Инвариантный к изменению освещенности сцены метод определения параметров движения изображений Текст научной статьи по специальности «Математика»

ИНВАРИАНТНЫЙ К ИЗМЕНЕНИЮ ОСВЕЩЕННОСТИ СЦЕНЫ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ

© Чекотило Е.Ю.*, Чекотило А.В.*

Самарский государственный технический университет, г. Самара

В статье предложен вариант метода функционализации параметров движения изображений, основанный на вычислении оптического потока, инвариантный к изменению освещенности сцены.

Важной задачей для многих отраслей промышленности является улучшение методов создания информационно-измерительных систем определения параметров движения (ИИС ОПД) изображений, способных определять текущее положение диагностируемого объекта и прогнозировать его новое положение (рассматриваемые в работе изображения - это объекты с собственным или отраженным электромагнитным излучением). Примером таких ИИС ОПД является задача определения параметров движения изображений, когда нежелателен или затруднен непосредственный контакт с контролируемым яркостным объектом. Задача бесконтактного определения параметров движения особенно актуальна в том случае, когда применение контактных методов в принципе невозможно или недопустимо. Например, при создании автономных средств навигации и ориентации космических и летательных аппаратов, систем наведения, слежения и обнаружения движущихся объектов с помощью оптико-электронных систем видимого и инфракрасного диапазонов, размещенных на борту летательных и космических аппаратов. Подобный случай имеет место также при измерении скорости движения автономных промышленных транспортных средств (транспортных роботов). Перечисленные задачи требуют определения параметров движения яркостных объектов по видеоинформации, получаемой на достаточно коротких интервалах времени, то есть в реальном времени.

Перспективным методом создания таких систем, обладающим высоким быстродействием и универсальностью, является метод функционали-зации параметров изображения [1], основанный на обобщении известных «градиентных» методов вычисления оптического потока [2]. Практика использования ИИС ОПД, построенных на алгоритмах, реализующих «градиентные» методы, показывает хорошие метрологические характеристики

* Старший преподаватель кафедры «Высшая математика и прикладная информатика», кандидат технических наук.

♦ Младший научный сотрудник кафедры «Высшая математика и прикладная информатика».

только в условиях стабильности освещенности сцены, так как при вариации освещенности сцены возникает методическая погрешность, пропорциональная производной по времени функции изменения освещенности.

В статье предложен метод функционализации, инвариантный к изменению интенсивности освещенности сцены. Метод состоит в формировании с помощью изобразительной системы на чувствительной поверхности приемника излучения изображения движущегося яркостного объекта, выделении на изображении окон анализа и измерении в этих окнах обобщенных производных по времени и пространственным координатам от функционала специального вида:

Ф(г) = Ц К (г )е (г (г ), г) ds (1)

в

где К (г ) - непрерывная и дифференцируемая почти всюду по всем

своим аргументам функция веса;

Е(г ((), г) - равномерно ограниченная и дифференцируемая почти всюду по всем своим аргументам функция распределения освещенности изображения яркостного объекта.

Для учета изменения во времени освещенности сцены, функция распределения освещенности изображения представляется в виде:

Е(г([),г) = р(г) -Р($) (2)

где р(г) - функция распределения альбедо;

Р(/) > 0 - интенсивность внешнего источника, облучающего сцену.

Далее согласно методу функционализации вычисляется полная производная по времени от функционала (1) с учетом (2):

Ф (г) = д. Ф(() + Л К ( )Е (( ((), г) Г& ds (3)

в

где д = 1п(в(г)) - вспомогательная переменная, отражающая изме-

dг

нение функции освещенности во времени.

Уравнение (3) является уравнением функциональной связи (ФС -уравнением), связывающим компоненты вектора со = [0, 0, со3 ]г угловой

скорости (углы крена и тангажа равны нулю) и вектора УН = [УЛН ,УГН, 0]г поступательной скорости носителя оптической системы с временными и пространственными характеристиками изображения:

ЪУШ + Ъ2Уун + Ъз®з + Ь Ч = Ф (?)

(4)

Составляющие вектора Л скорости движения носителя оптической системы определяются из системы ФС-уравнений, составленной из N уравнений типа (4), коэффициенты для каждого из которых получаются по информации из /-го окна анализа [1]:

В-Л = Р

(5)

где ,¥гн,®з,ч] - вектор-столбец;

В = [Ьу ] - матрица коэффициентов;

Р = [р. ]т - вектор-столбец полных производных по времени от функционала (1).

/ = 1..Я (И > М), у = М (М = 1...4)

Для нахождения решений системы ФС-уравнений (5), необходимо выполнение равенства М < N. Для получения требуемого количества ФС-уравнений обрабатывается информация, поступающая в один и тот же момент времени из нескольких окон анализа, или из одного окна анализа, но в разные моменты времени. С целью уменьшения погрешности вычислений система (5) переопределяется ^ >> М), а решение ее находится методом квазиобращений:

Л = (втв )-1 ВТР

(6)

при этом процесс вычисления инвариантен к изменению условий освещенности изображения.

Рис. 1

Достоверность высказанных предположений подтверждена результатами компьютерного моделирования функционирования ИИС ОПД. В качестве изображений использовались фрагменты снимков поверхности Земли типа «Горы».

На рис. 1. представлены результаты компьютерных экспериментов по определению зависимости математического ожидания ЫЕ относительной погрешности оценки смещения и доверительного интервала D0,95 (серый фон) от интенсивности освещенности ß(t).

Эксперименты проводились при начальном смещении изображений равном 5 пикселям и 10 градусам для плоско-параллельного движения и вращения в плоскости движения соответственно.

Таким образом, показана инвариантность предложенного метода функционализации параметров изображения к изменению условий интенсивности освещенности сцены.

Список литературы:

1. Кузнецов П.К., Мартемьянов Б.В., Семавин В.И., Чекотило Е.Ю. Метод определения вектора скорости движения подстилающей поверхности // Вестник Самарского технического университета. Серия Технические науки. - 2008. - № 2 (22). - С. 96-110.

2. Black M.J., Anandan P. A framework for the robust estimation of optical flow// ICCV'93, May. - 1993. - P. 231-236.

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОЛУЧЕНИЯ ГРАНУЛ И СРЕДСТВ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

© Шкарпеткин Е.А.*

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород

Рассмотрены основные методы получения гранул из различных порошкообразных материалов. Проведён анализ оборудования для получения гранул и представлена их классификационная схема. Определены основные направления развития и совершенствования оборудования для гранулирования порошкообразных материалов.

Во многих отраслях промышленности (строительных материалов, химической, металлургической, пищевой и др.), а также в сельском хозяйстве широкое применение получили гранулированные материалы. В связи с

* Аспирант кафедры Технологических комплексов, машин и механизмов.