Материал: FvvJHp7pSQ

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертация посвящена решению части крупной научно-технической проблемы видеоинформатики – стабилизации изображения в прикладных телевизионных камерах для использования, в первую очередь, в движущихся по неровным дорогам и бездорожью транспортных средствах. При этом акцент делался на частной, но достаточно актуальной задаче компенсации смаза изображения, вызываемого колебаниями визирной оси телекамеры при воздействии механических возмущений типа вибрации основания.

Актуальность темы. Актуальность этой работы связана с потребностью создания качественно нового класса телевизионных камер с автоматической стабилизацией изображения, способных компенсировать большие ускорения вибрации и обеспечивать высокую точность позиционирования исполнительного устройства в условиях жестких требований к массагабаритным характеристикам изделия и призвана способствовать реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России» на 2014–2020 г.

Узкий диапазон компенсируемых возмущений и собственно сама проблематика совмещения изображений – «вечная» проблема телевизионной техники. Одним из основоположников решения данной проблемы является У. Прэтт, рассмотревший вопрос совмещения изображений с точки зрения корреляционной и последовательной привязок. В развитие методов цифровой и электронной стабилизации изображения вклад внесли труды Р. Вудса, Р. Гонсалеса, Ю. Б. Зубарева, В. П. Дворковича, Р. Е. Быкова и др. Проблематику совмещения аэрокосмических изображений методом локальной корреляции рассмотрели А. С. Потапов, И. А. Малышев, В. Р. Луцив. Задачи, связанные с системами контроля смещения изображения, рассмотрели такие научные деятели, как: А. Хаяши, Я. Китогава, Н. Е. Конюхов, Н. В. Кравцов, П. В. Николаев, Ю. Г. Якушев и др. В решение задач, относящихся к рассматриваемой проблеме, внесли вклад Д. Н. Еськов, М. И. Кривошеев, А. В. Петраков, Б. С. Тимофеев, И. Н. Пустынский, И. П. Гуров, А. А. Бузников, М. Н. Голушко. Данная диссертация является развитием известных результатов в области стабилизации телевизионного изображения с акцентированием внимания на значительном расширении диапазона компенсируемых возмущений и повышения точности систем стабилизации.

Целью работы является улучшение качества изображения прикладных телевизионных камер в жестких условиях эксплуатации. Для достижения поставленной цели были поставлены и решены следующие задачи:

1)разработка методов повышения быстродействия стабилизации изображения;

2)разработка методов достижения субпиксельной точности измерений в реальном времени малых смещений изображений;

3)апробация разработанных методов.

4

Основные методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач были использованы: методы теории оценивания, численные методы и методы математического моделирования.

Научная новизна. Научную новизну характеризуют следующие полученные научные результаты:

1.Предложен метод стабилизации изображений, основанный на прямом методе измерения смещения с субпиксельной точностью, отличающийся тем, что позволяет существенно расширить диапазон скоростей смещения визирной оси, при которых искажения смаза маскируются шумом.

2.Введена необходимость учета аппроксимации взаимно корреляционной функции изображений полиномом четвертой степени при субпиксельных смещениях изображения.

3.Предложен алгоритм определения оптимальных параметров режекторного фильтра, основанный на нахождении компромисса между потерей точности и вычислительной сложностью фильтра.

Практическая значимость. Практическая значимость работы определяется выигрышами, достигнутыми благодаря эффективности разработанных методов повышения быстродействия и точности систем автоматической стабилизации изображения:

предложенный метод измерения смещения изображений позволяет вплотную приблизиться к теоретическому пределу эффективности – маскированию шумом скоростного смаза (ошибок стабилизации);

предложенная аппроксимация взаимно корреляционной функции полиномом четвертой степени, позволяет в зависимости от сюжета добиться точности измерения смещения изображения 0,006…0,07 пиксела;

определены параметры импульсной характеристики режекторного фильтра, обеспечивающие компромисс между потерей точности и вычислительной сложностью;

расширение диапазона частот компенсируемых возмущений на 2 порядка за счет реализации системы измерения смещения изображения в виде ВСнК и распараллеливания считывания видеосигналов с линейных фотоприемников.

Основные положения, выносимые на защиту:

1.Предложенный способ построения телекамеры с множественными потоками информации на основе считывания видеосигналов не только с основного матричного фотоприёмника, но и с двух ортогональных линейных фотоприемников, позволяет повысить быстродействие прямого измерения смещения изображения на два порядка по сравнению с телекамерой с единственным потоком видеоинформации.

2.Аппроксимация ВКФ полиномом четвертой степени при субпиксельных смещениях изображения средней детальности позволяет повысить точность измерения смещения изображения до 2 дБ по сравнению с аппроксимацией ВКФ полиномом второй степени.

5

3. Порядок режекторного фильтра обострения ВКФ должен определяться исходя из формализованного компромисса между потерей точности и вычислительной сложностью фильтра.

Реализация результатов работы. Результаты работы использованы в разработках ООО «Пекод», НИР ОАО «НИИТ» и учебном процессе СПбГЭТУ «ЛЭТИ», о чём имеются акты внедрения.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, 2 из которых опубликованы в журнале, входящем в перечень ВАК, 4 работы содержатся в сборниках материалов научных конференций. Получен 1 патент РФ на изобретение. По одной заявке на изобретение имеется решение о выдаче патента.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлялись и обсуждались на:

–научно-технических конференциях СПбНТОРЭС имени А. С. Попова,

СПб, 2012, 2013 гг.;

–международных научно-технических конференциях «Телевидение: передача и обработка изображений», СПб, 2012, 2013 гг.;

–научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2012, 2013, 2014 гг.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из списка используемых обозначений и сокращений, введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников, включающего 109 наименований. Диссертация изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 60 рисунков и 3 таблицы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,

указана цель работы, определены задачи и методы исследования. Сформулированы научная новизна, практическая значимость работы, а также положения, выносимые на защиту.

Глава Ι посвящена обзору известных систем автоматической стабилизации изображения, основанных на различных методах измерения смещения изображения. Основной акцент в данной главе делается на существующие ограничения в рассматриваемых системах. Рассматриваются как системы стабилизации изображения, так и методы измерения смещения. Отмечаются различия в прямых и косвенных методах измерения смещения. Дается объективная оценка развития рассматриваемой области знаний на сегодняшний день. На основе проведенного анализа формируются задачи исследования.

Глава ΙΙ посвящена структурному синтезу прецизионной быстродействующей системы стабилизации изображения. В данной главе рассматриваются различные способы построения фотоприемного блока прецизионного быстродействующего измерителя смещения изображения. Производится анализ выбора фотоприемных измерительных областей в зависимости от требований к стабилизации изображения. Рассматривается синтез следящей системы (системы автоматического управления) для работы