|
DOI: 10.14489/td.2022.04.pp.020-031
Махов В. Е., Широбоков В. В., Емельянов А. В., Потапов А. И.
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ УДАЛЕННЫХ ОБЪЕКТОВ В ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЕ МЕТОДОМ ВЕЙВЛЕТ-ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
(с. 20-31)
Аннотация. Рассмотрены вопросы точности определения координат и размера объектов, регистрируемых оптической системой, методами одинарного и двойного непрерывного вейвлет-преобразования яркостных функций изображения. Показано, что применение второго непрерывного вейвлет-преобразования к кривым коэффициентов первого преобразования приводит к увеличению экстремумов шкалограммы и гладкости кривых коэффициентов, обеспечивая повышение координатной чувствительности определения положения и ориентации объектов более чем в 1,5 раза. Использование различных типов вейвлетов в каждом преобразовании дает большее число вариантов кривых коэффициентов непрерывного вейвлет-преобразования и может быть использовано для дополнительной фильтрации шума, большей детализации с учетом характера объектов. Предлагается параллельное использование математических моделей и реальных объектов в нейронной сети для определения координат объектов и их характеристик, что приводит к повышению точности идентификации каждого типа объекта, возможности построения интеллектуальных средств мониторинга околоземного космического пространства. На примере экспериментальной установки двух синхронно-перемещаемых оптико-электронных систем продемонстрирована точность совмещения изображений объектов в системах мультиплексирования с разных цифровых источников.
Ключевые слова: непрерывное вейвлет-преобразование, кривые коэффициентов непрерывного вейвлет-преобразования, двойное вейвлет-преобразование, расстояние между объектами, ракурс объектов, разрешение наложенных объектов, искусственная нейронная сеть.
Makhov V. E., Shirobokov V. V., Emelyanov A. V., Potapov A. I.
INVESTIGATION OF ALGORITHMS OF DETECTING OF THE CHARACTERISTICS OF REMOTE OBJECTS IN OPTOELECTRONIC SYSTEMS BY THE METHOD OF WAVELET TRANSFORMATION
(pp. 20-31)
Abstract. The issues of the accuracy of measuring the coordinates and size of objects observed by an optical system by the methods of single and double continuous wavelet transform in their image are considered. It is shown that the use of the second continuous wavelet transform to the curves of the coefficients of the first transform leads to an increase in the extrema of the scalegram and the smoothness of the curves of the coefficients, providing more than two times higher coordinate sensitivity of determining the position and orientation of objects. The use of different types of wavelets in each continuous wavelet transform of signals gives many options for the curves of the coefficients of the continuous wavelet transform and can be used for additional filtering of noise, taking into account the nature of objects. The parallel use of mathematical models and real objects in a neural network for determining the coordinates of signals and their characteristics is proposed, which leads to an increase in accuracy for each type of object, the possibility of constructing intelligent control devices for outer space. Using the example of an experimental installation of two synchronously movable optoelectronic systems, the accuracy of combining images of objects in multiplexing systems from different digital sources is demonstrated.
Keywords: continuous wavelet transform, curves of coefficients of continuous wavelet transform, double wavelet transform, distance between objects, aspect of objects, resolution of superimposed objects, artificial neural network.
В. Е. Махов, В. В. Широбоков, А. В. Емельянов, А. И. Потапов (Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского, Санкт-Петербург, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
V. E. Makhov, V. V. Shirobokov, A. V. Emelyanov, A. I. Potapov (Mozhaisky Military Space Academy, St. Petersburg, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Свиридов К. Н. О достижении предельного разрешения аэрокосмических систем дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) // Ракетно-космическое приборостроение и информационные технологии. 2015. М.: ОАО РКС, 2015. С. 489 – 499.
2. Makhov V. E., Shirobokov V. V., Emelyanov A. V. Study of possibilities for light marker coordinate measuring with light field digital cameras // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2020. V. 918, No. 1. 012079. DOI 10.1088/1757-899X/918/1/012079.
3. Горитов А. Н. Предварительная обработка изображений в системах технического зрения // Доклады ТУСУР. 2018. Т. 21, № 4-1. DOI 10.21293/1818-0442-2018-21-4-1-53-58.
4. Алтынов А. Е., Грузинов В. В., Мишин И. В. Корреляционный анализ аэрокосмических изображений // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2017. № 1. С. 34 – 40.
5. Махов В. Е., Шалдаев С. Е., Потапов А. И., Смородинский Я. Г. Влияние качества изображений в оптико-электронных системах на точность определения исследуемых параметров объектов // Дефектоскопия. 2020. № 7. С. 28 – 43. DOI 10.31857/S0130308220070040.
6. Kučera Jan. Computational photography of light-field camera and application to panoramic photography / Department of Software and Computer Science Education Supervisor of the master thesis: Ing. Filip Šroubek, Ph.D. Study programme: Computer Science, Software Systems Specialization: Computer Graphics. Prague, 2014. 98 p.
7. Ng R. Digital light field photography: A dissertation submitted to the department of computer science and the committee on graduate studies of Stanford university in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy, 2006. 187 p.
8. Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. Geometric Calibration of Micro-Lens-Based Light-Field Cameras using Line Features // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017. V. 39, Is. 2. P. 287 – 300. DOI 10.1109/TPAMI.2016.2541145.
9. Chui Ch. K. An Introduction to Wavelets. San Diego: Academic Press, 1992. 266 p. DOI 10.2307/2153134
10. Юдин М. Н., Фарков Ю. А., Филатов Д. М. Введение в вейвлет-анализ: учеб.-практ. пособие / Моск. геологоразв. акад. М., 2001. 72 с.
11. Воскобойников Ю. Е. Вейвлет-фильтрация сигналов и изображений (с примерами в пакете MathCAD) / Новосиб. гос. архитектур.-строит. ун-т (Сибстрин). Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2015. 188 с.
12. Козин Е. В., Карманов А. Г., Карманова Н. А. Фотограмметрия. СПб.: Университет ИТМО, 2019. 142 с.
13. Махов В. Е. Исследование алгоритма вейвлет-преобразований для определения координат световых меток в дилатометрии // Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Современное машиностроение. Наука и образование» / под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. С. 490 – 499.
14. Махов В. Е., Потапов А. И., Широбоков В. В., Емельянов А. В. Исследование точности измерения параметров удаленных объектов, наблюдаемых оптико-электронной системой с регистратором светового поля // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21, № 3. С. 342 – 351. DOI 10.17586/2226-1494-2021-21-3-342-351.
15. Махов В. Е., Петрушенко В. М., Емельянов А. В. и др. Технология разработки алгоритмов программного обеспечения оптико-электронных систем наблюдения за удаленными объектами // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2021. Т. 18, № 10(208). С. 10 – 21. DOI 10.14489/vkit.2021.10. pp.010-021.
16. Travis J., Kring J. LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. 3rd Ed. Prentice Hall, 2007. 981 p.
17. Klinger T. Image processing with Labview and Imaq Vision. Prentice Hall Professional, 2003. 319 p. (National Instruments Virtual Instrumentation Series).
18. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Ижевск: НИЦ Регулярная и хаотическая динамика, 2001. 464 с.
19. Махов В., Широбоков В., Петрушенко В. Методика построения алгоритмов для определения параметров малоразмерных объектов // Компоненты и технологии. 2020. № 4(225). С. 110 – 114.
20. Махов В. Е. Использование алгоритмов вейвлет-анализа в исследовании кинетики формирования порошково-обжиговых покрытий // Конструкции из композиционных материалов. 2010. № 3. С. 28 – 36.
21. Махов В. Е., Широбоков В. В., Емельянов А. В., Потапов А. И. Исследование оптико-электронной системы на базе телескопа с цифровой камерой светового поля // Контроль. Диагностика. 2020. Т. 23, № 11(269). С. 4 – 13.
22. Фролов В. Н., Тупиков В. А., Павлова В. А., Александров В. А. Методы информационного совмещения изображений в многоканальных оптико-электронных системах // Известия ТулГУ. Технические науки. 2016. Вып. 11. Ч. 3. С. 95 – 104.
23. Махов В. Е., Репин О. С. Исследование возможностей систем видеоконтроля на базе решений фирмы National Instruments на станках рулонной печати // Материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. «Современное машиностроение» / под ред. М. М. Радкевича и А. Н. Евграфова. СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. С. 500 – 510.
24. Махов В., Широбоков В., Емельянов А. и др. Перспективы развития оптико-электронных систем с высоким пространственным разрешением // Компоненты и технологии. 2022. № 2. С. 10 – 13.
1. Sviridov K. N. (2015). On achieving the maximum resolution of aerospace systems for remote sensing of the Earth (ERS). Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye tekhnologii, pp. 489 – 499. Moscow: OAO RKS. [in Russian language]
2. Makhov V. E., Shirobokov V. V., Emelyanov A. V. (2020). Study of possibilities for light marker coordinate measuring with light field digital cameras. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, Vol. 918, (1). DOI 10.1088/1757-899X/918/1/012079.
3. Goritov A. N. (2018). Preprocessing of images in vision systems. Doklady TUSUR, Vol. 21, (4-1). [in Russian language] DOI 10.21293/1818-0442-2018-21-4-1-53-58.
4. Altynov A. E., Gruzinov V. V., Mishin I. V. (2017). Correlation analysis of aerospace images. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Geodeziya i aerofotosyemka, (1), pp. 34 – 40. [in Russian language]
5. Makhov V. E., Shaldaev S. E., Potapov A. I., Smorodinskiy Ya. G. (2020). Influence of Image Quality in Optoelectronic Systems on the Accuracy of Determination of Object Parameters under Study. Defektoskopiya, (7), pp. 28 – 43. [in Russian language] DOI 10.31857/S01303082200700 40.
6. Kučera Jan. (2014). Computational photography of light-field camera and application to panoramic photography. Department of Software and Computer Science Education Supervisor of the master thesis: Ing. Filip Šroubek, Ph.D. Study programme: Computer Science, Software Systems Specialization: Computer Graphics. Prague.
7. Ng R. (2006). Digital light field photography: A dissertation submitted to the department of computer science and the committee on graduate studies of Stanford university in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy.
8. Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. (2017). Geometric Calibration of Micro-Lens-Based Light-Field Cameras using Line Features. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Vol. 39, (2), pp. 287 – 300. DOI 10.1109/TPAMI.2016.2541145.
9. Chui Ch. K. (1992). An Introduction to Wavelets. San Diego: Academic Press. DOI 10.2307/2153134
10. Yudin M. N., Farkov Yu. A., Filatov D. M. (2001). Introduction to wavelet analysis: educational and practical guide. Moscow: Moskovskaya geologorazvedochnaya akademiya. [in Russian language]
11. Voskoboynikov Yu. E. (2015). Wavelet filtering of signals and images (with examples in the MathCAD package). Novosibirskiy Gosudarstvenniy arhitekturno-stroitel'niy universitet (Sibstrin). Novosibirsk: NGASU (Sibstrin). [in Russian language]
12. Kozin E. V., Karmanov A. G., Karmanova N. A. (2019). Photogrammetry. Saint Petersburg: Universitet ITMO. [in Russian language]
13. Radkevich M. M., Evgrafov A. N. (Eds.), Makhov V. E. (2012). Investigation of the wavelet transform algorithm for determining the coordinates of light marks in dilatometry. Proceedings of the 2nd International Scientific and Practical Conference “Modern Mechanical Engineering. Science and education", pp. 490 – 499. Saint Petersburg: Izdatel'stvo Politekhnicheskogo universiteta. [in Russian language]
14. Makhov V. E., Potapov A. I., Shirobokov V. V., Emel'yanov A. V. (2021). Investigation of the accuracy of measuring the parameters of remote objects observed by an optoelectronic system with a light field recorder. Nauchno-tekhnicheskiy vestnik informatsionnyh tekhnologiy, mekhaniki i optiki, Vol. 21, (3), pp. 342 – 351. [in Russian language] DOI 10.17586/2226-1494-2021-21-3-342-351
15. Makhov V. E., Petrushenko V. M., Emel'yanov A. V. et al. (2021). Technology for the development of software algorithms for optoelectronic systems for observing remote objects. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, Vol. 18, 208(10), pp. 10 – 21. [in Russian language] DOI 10.14489/vkit.2021.10.pp.010-021.
16. Travis J., Kring J. (2007). LabVIEW for Everyone: Graphical Programming Made Easy and Fun. 3rd ed. Prentice Hall.
17. Klinger T. (2003). Image processing with Labview and Imaq Vision. Prentice Hall Professional. (National Instruments Virtual Instrumentation Series).
18. Dobeshi I. (2001). Ten lectures on wavelets. Izhevsk: NITs Regulyarnaya i haoticheskaya dinamika. [in Russian language]
19. Makhov V., Shirobokov V., Petrushenko V. (2020). Methodology for constructing algorithms for determining the parameters of small-sized objects. Komponenty i tekhnologii, 225(4), pp. 110 – 114. [in Russian language]
20. Makhov V. E. (2010). The use of wavelet analysis algorithms in the study of the kinetics of the formation of powder firing coatings. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, (3), pp. 28 – 36. [in Russian language]
21. Makhov V. E., Shirobokov V. V., Emel'yanov A. V., Potapov A. I. (2020). Investigation of an optoelectronic system based on a telescope with a light field digital camera. Kontrol'. Diagnostika, Vol. 23, 269(11), pp. 4 – 13. [in Russian language] DOI 10.14489/td.2020.11.pp.004-013
22. Frolov V. N., Tupikov V. A., Pavlova V. A., Aleksandrov V. A. (2016). Methods of information combination of images in multichannel optoelectronic systems. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, (11), Part 3, pp. 95 – 104. [in Russian language]
23. Radkevich M. M., Evgrafov A. N. (Eds.), Makhov V. E., Repin O. S. (2012). Study of the possibilities of video monitoring systems based on National Instruments solutions on roll printing machines. Materials of the 2nd International Scientific and Practical Conference "Modern Mechanical Engineering", pp. 500 – 510. Saint Petersburg: Izdatel'stvo Politekhnicheskogo universiteta. [in Russian language]
24. Makhov V., Shirobokov V., Emel'yanov A. et al. (2022). Prospects for the development of optoelectronic systems with high spatial resolution. Komponenty i tekhnologii, (2), pp. 10 – 13. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2022.04.pp.020-031
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2022.04.pp.020-031
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»