ВАЛИДАЦИЯ СПЕКТРАЛЬНОЙ МОДЕЛИ ЦИФРОВОГО ЦВЕТНОГО ФОТОАППАРАТА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЦВЕТНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ КОРРЕЛЯЦИОННО-ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ ЛЕТАТЕЛЬНАХ АППАРАТОВ

Пущин А.В. Валидация спектральной модели цифрового цветного фотоаппарата для обработки изображений цветной оптической корреляционно-экстремальной системы навигации летательных аппаратов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 4. С. 602–607.

doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-4-602-607

При разработке алгоритмов цветной оптической корреляционно-экстремальной системы навигации беспилотных летательных аппаратов появилась потребность в спектральной математической модели цифрового цветного фотоаппарата как оптико-электронного устройства. Модель включает относительную спектральную чувствительность фотоаппарата по трем цветовым каналам («красному», «зеленому» и «синему») и калибровочную модель накопления заряда фото- чувствительной ячейкой. Обе они были успешно разработаны, а их описания опубликованы ранее. В настоящей статье описываются результаты экспериментальной проверки совокупности этих составляющих математической модели прибора на соответствие требованиям, выдвигаемым к системам обработки изображений в оптических корреляционно-экстремальных системах навигации (аддитивная погрешность менее 15–20 % динамического диапазона измерений), т.е. ее валидации. В ходе эксперимента собрана выборка из спектрограмм излучения 24 эталонных объектов, а также в неизменных условиях освещения сделан их фотоснимок исследуемым фотоаппаратом. Приведенные к линейному масштабу с помощью радиометрической калибровочной модели и усредненные для каждого объекта декодированные цветовые координаты «сырой» информации фотоснимка использовались в качестве достоверных данных, формируемых фотоаппаратом, а результат преобразования полученных спектрограмм функцией спектральной чувствительности — как выходные значения его математической модели. В качестве метрики качества математической модели был использован коэффициент детерминации R², значение которого составило 0,98 в наихудшем случае («синий» цветовой канал), а распределение аддитивной погрешности оказалось близким к нормальному. Это позволяет сделать вывод о том, что модель объясняет изменчивость данных настолько достоверно, насколько это возможно в условиях воздействия случайных факторов и с использованием одной независимой переменной. Средняя аддитивная погрешность в единичном динамическом диапазоне измерений составила –0,014 со стандартным отклонением 0,029. Такие параметры удовлетворяют выдвигаемым требованиям, из чего делается вывод об успешной валидации разрабатываемой математической модели. Благодаря разработанной модели становится возможной цветокоррекция текущих изображений сообразно спектральному составу освещения в момент съемки, а также синтез изображений объектов на готовых эталонных фотоснимках местности. Дополнение ее спектральными характеристиками поглощения и рассеяния излучения атмосферой позволит провести оценку влияния этих факторов на формирование изображений цветных оптических корреляционно-экстремальных навигационных систем.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License