Диссертация (1149687), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В области оптимизации для такогорода задач были разработы методы стохастической аппроксимации, представленные в работах Робинса–Монро [75] и Кифера–Вольфовица [59]. Позднее вработах О. Н. Граничина [4–6], А. Б. Цыбакова и Б. Т. Поляка [21], Дж. Спалла [80] был представлен класс рандомизированных (поисковых) алгоритмов стохастической аппроксимации (РАСА), позволяющих решать задачи оцениванияи идентификации при “почти произвольных помехах” (например, при неизвестных, но ограниченных детерминированных помехах).
В современных исследованиях О. Н. Граничина, А. Т Вахитова, Л. С. Гуревича [48], В. С. Боркара [32],З. Волковича, Д. Толедана–Китаи [49], Х. Д. Кушера и Г. Г. Ина [65] представлены подходы к отслеживанию минимума нестационарного функционала,которые естественным образом вписываются в задачу наблюдения за движущимся объектов. В работах О. Н. Граничина, А. Т. Вахитова, Л.
С. Гуревича,8К. С. Амелина, Н. О. Амелиной [1; 3; 7; 47; 48] были доказаны общие свойстваоценок рандомизированных алгоритмов с постоянным размером шага, которыеважны для практического применения такого рода методов.Как уже упоминалось ранее использование лишь одной камеры сильноупрощает систему наблюдения, тем самым облегчая ее поддержку и распространение. Недостаток методов, позволяющих в таких условиях оценивать положения движущихся объектов без наложения на их движение существенныхограничений, заметно ограничивает область применимости такого рода подходов.
Все это актуализирует разработку новых методов оценивания положениядвижущегося объекта с использованием одной камеры.Целью данной работы является разработка математического и программного обеспечения для решения задачи оценки положения движущегося объектабез существенных ограничений на характер его движения на основе изображений, получаемых с одной видеокамеры.Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующиезадачи:1. Исследование возможности применения рандомизированных методовоптимизации и идентификации в задаче оценки положения движущегося объекта.2. Разработка и обоснование алгоритмов, позволяющих оценивать положение движущегося объекта без существенных ограничений на характер его движения.3. Разработка программного комплекса, оценивающего положение движущегося объекта на основе изображений, получаемого с одной видеокамеры.Методология и методы исследования.
Методология работы основанана методах индукции и дедукции, обобщения, математического моделирования,анализа и синтеза теоретического и практического материала. В диссертацииприменяются методы теории оценивания и оптимизации, теории вероятностей9и математической статистики, имитационного моделирования, системного программирования и компьютерного зрения.Cтепень достоверности.Достоверность результатов базируется на до-казанной состоятельности оценок, производимых предлагаемыми в диссертации алгоритмами, которая также подтверждается результатами иммитационного моделирования и полевого эксперимента.Научная новизнадиссертации заключается в том, что разработанныеалгоритмы оценки положения объекта на основе изображений, получаемых содной камеры, предложены впервые.
Использование рандомизации положениякамеры позволяет построить алгоритмы оценивания положения объекта, которые успешно работают в условиях практически произвольного его движения, вто время как существующие методы сильно ограничены в своей применимости имогут работать лишь в узких случаях, например, таких, как движение объектав плоскости или с постоянной скоростью. Кроме того предлагаемые алгоритмыспособны производить состоятельные оценки при почти произвольных помехахв координатах проекций наблюдаемого объекта, что также отличает их от существующих решений, рассматривающих по большей части лишь случай случайных центрированных помех.
В диссертации сформулированы два теоретическихутверждения, демонстрирующих состоятельность разработанных алгоритмов.Теоретическая и практическая значимостьработы заключается висследовании и обосновании свойств оценок предложенных рандомизированных алгоритмов, определяющих положение движущегося объекта на основеизображений, получаемых с одной камеры, разработке общего подхода к использованию рандомизации положения камеры для целей трехмерной реконструкции наблюдаемой сцены и разработке архитектуры программного комплекса, осуществляющего отслеживание и определение положения объектов.Предложенные методы и разработанное программное обеспечение будутполезны при решении множества практических задач, в которых необходимов реальном времени определять положение объектов окружающего мира.
Они10позволяют решать данную задачу, используя лишь одну камеру и не накладывают значительных ограничений на возможный характер движения наблюдаемыхобъектов. Такие свойства позволят использовать их в более широком спектреприкладных задач по сравнению с существующими решениями, которые зачастую используют дополнительные дорогостоящие сенсоры или же предназначены лишь для узкого класса случаев (например, движение в плоскости или спостоянной скоростью).Положения, выносимые на защиту:1. Разработан подход к решению задачи оценки положения движущегосяобъекта на основе изображений, получаемых с одной видеокамеры, использующий рандомизацию положения камеры и позволяющий решатьпоставленную задачу без существеннных ограничений на характер движения объекта.2.
Разработаны алгоритмы оценивания положения движущегося объектана основе случайных движений видеокамеры. Установлена теоретическая сходимость оценок, доставляемых разработанными алгоритмами,к некоторому ограниченному множеству, которое при “малом” дрейфеобъекта может быть достаточно малым за счет подбора параметров алгоритма. Продемонстрирована их работа при помощи моделирования итестирования в реальных условиях.3. Разработан программный комплекс, использующий методы компьютерного зрения и полученные алгоритмы оценивания, позволяющий осуществлять отслеживание движущегося объекта на основе случайныхдвижений видеокамеры.Апробация результатов.Материалы диссертации докладывались насеминарах кафедры системного программирования СПбГУ, на российских имеждународных конференциях по программированию, информатике и теорииуправления: международной конференции 14th International Student Olympiadon Automatic Control (Baltic Olympiad) (Россия, Санкт-Петербург, 2011), науч-11ной конференции по проблемам информатики СПИСОК-2013 (Россия, СанктПетербург, 2013), международной конференции 53rd Annual Conference onDecision and Control (CDC) (USA, Los Angeles, 2014).Личный вклад автора.Результаты, представленные в диссертацион-ной работе, получены соискателем либо самостоятельно, либо при его непосредственном участии.Публикации.Основные результаты диссертации опубликованы в рабо-тах [13–19; 63; 64].
Из них три публикации [13; 19; 63] в журналах из перечняроссийских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание учёных степеней доктора и кандидата наук. Работы [16–19; 63; 64] написаны в соавторстве.В работе [19] cоискателю принадлежат формулировка метода оценки положениядвижущегося объекта (с. 146), доказательство его состоятельности (с. 150-155),проведение тестирования алгоритма в полевых условиях (с. 156-160), а соавторам общие постановки задачи. В работе [63] соискателю принадлежат идея иформулировка алгоритма оценки положения движущегося объекта (II.A - III.A)формулировка и доказательство теоремы о сходимости оценок представленногоалгоритма (IV), проведение имитационного моделирования и анализ результатов (V-VI), а Вахитову А.Т.
общая постановка задачи. В работе [64] соискателюпринадлежат формулировка алгоритма нестационарной оптимизации с шагомпредсказания (III), формулировки необходимых условий сходимости алгоритма(II), формулировка и доказательство теоремы об его сходимости (III.B), а также проведение и анализ имитационного моделирования (IV), а Вахитову А.Т.общая постановка задачи. В работе [16] соискателю принадлежат формулировка рандомизированного асимптотического наблюдателя для глубины объектаи необходимых условий его работы (с.52-53), формулировка и доказательствотеоремы о сходимости его оценок (с.53-55), проведение и анализ имитационного моделирования (с.
55-57), а Вахитову А.Т. общая постановка задачи. Вработе [17] соискателю принадлежат формулировка и анализ алгоритма неста-12ционарной оптимизации (с. 118-120), формулировка и доказательство теоремысходимости его оценок (с. 121-122), а также проведение моделирования (с. 122125), а Вахитову А. Т.
общая постановка задачи. В работе [18] cоискателю принадлежат формулировка и описание алгоритма оценки положения объекта припомощи рандомизации положения камеры (с. 148), проведение и анализ имитационного моделирования (с. 148-151), проведение практического эксперимента(с. 151-152), а Вахитову А.Т. общая постановка задачи.Объем и структура работы.Диссертация состоит из введения, трехглав, заключения, двух приложений и списка литературы. Полный объём диссертации составляет 93 страницы с 22 рисунками и 1 таблицей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
