Диссертация (Цифровая обработка телевизионных изображений для обнаружения препятствий на подстилающей поверхности в условиях фотометрических искажений), страница 4

Если на изображении будут появлятьсятени, то может наблюдаться резкая вариация освещенности. В этом случаекоэффициенты а и b тоже будут зависеть от координат x,y. При общемподходе к решению задачи поведение этих коэффициентов сложно18предсказать, что приводит к большим трудностям использования этоймодели в аналитических исследованиях.5.Ложное отождествление. Пример корреляционной функции,полученной при отождествлении объектов, показан на рис. 1.2 [40]. Значениябоковых максимумов при увеличении зашумленности изображения могутувеличить значение главного максимума. Это служит основной причинойаномальных ошибок ложного отождествления.Рис.

1.2. Пример корреляционной функции, полученной при поиске соответствияобъектовНесмотрянарядсущественныхпроблемприиспользованиистереоскопических методов, все они решаются, хотя это и приводит кзначительному усложнению алгоритма работы системы. По сравнению смонокулярной системой, стереоскопическая требует значительно большихвычислительных ресурсов, а также стоимость такой системы значительновыше. Важно отметить, что алгоритмы монокулярных телевизионноизмерительных систем всегда могут быть использованы в стереоскопическихсистемах в качестве аварийного алгоритма, когда одна из камер вышла изстроя.Активныесистемыобнаруженияпрепятствиймогутвызыватьдополнительные сложности при работе группы мобильных платформ [47],связанные с разделением сигналов для каждой платформы.Большинство из перечисленных систем имеют сложности приобнаружении плоских препятствий и неспособны разделить различные типы19поверхностей: например, саму дорогу и прилегающую к ней травянистуюобочину.Несмотря на то, что маленькие объекты и различные типыподстилающей поверхности трудно детектировать с помощью датчиков,измеряющих расстояние, они в большинстве случаев могут быть легкообнаружены с помощью анализа цветовой информации [40, 70].В связи с этим, в данной работе предложена система прикладноготелевидения на основе цифровой обработки изображения для решения задачобнаружения препятствий перед автономной мобильной роботизированнойплатформой (МРП).

Предлагаемый метод отличается от изложенных вышетем, что использует накопление цветовой информации, таким образом,позволяя МРП адаптироваться к изменениям освещенности.Приемником оптического сигнала от маяков в данном случае можетслужить обычная цветная телевизионная камера [23].1.2. Телевизионные измерительные системы1.2.1.

Особенности телевизионных измерительных системСистемы, в работе которых задействованы телевизионные камеры дляобработки видеосигнала с целью извлечения количественной информации обобъектах, находящихся в поле зрения телевизионных датчиков (ТВД), ииспользования полученной информации для задач наблюдения, контроля иуправления, называются телевизионными измерительными системами (ТИС)[58]. Они предназначены для дистанционного автоматического контроля надсостоянием пространства в угле поля зрения ТВД, измерения параметровсовокупности объектов, находящихся в контролируемом пространстве, и принеобходимости для управления состоянием и взаимодействием этихобъектов. Поэтому широкий класс устройств и приборов, которыеиспользуются в прикладном и промышленном телевидении для сбора иобработкиинформации,атакже20дляконтроляиуправлениятехнологическими процессами в составе робототехнических комплексов,можно отнести к ТИС [4, 8, 44].Важно отметить, что ТИС могут отличаться своей технологическойсложностью выполнения задач контроля и измерения параметров процессови объектов.

Структурные схемы двух типов ТИС приведены на рис. 1.3. Нарис. 1.3а показана ТИС регистрирующего типа, содержащая ТВД, устройствоиндикации и регистрации результатов измерения, и измеритель параметровобъекта, расположенного в поле зрения объектива. Чтобы такая ТИСуспешно работала, достаточно измеряемый объект расположить в полезрения ТВД и создать условия, подходящие для измерения. Алгоритм работыизмерительного блока в общем случае производит автоматический поиск иобнаружение объекта.ТВДИзмерительИзмерительноеа)устройствоИндикаторУправляющий сигналТВДИзмерительИндикаторб)Исполнительн.устройствоУправляющийсигналКонтурадаптацииб)Рис. 1.3. Структурная схема ТИС: а) регистрирующего типа; б) с адаптациейВторой тип – ТИС с адаптацией (рис. 1.3б) – применяют в болеесложных условиях работы, когда внешние условия – освещѐнность объекта,его расположение и другие параметры – могут изменяться.

Системы такоготипа отличаются от предыдущей структуры вводом дополнительногоконтура адаптации. Он включает в себя исполнительное устройство,изменяющее параметры ТВД (диафрагмы объектива, измерение угла зрения,21поворот оптической оси и т. д), и формирователь управляющих сигналов.Контур адаптации здесь оптимизирует условия измерения параметраконтролируемого объекта.Необходимо отметить, что вещательные и измерительные ТВ-системыимеют принципиальные различия. Признаком, согласно которому оба типасистем следует отнести к телевизионным, является наличие ТВД, что связаносодинаковымнаблюдаемогоспособомобъектавпреобразованиявидеосигнал.оптическогоДальнейшееизображенияиспользованиевидеосигнала и его назначение являются основным отличием между этимисистемами. Преобразование видеосигнала в изображение для вещательныхсистемявляетсяобязательнойзаключительнойоперацией.Степеньсоответствия ТВ-изображения на экране видеоконтролирующего устройстваего оптическому оригиналу характеризует качество работы системы.Ключевой отличительной особенностью ТИС является наличиеизмерительного блока, который обрабатывает видеосигнал для измеренияконтролируемых параметров наблюдаемого объекта и извлечения из негоинформации.

Также ТИС отличается от телевизионных вещательных систем(ТВС) способом представления информации на выходе системы.В ТВС информация представляет собой телевизионное изображение наэкранеоконечногоустройстваипредназначаетсядлявизуальноговосприятия пользователем.Выходная информация в ТИС предоставляется в виде цифровых ианалоговых сигналов, которые поступают на устройство регистрации ииндикации, или же она может быть использована в канале управления. Связьмежду параметром информационного сигнала и измеряемым параметромобъекта является отличительной особенностью этих сигналов. Поэтомуможно построить объективный количественный критерий качества работыТИС, основанный на исследовании точностных характеристик результатовизмерений.

Так как отсутствует обобщѐнный количественный критерий22оценки качества изображения, то создание аналогичного критерия для ТВСзатруднено [23].Перечень существенных признаков ТВС и ТИС приведен в табл. 1.1. Изнее следует, что наличие ТВД является единственным существеннымпризнаком, который объединяет эти системы. В остальном ТИС сильноотличаются от ТВС, поэтому для них необходимы специфические методыизучения.Таблица 1.1. Признаки вещательной и измерительной ТВ-системПризнак ТВ системыТВСТИСНаличие ТВД++Наличие видеоконтрольного устройства+-Наличие измерительного блока-+Высокое качество изображения+-Высокая точность измерения-+Субъективный критерий качества+-Объективный критерий качества-+1.2.2.

Информативность оптического изображенияКоличество неискаженной информации об объектеопределяетизмерительный потенциал телевизионных систем. Процесс формированиявидеосигналасостоитфотоэлектрическогоиздвухстадий.преобразователя(ФЭП)Сначалавплоскостисчитываетсяоптическоеизображение объекта, затем данное изображение при помощи ТВ-разверткипреобразуется в видеосигнал.

Для создания оптического изображения навходе ФЭП предназначена оптическая система (объектив) ТВД. Этоизображение можно рассматривать как центральную проекцию объекта наплоскость, если пренебречь теми искажениями, которые вносятсякакобъективом, так и средой распространения света.Из-засвойствацентральнойпроекцииможнорассматриватьизображение объекта как его масштабированную копию, сохраняющуюинформацию об объекте.

Следовательно, можно вычислить его параметры23соответствующимпересчетомизмеренныхпараметровоптическогоизображения. Выделим три группы параметров, которые можно определитьпо его оптическому изображению: геометрические, энергетические ицветовые (табл. 1.2) [29].Таблица 1.2. Измеряемые параметры объектаГеометрическиеЭнергетическиеЦветовыеЛинейный размер, lСветовой поток, ФСистема XYZ:Угловая скорость, ωОсвещѐнность, EПлощадь, SЯркость, LКоординаты:Сила света, I– координаты цвета, x’, y’, z’– координаты цвета, x, y, zСистема RGB:– по горизонтали, X– координаты цвета, r’, g’, b’– по вертикали, Y– координаты цвета, r, g, bУгловые координаты– по горизонтали, α– по вертикали, βСвязьмеждугеометрическимиоптическимпараметрамивизображениемпервомобъектаприближениииегоможетбытьустановлена на основании законов геометрической оптики. На рис.

1.4изображено формирование изображения удаленного объекта с помощьюобъектива, обладающего фокусным расстоянием f. Если Y >> f (где Y –расстояние до объекта), то в фокальной плоскости объектива формируетсясфокусированноеизображениеобъекта,причемлинейныймасштабизображения M = f’ / Y.hhизωf’YРис. 1.4. Формирование оптического изображения объекта24Втабл.