаимного расположения этих поверхностей и источников света, что в конечном итоге позволяет судить о форме (рельефности) объектов.

1.2.1 Применение лазерного канала видения для определения Для формирования трехмерного изображения объекта и последующего распознавания его формы может использоваться также активно–импульсный дальностно–яркостный канал или ЛКВ (лазерный канал видения), длина волны излучения 1,06 мкм или 1,55 мкм, обеспечивающий возможность формирования как яркостных, так и дальностных изображений, яркость элементов которых пропорциональна расстоянию до соответствующих участков поля объектов. Эффективность этого канала не зависит от энергетического состояния объектов и определяется, главным образом, оптическими характеристиками объекта и фона, а также условиями локации.

Выполненные в ОАО НПО «ГИПО» соответствующие эксперименты и анализ дальностных изображений свидетельствуют о возможности профилирования объектов по глубине сцены, благодаря чему информация об этих объектах принципиально отличается от информации, которую дают яркостные каналы ОЭC [1]. Это позволяет оператору быстрее и точнее оценивать обстановку на местности, что существенно повышает эффективность использования ОЭС.

Рисунок 2 представляет яркостное изображение сюжета "техника– строения–фон", который демонстрирует также отличие использования ЛКВ от использования способа основанного на использовании пассивного канала ОЭС, это блик от ОЭС, который говорит о том, что ОЭС наблюдателя может быть обнаружена.

Рисунок 3 иллюстрирует информационные возможности дальностных изображений, последовательно показывающих "продвижение" контролируемой оператором зоны наблюдения вглубь перспективы. При этом, как видно, предъявляются сюжеты, на которых исключен фон заднего плана, а в пределах выделенного диапазона дальностей последовательно выявляются новые фрагменты поля объектов – образцы ВТТ и люди, находящиеся на соответствующем удалении.

На рисунке 4 показан интегрированный ряд дальностных изображений, причем каждому диапазону дальностей присвоен определенный цвет изображения в соответствии с приводимой шкалой. Указанная технология электронной обработки видеосигналов существенно повышает дешифрируемость данных изображений [1].

Рисунок 4 – Синтезированное дальностное изображение Основным перспективным достоинством ЛКВ является возможность воспроизведения объемной формы объектов, являющейся дополнительным демаскирующим их признаком. В практике создания ЛКВ указанное направление связывается и с успехами в создании так называемых флеш– экспериментальных нанотехнологиях приведен на рис. 4. В любом случае регистрация объемной формы обеспечивает более высокую эффективность канала при распознавании объектов, в том числе автоматическом, поскольку пик корреляционной функции (критерий распознавания) здесь оказывается более острым. Другие преимущества данного канала - это возможность дальнометрирования и выделения объектов, в частности по их силуэту, из фона и внешних помех, естественных или преднамеренных, снижение влияния излучения атмосферы, обеспечение возможности наблюдения объектов, расположенных, например, за транспарантными маскировочными покрытиями или редким кустарником. Все это особенно важно при обнаружении движущихся объектов или изменении условий их наблюдения.

На рисунке 5 [1] представлено изображение пыльцы растения с размерами 25 мкм, полученное при регистрации одного изображения (а) и множества изображений по глубине сцены (б).

Однако качество формируемых ЛКВ–изображений может быть снижено из-за наличия спеклов – наложенного на изображение высококонтрастного мелкозернистого шума, обусловленного интерференцией излучения, отраженного от шероховатой поверхности объекта, а также сцинтилляционного шума, вызванного воздействием на зондирующие лазерные импульсы турбулентности атмосферы.

Стоит отметить, что надежная оценка эффективности ЛКВ в режиме формирования дальностных изображений затруднительна по причине отсутствия соответствующих достаточно полных и достоверных экспериментальных данных. Однако в качестве верхней границы показателей эффективности канала при восприятии объемной формы объектов, повидимому, допустимо принять оценку, согласно которой номинальные значения критериев Джонсона, определяющих, например, по методике [13], вероятность обнаружения и распознавания объектов, должны быть уменьшены в два раза. Хотя, по мнению авторов [1], эффективность регистрации объемной формы объектов может быть даже выше ("3D-датчики дают многократное преимущество по дальности идентификации по сравнению с системами типа FLIR"), все же наиболее реальной, на наш взгляд, является оценка, в соответствии с которой дальность идентификации с вероятностью 0,9, например, вооруженного человека при восприятии его изображению. Среднее значение критерия Джонсона (определяемое, как правило, для вероятности вскрытия 0,5) для объемных изображений при этом оказывается в 1,2-1,3 раза меньше, чем для плоских. Основной тактический недостаток ЛКВ - отсутствие скрытности - может быть нивелирован сокращением времени использования канала, а также существенными трудностями при работе по малогабаритным объектам.



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 15 |
 


Похожие работы:

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.