НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-1-30-39
УДК 004.021
АЛГОРИТМ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ, ПОЛУЧЕННЫХ ВСЕНАПРАВЛЕННЫМИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫМИ СИСТЕМАМИ
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Лазаренко В.П., Джамийков Т.С., Коротаев В.В., Ярышев С.Н. Алгоритм преобразования изображений, полученных всенаправленными оптико-электронными системами // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 1. С. 30–39
Аннотация
Всенаправленные оптико-электронные системы находят применение в тех сферах, где критичен большой угол обзора. Однако всенаправленные оптико-электронные системы имеют большую дисторсию, что затрудняет их повсеместное использование. В работе приведено сравнение проекционных функций перспективных объективов и всенаправленных сверхширокоугольных объективов типа «рыбий глаз» с углом обзора не менее 180°, из которого следует, что такие объективы не могут быть описаны с помощью отклонения от перспективной модели. Для решения этой проблемы был предложен алгоритм преобразования изображений, полученных всенаправленными оптическими системами, к классическому перспективному виду с использованием процедуры калибровки всенаправленной оптико-электронной системы. Приведено краткое сравнение четырех методов калибровки всенаправленных оптико- электронных систем, доступных в виде инструментариев с открытым исходным кодом. Приведена геометрическая проекционная модель, используемая для калибровки всенаправленной оптической системы. Алгоритм состоит из нескольких этапов. Сначала производится калибровка всенаправленной оптической системы, результатом работы которой является проекционная функция оптической системы, которая задает связь трехмерных координат точки в пространстве предметов и координат ее изображения в плоскости фотоприемника. Затем рассчитывается массив трехмерных точек, описывающий плоскость в пространстве предметов и характеризующий таким образом поле зрения виртуальной камеры. Потом с помощью проекционной функции, полученной в результате калибровки, производится расчет массива координат изображений трехмерных точек в плоскости фотоприемника. На последнем этапе результирующее изображение формируется путем приравнивания яркости пикселей этого изображения и яркостей соответствующих им пикселей исходного всенаправленного. Разработанный алгоритм позволяет получить изображение части поля зрения всенаправленной оптико-электронной системы с исправленной дисторсией из исходного всенаправленного изображения. Алгоритм предназначен для работы с всенаправленными оптико-электронными системами, как с зеркально-линзовыми оптическими системами, так и со сверхширокоугольными объективами типа «рыбий глаз». Представлены экспериментальные результаты работы алгоритма.
Благодарности. Работа выполнена при государственной финансовой поддержке ведущих университетов Российской Федерации (субсидия 074-U01).
Список литературы
1. Avanesov G.A., Bessonov R.V., Kurkina A.N., Liudomirsky M.B., Kayutin I.S., Yamshchikov N.E. Avtonomnye besplatformennye astroinertsial'nye navigatsionnye sistemy: printsipy postroeniya, rezhimy raboty i opyt ekspluatatsii [Autonomous strapdown stellar-inertial navigation systems: design principles, operation modes and operating experience]. Giroskopiya i Navigatsiya, 2013, no. 3, pp. 91–110.
2. Abakumov V.M. Features of the measurement of the angular coordinates of stars by precision optoelectronic systems. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal), 1996, vol. 63, no. 7, pp. 537– 541.
3. Brumberg V.A., Glebova N.I., Lukashova M.V., Malkov A.A., Pit'eva E.V., Rumyantseva L.I., Sveshnikov M.L., Fursenko M.A. Rasshirennoe ob"yasnenie k "Astronomicheskomu ezhegodniku" [Expanded explanation to the "Astronomical Yearbook"]. Trudy IPA RAN, 2004, no. 10, pp. 62–67.
4. Berezin V.B., Berezin V.V., Sokolov A.V., Tsytsulin A.K. Adaptivnoe schityvanie izobrazheniya v astronomicheskoi sisteme na matrichnom pribore s zaryadovoi svyaz'yu [Adaptive CCD pixel's size for star detection and position estimation]. Izv. Vuzov Rossii. Radioelektronika, 2004, no. 4, pp. 36–45.
5. Mantsvetov A.A., Sokolov A.V., Umnikov D.V., Tsytsulin A.K. Izmerenie koordinat spetsial'no formiruemykh opticheskikh signalov [Coordinate measuring specially formed optical signals]. Voprosy Radioelektroniki. Seriya: Tekhnika Televideniya, 2006, no. 2, pp. 90–94.
6. Gayvoronsky S., Rusin V., Tsodokova V. A comparative analysis of methods for determinating star image coordinates in the photodetector plane. Automation and Control: Proc. Int. Conf. of Young Scientists. St. Petersburg, 2013, pp. 54–58.
7. Tsvetkov A.S. Rukovodstvo po Prakticheskoi Rabote s Katalogom Tycho-2 [Guidelines for Practical Operation with Tycho-2 Catalog]. St. Petersburg, 2005, 132 p.
8. Akkardo D., Rufino J. Novoe reshenie zadachi polucheniya nachal'nykh dannykh ob orientatsii pri pomoshchi astronomicheskogo datchika: algoritm, realizatsiya, ispytaniya [A new solution of the problem of primary data obtaining by using astronomical orientation sensor: algorithm, implementation, test]. Giroskopiya i Navigatsiya, 2001, no. 1, pp. 87–100.
9. Osipik V.A., Fedoseev V.I. Algorithms for automatically recognizing star groups from on board a spacecraft. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal), 1998, vol. 65, no. 8, pp. 629–635.
10. Kruzhilov I.S. Metody i Programmnye Sredstva Povysheniya Effektivnosti Raspoznavaniya Grupp Zvezd v Avtonomnoi Astronavigatsii. Diss. … kand. tekhn. nauk [Methods and Software Improve the Efficiency of Recognition of Groups of Stars in Autonomous Celestial Navigation. Diss. eng. sci.]. Moscow, 2010, 141 p.
11. Ezhov O.M. Comparative analysis of star-detection algorithms for orientation devices with CCD arrays. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal), 1998, vol. 65, no. 8, pp. 649–652.
12. Blazhko S.N. Kurs Prakticheskoi Astronomii [Course of Practical Astronomy]. Moscow, Nauka Publ., 1979, 432 p.
13. Bratt S.P. Analysis of Star Identification Algorithms due to Unconpensated Spatial Distortion. Master of Science Thesis. Available at: http://digitalcommons.usu.edu/etd/1714 (accessed 10.11.2013).
14. Malinin V.V. Modelirovanie i Optimizatsiya Optiko-Elektronnykh Priborov s Fotopriemnymi Matritsami [Simulation and Optimization of Optoelectronic Devices with the Photodetector Array]. Novosibirsk, Nauka Publ., 2005, 256 p.
15. Malinin V.V., Faleev A.V. Optoelectronic systems for orientation from a star field. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal), 1996, vol. 63, no. 10, pp. 745–748.
16. Osipik V.A., Fedoseev V.I. Mathematical modelling of algorithms for recognizing groups of stars. Journal of Optical Technology (A Translation of Opticheskii Zhurnal), 1996, vol. 63, no. 7, pp. 505–509.
17. Kiselev A.A. Teoreticheskie Osnovaniya Fotograficheskoi Astrometrii [Theoretical Foundations of Photographic Astrometry]. Moscow, Nauka Publ., 1989, 264 p.
18. Stepanov O.A. Osnovy Teorii Otsenivaniya s Prilozheniyami k Zadacham Obrabotki Navigatsionnoi Informatsii. Ch. 1. Vvedenie v Teoriyu Otsenivaniya [Fundamentals of Estimation Theory with Applications to Problems of Navigational Information Processing. Part 1. Introduction to the Evaluation Theory]. St. Petersburg, TsNII Elektropribor Publ., 2009, 440 p.
