Автореферат (1149686)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиКривоконь Дмитрий СергеевичМАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕСИСТЕМ ОЦЕНКИ ПОЛОЖЕНИЯДВИЖУЩИХСЯ ОБЪЕКТОВ СИСПОЛЬЗОВАНИЕМРАНДОМИЗИРОВАННЫХ АЛГОРИТМОВСТОХАСТИЧЕСКОЙ ОПТИМИЗАЦИИСпециальность 05.13.11 —«Математическое и программное обеспечение вычислительныхмашин, комплексов и компьютерных сетей»Авторефератдиссертации на соискание учёной степеникандидата физико-математических наукСанкт-Петербург — 2016Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете накафедре системного программирования математико-механического факультетаНаучный руководитель:доктор физико-математических наук, профессорГРАНИЧИН Олег НиколаевичЩЕРБАКОВ Павел Сергеевич,Официальные оппоненты:доктор физико-математических наук,федеральноегосударственноебюджетноеучре-ждение науки Институт проблем управления им.В.А.

Трапезникова РАН, лаборатория № 7 Адаптивных и робастных систем им. Я.З. Цыпкина,главный научный сотрудник,ТАЛАГАЕВ Юрий Викторович,кандидат физико-математических наук, доцент,Балашовский институт (филиал) федеральногогосударственногобюджетногообразовательногоучреждения высшего образования «Саратовскийнациональныйисследовательскийгосударствен-ный университет имени Н.Г. Чернышевского», доцентВедущая организация:Санкт-Петербургскийнациональныйисследова-тельский университет информационных технологий, механики и оптикиЗащита состоится “”2016 г. вчасов на заседании диссер-тационного совета 212.232.51 на базе Санкт-Петербургского государственногоуниверситета по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец, Университетский пр., 28, математико-механический факультет.Сим.М.диссертациейГорькогоможноознакомитьсяСанкт-ПетербургскоговНаучнойгосударственногобиблиотекеуниверситетапо адресу: 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.Автореферат разослан “”2016 года.Ученый секретарьдиссертационного совета212.232.51, д.ф.-м.н, профессорДемьянович Ю.

К.Общая характеристика работыАктуальность темы исследования. Задача оценки положения движущихся и статичных объектов возникает во множестве прикладных областей. Сейчас становится популярной разработка устройств и интеллектуальных систем, отслеживающих в реальном времени положения объектов окружаюшего мира и использующих эту информацию для разнообразных целей.Это могут быть автомобили с встроенными системами помощи водителю, разнообразные роботы, основывающие свое движения на построении карты окружения и препятствий, а также пользовательские устройства по типу очков,в которых в реальное изображение, получаемое с видеокамеры, встраиваетсядополнительная информация, так или иначе полезная человеку.

Устройства,используемые для решения такого рода задач, становятся дешевле и компактней, что позволяет создавать системы, пригодные для широкого кругапользователей, как ценой, так и простотой использования.Степень разработанности темы исследования. В настоящее время для решения задачи оценки положения объекта существует множестворазличных способов, отличающихся как используемым в них оборудованием, так и программными компонентами (см., например, работы Р.

Клейна иД. Маррея, Р. Ньюкомба, С. Кохльбрехера). Можно выделить некоторые популярные решения. К примеру, в системах на основе светового обнаружения иопределения дальности (лидар) используется подход с активным наблюдением. Такие системы состоят из излучателя, который испускает направленныйлуч света на наблюдаемые объекты, и приемника, регистрирующего отраженные лучи. Вычисление расстояния в таких системах может происходитьна основе известного времени отклика или же на основе разницы фаз посылаемого и принимаемого сигналов. В целом, системы, основанные на такомоборудовании, достаточно дорогостоящие и применяются в узком классе задач.Более доступным решением задачи оценки положения являются подходы, основанные на использовании видео- и фото- камер.

Популярно использование одновременно нескольких камер, за счет синхронизации и взаимной калибровки которых, можно оценивать положения объектов при помощи методов триангуляции, которые в своей сути являются методами поискапересечений лучей в трехмерном пространстве (работы Б. Лукаса, Т. Ка3наде). Также существуют системы использующие лишь одну камеру. Сюда впервую очередь следуют отнести приложения, в которых не требуется оценкаположения движущихся объектов. В таких условиях для реконструкции наблюдаемого окружения достаточно одной камеры, которая находится в движении (работы Р.

Хартли, О. Д. Фаурегаса, Ф. Лустмана, Д. Г. Арсеньева,В. М. Иванова, Н. А. Берковского). Кроме систем работающих со статичнымокружением существуют системы, предназначенные для оценки положениядвижущихся объектов, также использующие одну камеру (работы П. Штурма, М. Хана, Т. Канаде). Для их успешной работы необходимо чтобы быливыполнены некоторые существенные ограничения на возможное движенияобъекта (например, движение в плоскости).Так или иначе методы, основанные на использовании одной камерысейчас достаточно ограничены в своих приложениях к задаче оценке положения именно движущихся объектов. При этом простота таких систем избавляет их от ряда проблем, присущих другим подходам. Понятно, что методы,решающие задачу оценки положения движущегося объекта на основе изображения, получаемого с одной камеры, найдут множество приложений напрактике.Объектом исследованияявляются модели, методы, алгоритмы ипрограммные средства, предназначенные для оценки положения движущихсяобъектов на основе визуальной информации.Предметом исследованияявляется разработка, реализация и обоснование алгоритмов решения задачиоценки положения движущихся объектов при помощи одной камеры.Задача оценки положения с использованием видеокамеры является типичной задачей наблюдения.

В ней наблюдающим объектом является камера,с которой с некоторой фиксированной частотой получаются кадры, содержащие изображения объектов окружающего мира. На основе этих изображенийтребуется оценка реального положения наблюдаемых объектов. Наблюдениячаще всего зашумлены, при этом часто про характер этих помех практическиничего не известно. Математически такого рода задачи можно представить ввиде задач оптимизации, где в качестве оптимизируемой функции выступаетзначение невязки зашумленных измерений и текущего предсказания наблюдений на основе оценки параметров модели. В области оптимизации для такого рода задач были разработы методы стохастической аппроксимации, пред4ставленные в работах Робинса–Монро и Кифера–Вольфовица.

Позднее в работах О. Н. Граничина, А. Б. Цыбакова, Б. Т. Поляка, Дж. Спалла был представлен класс рандомизированных (поисковых) алгоритмов стохастическойаппроксимации (РАСА), позволяющих решать задачи оценивания и идентификации при “почти произвольных помехах” (например, при неизвестных, ноограниченных детерминированных помехах).

В современных исследованияхН. О. Амелиной, В. С. Боркара, А. Т. Вахитова, О. Н. Граничина, Л. С. Гуревича, Х. Д. Кушнера, А. Л. Фрадкова, М. Хуанга представлены подходы котслеживанию минимума нестационарного функционала, которые естественным образом вписываются в задачу наблюдения за движущимся объектом.Как уже упоминалось ранее использование лишь одной камеры сильноупрощает систему наблюдения, тем самым облегчая ее поддержку и распространение. Недостаток методов, позволяющих в таких условиях оцениватьположения движущихся объектов без наложения на их движение существенных ограничений, заметно ограничивает область применимости такого родаподходов.

Все это актуализирует разработку новых методов оценивания положения движущегося объекта с использованием одной камеры.Цельюданной работы является разработка математического и про-граммного обеспечения для решения задачи оценки положения движущегосяобъекта без существенных ограничений на характер его движения на основеизображений, получаемых с одной видеокамеры.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1. Исследование возможности применения рандомизированных методов оптимизации и идентификации в задаче оценки положения движущегося объекта.2. Разработка и обоснование алгоритмов, позволяющих оценивать положение движущегося объекта без существенных ограничений нахарактер его движения.3. Разработкапрограммногокомплекса,оценивающегоположениедвижущегося объекта на основе изображений, получаемого с однойвидеокамеры.Методология и методы исследования.Методология работы ос-нована на методах индукции и дедукции, обобщения, математического моде5лирования, анализа и синтеза теоретического и практического материала.

Вдиссертации применяются методы теории оценивания и оптимизации, теориивероятностей и математической статистики, имитационного моделирования,системного программирования и компьютерного зрения.Cтепень достоверности.Достоверность результатов базируется надоказанной состоятельности оценок, производимых предлагаемыми в диссертации алгоритмами, которая также подтверждается результатами иммитационного моделирования и полевого эксперимента.Научная новизнадиссертации заключается в том, что разработан-ные алгоритмы оценки положения объекта на основе изображений, получаемых с одной камеры, предложены впервые.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации