|
DOI: 10.14489/td.2023.11.pp.016-029
Махов В. Е., Широбоков В. В., Емельянов А. В., Петрушенко В. М.
МЕТОДИКА ОЦЕНИВАНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА УДАЛЕННЫМИ МАЛОРАЗМЕРНЫМИ МАЛОЗАМЕТНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
(с. 16-29)
Аннотация. Рассмотрены аспекты функционирования оптико-электронных систем (ОЭС) при наблюдении удаленных малозаметных объектов. Разработана методика для определения эффективности ОЭС с оценкой получаемых результатов наблюдения удаленных объектов. Особенностью методики являются возможности выявления и учета наиболее значимых факторов, оказывающих влияние на результат функционирования ОЭС: характеристик яркостной структуры наблюдаемых объектов, состояния трассы распространения излучения до места наблюдения, схемотехники оптической системы и параметров режимов фотоприемника с заданной топологией. Показано, что методика дает возможность реализовать оптимальный выбор алгоритмов определения координат и геометрических признаков малозаметных объектов. Практическое применение методики дает возможность более достоверно оценить точность координатной информации об удаленных объектах, а также определить степень влияния различных внешних и внутренних факторов на показатели эффективности функционирования ОЭС, с одной стороны, с другой – формировать основные параметры системы для заданных условий наблюдения и решения целевых задач.
Ключевые слова: научно-методический аппарат, оптико-электронная система (ОЭС), эффективность ОЭС, малоразмерный удаленный объект, алгоритмы получения координатной информации, непрерывное вейвлет-преобразование.
Makhov V. E., Shirobokov V. V., Emelyanov A. V., Petrushenko V. M.
METHODOLOGY FOR EVALUATING THE EFFECTIVENESS OF OPTOELECTRONIC SYSTEMS WHEN OBSERVING REMOTE SMALL-SIZED INCONSPICUOUS OBJECTS
(pp. 16-29)
Abstract. Aspects of the functioning of optical-electronic systems (OES) in the observation of remote, inconspicuous objects are considered. A technique has been developed for determining the effectiveness of the OES with an assessment of the results of observation of remote objects. A feature of the technique is the ability to identify and take into account the most significant factors that affect the result of the functioning of the OES: the characteristics of the brightness structure of the observed objects, the state of the radiation propagation path to the observation point, the circuitry of the optical system, and the parameters of the modes of the photodetector with a given topology. It is shown that the technique makes it possible to implement the optimal choice of algorithms for determining the coordinates and geometric features of inconspicuous objects. The practical application of the methodology makes it possible to more reliably assess the accuracy of coordinate information about remote objects, as well as to determine the degree of influence of various external and internal factors on the performance indicators of the OES, on the one hand, on the other hand, to form the main parameters of the system for given conditions of observation and solving target problems.
Keywords: scientific and methodological apparatus, optical-electronic system (OES), efficiency of OES, small-sized remote object, algorithms for obtaining coordinate information, continuous wavelet transform.
В. Е. Махов, В. В. Широбоков, А. В. Емельянов, В. М. Петрушенко (Военно-космическая академия имени 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, V. M. Petrushenko (Mozhaisky Military Space Academy, Saint 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. Махов В. Е., Петрушенко В. М., Закутаев А. А. и др. Методы и средства построения оптико-электронных систем наблюдения за удаленными объектами // Компоненты и технологии. 2020. № 5. С. 94–99.
2. Теребиж В. Ю. Современные оптические телескопы. М.: Физматлит, 2005. 65 с.
3. Махов В. Е., Широбоков В. В., Емельянов А. В., Потапов А. И. Исследование оптико-электронной системы регистрации малоразмерных и малозаметных объектов в условиях влияния геометрического шума матричного фотоприемника // Вестник компьютерных и информационных технологий. 2022. Т. 19, № 11. C. 3–13.
4. Ермолаева Е. В., Зверев В. А., Филатов А. А. Адаптивная оптика. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. 297 с.
5. Тимофеев Ю. М., Васильев А. В. Основы теоретической атмосферной оптики. СПб., 2007. 152 с.
6. Герцев М. Н. Восстановление сечений молекулярного поглощения излучения из базы данных HITRAN // Препринты ИПМ им. М. В. Келдыша. 2016. № 19. 22 с.
7. Потапов А. И., Черкасов В. Н. Лазерные методы дистанционного контроля атмосферы. СПб.: СЗПИ, 1992. 78 с.
8. Тымкул В. М., Тымкул Л. В., Фесько Ю. А. и др. Методика расчета звездной величины международной космической станции // Изв. вузов. Приборостроение. 2013. Т. 56, № 5. С. 5–9.
9. Запрягаева Л. А. Прикладная оптика. Часть 1. Введение в теорию оптических систем. М.: МИИГАиК, 2017. 112 с.
10. Грузман И. С. Киричук В. С., Косых В. П. и др. Цифровая обработка изображений в информационных системах. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. 168 с.
11. Литвиненко О. Н. Основы радиооптики. Киев: Техника, 1974. 205 с.
12. Родионов С. А. Основы оптики. СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. 167 с.
13. Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. Geometric Calibration of Micro-Lensbased Light Field Cameras Using Line Features // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017. V. 39, No. 2. P. 287–300.
14. Михельсон Н. Н. Оптика астрономических телескопов и методы ее расчета. М.: Физматлит, 1995. 333 с.
15. Заказнов Н. П., Кирюшин С. И., Кузичев В. Н. Теория оптических систем. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение, 1992. 448 с.
16. Кирилловский В. К., Точилина Т. В. Методы исследования и контроля качества оптических систем. СПб.: НИУ ИТМО, 2012. 125 с.
17. Бокшанский В. Б., Карасик В. Е. Расчет характеристик фоточувствительных приборов с зарядовой связью. М., 2001. 54 с.
18. Андреев А. Л., Коротаев В. В. Особенности расчета оптико-электронных систем позиционирования на основе готовых телевизионных модулей // Изв. вузов. Приборостроение. 2010. Т. 53, № 10. С. 69–75.
19. Чаусов Е. В., Молчанов А. С., Минько Р. Н., Краснов Р. В. Основные показатели качества оптико-электронных систем дистанционного мониторинга Земли и способы их оценки при проведении испытаний // Вектор ГеоНаук. 2019. Т. 2, №1. С. 60–67.
20. Вольф М., Борн В. Основы оптики: пер. с англ. Изд. 2-е. М.: Наука, 1973. 720 с.
21. Кирилловский В. К., Туан Ле Зуй. Оптические измерения. Часть 6. Инновационные направления в оптических измерениях и исследованиях оптических систем. СПб.: СПб ГУ ИТМО. 2008, 131 с.
22. Конюхов А. Л., Костевич А. Г., Курячий М. И. Определение функции рассеяния точки по характерным фрагментам изображений // Доклады ТУСУРа, декабрь 2012. № 2(26), ч. 1. С. 116–120.
23. Махов В. Е. Потапов А. И. Использование вейвлет-анализа для диагностики системы технического зрения // Контроль. Диагностика. 2011. № 9. С. 11–18.
24. Кирилловский В. К. Оптические измерения. Часть 4. Оценка качества оптического изображения и измерение его характеристик. СПб.: СПб ГУ ИТМО, 2005. 67 с.
25. 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.
26. Свиридов К. H., Тюлин А. Е. Разрешающая способность и линейное разрешение для оценки качества и проектирования аэрокосмических систем дистанционного зондирования Земли // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2022. Т. 9, вып. 1. С. 9–29.
27. Горбачев А. А., Коротаев В. В., Ярышев С. Н. Твердотельные матричные фотопреобразователи и камеры на их основе. СПб.: ИУ ИТМО, 2013. 98 с.
28. Howell Steve B. Handbook of CCD Astronomy. Cambridge. New York: Cambridge University Press, 2000. 203 p.
29. Корнилов В. Задача астрофизического практикума. Исследование матричного ПЗС приемника. URL: http://www.sai.msu.ru/ao/speccourses/posobiya/z09_CCD.pdf
30. Пустынский И. Н., Зайцева Е. В. К расчету освещенности изображения и числа сигнальных электронов в телевизионном датчике на ПЗС-матрице // Доклады ТУСУРа. 2009. № 2(20). С. 5–110.
31. Пустынский И. Н., Зайцева Е. В. К уточнению оценки отношения сигнал/шум в телевизионном датчике на ПЗС-матрице // Доклады ТУСУРа. 2010. № 2(22), ч. 2. С. 180–182.
32. Шанин О. И. Адаптивные оптические системы коррекции наклонов. Резонансная адаптивная оптика. М.: Техносфера, 2013. 296 с.
33. Зверев В. А., Кирилловский В. К., Сокольский М. Н. Применение метода изофотометрической фоторегистрации при исследованиях и аттестации главного зеркала БТА // ОМП. 1976. № 12. С. 513–519.
34. 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 // Контроль. Диагностика. 2022. Т. 25, № 4. С. 20–31.
35. 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.
36. Махов В. Е. Контрольно-измерительная система для исследования процессов высокотемпературного формирования порошково-обжиговых покрытий // Конструкции из композиционных материалов. 2009. № 2. С. 90–96.
37. Добеши И. Десять лекций по вейвлетам. Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотичесхая динамика», 2001. 464 с.
38. Махов В. Е. Исследование алгоритма вейвлет-преобразований для определения координат световых меток в дилатометрии // Матер. 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.
39. Махов В. Е., Широбоков В. В., Емельянов А. В. и др. Оптико-электронная система высокого пространственного разрешения при наблюдении за удаленными объектами // Контроль. Диагностика. 2023. Т. 26, № 1. С. 4–13.
40. Кожевников Д. А., Федорцев Р. В. Метод геометрической калибровки оптико-электронных систем на основе электронного тест-объекта // Приборы и методы измерений. 2017. Т. 8, № 4. С. 374–385.
1. Mahov V. E., Petrushenko V. M., Zakutaev A. A. et al. (2020). Methods and means for constructing optical-electronic systems for monitoring remote objects. Komponenty i tekhnologii, (5), 94 – 99. [in Russian language]
2. Terebizh V. Yu. (2005). Modern optical telescopes. Moscow: Fizmatlit. [in Russian language]
3. Mahov V. E., Shirobokov V. V., Emel'yanov A. V., Potapov A. I. (2022). Investigation of an optoelectronic system for detecting small-sized and inconspicuous objectsunder the influence of geometric noise of a matrix photodetector. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, 19(11), 3 – 13. [in Russian language] DOI: 10.14489/vkit.2022.11.pp.003-013
4. Ermolaeva E. V., Zverev V. A., Filatov A. A. (2012). Adaptive optics. Saint Petersburg: NIU ITMO. [in Russian language]
5. Timofeev Yu. M., Vasil'ev A. V. (2007). Fundamentals of theoretical atmospheric optics. Saint Petersburg. [in Russian language]
6. Gertsev M. N. (2016). Reconstruction of molecular absorption cross sections from the HITRAN database. Preprinty IPM im. M. V. Keldysha, 19. [in Russian language]
7. Potapov A. I., Cherkasov V. N. (1992). Laser methods for remote monitoring of the atmosphere. Saint Petersburg: SZPI. [in Russian language]
8. Tymkul V. M., Tymkul L. V., Fes'ko Yu. A. et al. (2013). Methodology for calculating the magnitude of the International Space Station. Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 56(5), 5 – 9. [in Russian language]
9. Zapryagaeva L. A. (2017). Applied optics. Part 1. Introduction to the theory of optical systems. Moscow: MIIGAiK. [in Russian language]
10. Gruzman I. S. Kirichuk V. S., Kosyh V. P. et al. (2000). Digital image processing in information systems. Novosibirsk: Izdatel'stvo NGTU. [in Russian language]
11. Litvinenko O. N. (1974). Fundamentals of radio optics. Kiev: Tekhnika. [in Russian language]
12. Rodionov S. A. (2000). Fundamentals of optics. Saint Petersburg: SPb GITMO (TU). [in Russian language]
13. Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. (2017). Geometric Calibration of Micro-Lensbased Light Field Cameras Using Line Features. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 39(2), 287 – 300.
14. Mihel'son N. N. (1995). Optics of astronomical telescopes and methods of its calculation. Moscow: Fizmatlit. [in Russian language]
15. Zakaznov N. P. Kiryushin S. I. Kuzichev V. N. (1992). Theory of optical systems. 3rd ed. Moscow: Mashinostroenie. [in Russian language]
16. Kirillovskiy V. K., Tochilina T. V. (2012). Methods for research and quality control of optical systems. Saint Petersburg: NIU ITMO. [in Russian language]
17. Bokshanskiy V. B., Karasik V. E. (2001). Calculation of characteristics of photosensitive charge-coupled devices. Moscow. [in Russian language]
18. Andreev A. L., Korotaev V. V. (2010). Features of calculation of optical-electronic positioning systems based on readymade television modules. Izvestiya vuzov. Priborostroenie, 53(10), 69 – 75. [in Russian language]
19. Chausov E. V., Molchanov A. S., Min'ko R. N., Krasnov R. V. (2019). Main quality indicators of optical-electronic systems for remote monitoring of the Earth and methods for assessing them during testing. Vektor GeoNauk, 2(1), 60 – 67. [in Russian language]
20. Vol'f M., Born V. (1973). Fundamentals of optics. 2nd ed. Moscow: Nauka. [in Russian language]
21. Kirillovskiy V. K., Tuan Le Zuy. (2008). Optical measurements. Part 6. Innovative directions in optical measurements and research of optical systems. Saint Petersburg: SPb GU ITMO. [in Russian language]
22. Konyuhov A. L., Kostevich A. G., Kuryachiy M. I. (2012). Determination of the point spread function from characteristic image fragments. Doklady TUSURa, 26(2), part 1, 116 – 120. [in Russian language]
23. Mahov V. E. Potapov A. I. (2011). Using wavelet analysis to diagnose a technical vision system. Kontrol'. Diagnostika, (9), 11 – 18. [in Russian language]
24. Kirillovskiy V. K. (2005). Optical measurements. Part 4. Assessment of optical image quality and measurement of its characteristics. Saint Petersburg: SPb GU ITMO. [in Russian language]
25. Mahov V. E., Shaldaev S. E., Potapov A. I., Smorodinskiy Ya. G. (2020). The influence of image quality in optical-electronic systems on the accuracy of determining the parameters of objects under study. Defektoskopiya, (7), 28 – 43. [in Russian language]
26. Sviridov K. H., Tyulin A. E. (2022). Resolving Power and Linear Resolution for Quality Assessment and Design of Aerospace Earth Remote Sensing Systems. Raketno-kosmicheskoe priborostroenie i informatsionnye sistemy, 9(1), 9 – 29. [in Russian language]
27. Gorbachev A. A., Korotaev V. V., Yaryshev S. N. (2013). Solid-state matrix photoconverters and cameras based on them. Saint Petersburg: IU ITMO. [in Russian language]
28. Howell Steve B. (2000). Handbook of CCD Astronomy. Cambridge – New York: Cambridge University Press.
29. Kornilov V. The task of the astrophysical workshop. Study of a matrix CCD receiver. Retrieved from http://www.sai.msu.ru/ao/speccourses/posobiya/z09_CCD.pdf [in Russian language]
30. Pustynskiy I. N., Zaytseva E. V. (2009). Towards the calculation of image illumination and the number of signal electrons in a television sensor on a CCD matrix. Doklady TUSURa, 20(2), 5 – 110. [in Russian language]
31. Pustynskiy I. N., Zaytseva E. V. (2010). Towards a refinement of the estimate of the signal-to-noise ratio in a television sensor on a CCD matrix. Doklady TUSURa, 2(2), part 2, 180 – 182. [in Russian language]
32. Shanin O. I. (2013). Adaptive optical systems for tilt correction. Resonant adaptive optics. Moscow: Tekhnosfera. [in Russian language]
33. Zverev V. A., Kirillovskiy V. K., Sokol'skiy M. N. (1976). Application of the isophotometric photo recording method in research and certification of the main mirror of the BTA. OMP, (12), 513 – 519. [in Russian language]
34. Mahov V. E., Shirobokov V. V., Emel'yanov A. V., Potapov A. I. (2022). Investigation of algorithms of detecting of the characteristics of remote objects in optoelectronic systems by the method of wavelet transformation. Kontrol'. Diagnostika, 25(4), 20 – 31. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2022.04.pp.020-031
35. Mahov V. E., Petrushenko V. M., Emel'yanov A. V. et al. (2021). Technology for the development of software algorithms for optoelectronic monitoring systems for remote objects. Vestnik komp'yuternyh i informatsionnyh tekhnologiy, 18, 208(10), 10 – 21. [in Russian language] DOI: 10.14489/vkit.2021.10.pp.010-021
36. Mahov V. E. (2009). Control and measuring system for studying the processes of high-temperature formation of powderfiring coatings. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, (2), 90 – 96. [in Russian language]
37. Dobeshi I. (2001). Ten lectures on wavelets. Izhevsk: NITs «Regulyarnaya i haoticheskhaya dinamika». [in Russian language]
38. Radkevich M. M., Evgrafov A. N. (Eds.), Mahov V. E. (2012). Study of the wavelet transformation algorithm for determining the coordinates of light marks in dilatometry. Materials of the 2nd International Scientific and Practical Conference “Modern Mechanical Engineering. Science and education", 490 – 499. Saint Petersburg: Izdatel'stvo Politekhnicheskogo universiteta. [in Russian language]
39. Mahov V. E., Shirobokov V. V., Emel'yanov A. V. et al. (2023). Optical-electronic system of high spatial resolution when observing remote objects. Kontrol'. Diagnostika, 26(1), 4 – 13. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2023.01.pp.004-013
40. Kozhevnikov D. A., Fedortsev R. V. (2017). Method for geometric calibration of optical-electronic systems based on an electronic test object. Pribory i metody izmereniy, 8(4), 374 – 385. [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.2023.11.pp.016-029
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.2023.11.pp.016-029
and fill out the form
.
|
Архив номеров
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»