CC BY
39
32. Di Shen Attacking your «Trusted Core». Exploiting TrustZone on Android / BlackHat USA, 2015. [Электронный ресурс]. URL: https://www. blackhat.com/ docs/us-15/materials/us-15-Shen-Attacking-Your-Trusted-Core-Exploiting-TrustZone-On-Android.pdf (дата обращения: 15.04.2020).
Маркин Дмитрий Олегович, канд. техн. наук, сотрудник, [email protected], Россия, Орёл, Академия ФСО России,
Хо Тхай Чунг, сотрудник, trunght@,gmail. com, Россия, Орёл, Академия ФСО
России
THE VULNERABILY ANALYSIS OF A TRUSTED APPLICATION EXECUTION ENVIRONMENT BASED ON TRUSZONE TECHNOLOGY
D.O. Markin, H.T. Trung
The paper discusses the main vulnerabilities of the trusted application execution environment based on TrustZone technology, as well as restrictions that reduce the likelihood of information security threats being implemented in the application execution process.
Key words: trusted execution environment, software vulnerabiliies, TrustZone, ARM.
Markin Dmitry Olegovich, candidate of technical sciences, employee, mdoaacadem. msk. rsnet. ru, Russia, Oryol, Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation,
Ho Thai Trung, employee, trunght89@,gmail. com, Russia, Oryol, Academy of Federal Security Guard Service of the Russian Federation
УДК 629.7; 681.7
МЕТОДИКА РАСЧЕТА ПОРОГОВОЙ МОДУЛЯЦИОННОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЦИФРОВЫХ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ
А. С. Молчанов
Представлены результаты решения задачи синтеза аналитического выражения пороговой модуляционной характеристики цифровых оптико-электронных систем дистанционного зондирования Земли по результатам их наземных и летных испытаний. Тест-объекты на визуальных изображениях поверхности Земли распознаются и интерпретируются с участием операторов-дешифровщиков. Методика расчета пороговой модуляционной характеристики цифровых оптико-электронных систем дистанционного зондирования Земли позволит при проведении их летных испытаний адекватно оценить их линейное разрешение по наземным штриховым мирам и определить потенциально достижимые границы линейного разрешения без проведения дополнительных натурных экспериментов.
Ключевые слова: пороговая модуляционная характеристика, оптико-электронная система, линейное разрешение, методика, пиксель, тест-объект, штриховая мира.
Одной из важных характеристик, применяемых при анализе пространственного разрешения цифровых оптико-электронных систем (ЦОЭС) дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), является пороговая
модуляционная характеристика (ПМХ). ПМХ характеризует шумовые свойства системы и зрительного анализатора наблюдателя (оператора-дешифровщика) [1-3]. Она представляет собой пороговый контраст изображения штриховой миры, который еще распознается (визуально или автоматически) при заданной пространственной частоте (ПЧ). ПМХ определяется ПЧ в точке пересечения с ФПМ ЦОЭС и представляет собой пороговый контраст изображения миры, который еще распознается на этой ПЧ
Использование кривой ФПМ в качестве оценивания ЦОЭС позволяет потребителю получить максимум информации о передаточных свойствах этой системы или отдельного ее звена и производить выбор звеньев и систем, исходя из конкретных специфических требований [6-9].
Эмпирические показатели качества предполагают в качестве предельной пространственной частоты принимать частоту, соответствующую характерным точкам на ФПМ (рис. 1). В качестве таких характерных точек являются: 0,8; 0,61; 0,5; 0,368 (ослабление ФПМ в е»2,718 раз); 0,3; 0,1; 0,03 (соответствует порогу контрастной чувствительности глаза) [4, 10-12].
При оценивании ФПМ системы следует заранее определить, передача каких частот в наибольшей степени интересует наблюдателя. В [10] предложено оценивать ФПМ по передаче контраста либо на наиболее важной частоте, либо на частоте, соответствующей заданной отдаче. Так, например, Истомин Г.А. предложил оценивать систему по ПЧ, которая соответствует величине передачи контраста (значению ФПМ системы), равной 0,8 [11].
Фризер и Бидерман [4, 5, 11] использовали ПЧ, соответствующую величине передачи контраста, равной 0,5. При плохом качестве оптико-электронной системы наблюдатель-дешифровщик обращает наибольшее внимание на наивысшие разрешаемые ПЧ. С улучшением ФПМ системы внимание переключается на более низкие частоты. Для объектов, у которых нет крупных деталей, такая зависимость монотонна. На рис. 1 представлены варианты определения разрешающей способности в соответствии с эмпирическими критериями и критерием ПМХ.
[4, 5].
IV
Уе, I Vu.fi V« Уп.ш Унт V/!, оз V
Рис. 1. Определение предельной пространственной частоты (ось абсцисс) по характерным точкам ФПМ (ось ординат)
329
Из всех звеньев ЦОЭС ДЗЗ, именно ФПМ фоточувствительного элемента приемника излучения (пикселя), имеющего геометрические размеры а* а, наиболее сильно ограничивает спектр пропускаемых ПЧ [4, 1317]. Поэтому в качестве предельно достижимой разрешающей способности Rnp. можно считать ширину полосы пропускания пикселя, определяемую его геометрическими размерами: Япр.=1/а, где a - геометрический размер пикселя, мм.
Проекция пикселя на земную поверхность позволяет судить о разрешении на местности, поэтому эта характеристика принята в качестве расчетного критерия пространственного разрешения ОЭС сначала за рубежом, где он был назван GSD (Ground Sampling Distance), а с недавнего времени и в отечественной практике [4, 5, 13]. Проекция пикселя на земную поверхность определяется по формуле
L=H/(Rr4>.F)=aH/F,
где F - фокусное расстояние оптической системы, мм; Н - высота аэросъемки, м.
Основной причиной неверного определения пространственного разрешения в соответствии с записанными критериями и является то, что они не учитывают, что приемник излучения ЦОЭС представляет собой не единичный пиксель, а матрицу (или линейку) пикселей. Матричный приемник излучения (МПИ) осуществляет дискретизацию (пространственную выборку) изображения, поэтому качество изображения, формируемого ЦОЭС ДЗЗ, определяется закономерностями восстановления непрерывного сигнала из его дискретных отчетов. Фундаментальное значение в теории дискретизации имеет теорема Котельникова, которая применительно к теории оптико-электронных систем формулируется следующим образом: пространственная дискретизация не будет оказывать искажения только для тех изображений, у которых наивысшая пространственная частота vmax равна или меньше половины частоты дискретизации vdu,CKp. , определяемой периодом расположения пикселей [13, 18-20]:
nmax—0,5 Пдискр. > Пдискр. 1/b,
где b=a+Ax - период расположения пикселей; Ax - расстояние между соседними пикселями.
ПЧ, равная половине частоты дискретизации, называется частотой Найквиста
VN 0>5 пдискр.
Таким образом, максимальная ПЧ, воспроизводимая системой без искажений (именно она характеризует предельное разрешение) - это частота Найквиста. Тогда предельные РС и ЛРМ по критерию Найквиста будут иметь вид:
RN=VN=1/2b, LN=2bH/F.
Сравнение записанных зависимостей показывает, что пространственное разрешение по критерию размера пикселя (проекции пикселя на местность) оказывается завышено не менее, чем в два раза относительно критерия Найквиста.
Однако вышеизложенные критерии дают недостоверную оценку, что подтверждается результатами экспериментов, свидетельствующими о том, что в действительности размер пикселя на местности всегда меньше реального разрешения, полученного по результатам натурного эксперимента.
Одновременно, вместе с этим вышеизложенные критерии не учитывают визуальную оценку получаемых изображений наблюдателем (опе-ратором-дешифровщиком). С одной стороны, это позволяет исключить субъективность получаемых оценок, но с другой стороны именно наблюдатель (оператор-дешифровщик), опираясь на зрительное восприятие в сочетании с умственной активностью, обеспечивает формирование образов и представлений, на базе которых распознаются и интерпретируются изображения объектов, определяющие качество ЦОЭС ДЗЗ.
До настоящего времени не получено аналитическое выражение ПМХ по результатам выполнения натурных экспериментов ЦОЭС ДЗЗ, учитывающее визуальную оценку получаемых изображений оператором-дешифровщиком, обеспечивающее формирование образов и представлений, на базе которых распознаются и интерпретируются изображения объектов ДЗЗ, определяющие качество ЦОЭС [4, 11, 13, 21, 22]. Разработка методики расчета пороговой модуляционной характеристики ЦОЭС ДЗЗ являлась целью проведенного исследования.
Для проверки изложенных теоретических положений проведены натурный лабораторный и летный эксперименты.
Лабораторный эксперимент проводился путем визуального анализа изображений штриховых мир видимого диапазона. В качестве тест-объекта использовались штриховые миры видимого диапазона различного контраста К=0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9, каждая из которых имеет 8 групп штрихов, с шириной штриха 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 7 и 8 мм соответственно (рис. 2).
а б
Рис. 2. Штриховая мира видимого диапазона при выполнении натурных испытаний: а - исходное изображение; б - полученное
изображение
331
На отобранных изображениях были измерены значения максимального Етах и минимального Ет1П уровней освещенности для каждой группы штриховой миры (для каждой пространственной частоты V).
Значения Етах и Етт выбирались как усредненные значения уровней яркости одного пикселя штриха по всей длине штриха (выделенно пунктиром) как последовательность пикселей, на которое приходится не менее 80 % площади штриха (рис. 3).
Рис. 3. Вычисление усредненного значения уровня серого на штриховой мире видимого диапазона при выполнении натурных испытаний
По полученным значениям Emax и Emin градаций яркости в уровнях серого 0 и 255 для каждой группы миры были рассчитаны значения модуляции [23].
Глубина модуляции АК выходного сигнала характеризует контраст тест-объекта, нормированный к единице на нулевой пространственной частоте:
L - L .
д ту^ _ max min
L + L .
max min
где Lmax, Lmin - максимальная и минимальная яркости изображения периодического тест-объекта, полученного ЦОЭС.
Результаты эксперимента представлены в табл. 1.
Летные (натурные) эксперименты проводились при проведении государственных испытаний многофункционального комплекса радиоэлектронной борьбы на беспилотном летательном аппарате малой дальности, изделие РБ-501В (ОКР «Москит-У»), путем визуального анализа изображений, полученных при выполнении аэрофотосъемки местности с размещёнными на ней тест-объектами.
В качестве тест-объектов использовались штриховые миры видимого диапазона контраста К=0,5; 0,7 и 0,9, которые имеют 10 групп штрихов, с шириной штрихов 0,066; 0,082; 0,1; 0,128; 0,16; 0,2; 0,25; 0,31; 0,39; 0,49 м соответственно (рис. 5).
Таблица 1
Статистические характеристики результатов лабораторного __эксперимента_
Контраст миры K Группа штрихов
1 2 3 4 5 6 7 8
Размер штриха, мм
2 2,5 3 4 5 6 7 8
Пространственная частота, мм-1
83 67 56 42 33 28 24 21
0,2 0,004 0,0234 0,071 0,156 0,167 0,181 0,182 0,186
0,3 0,009 0,038 0,100 0,190 0,230 0,236 0,243 0,255
0,4 0,017 0,076 0,132 0,251 0,314 0,347 0,394 0,397
0,5 0,021 0,080 0,153 0,268 0,319 0,383 0,422 0,437
0,6 0,029 0,082 0,170 0,301 0,358 0,423 0,467 0,499
0,7 0,032 0,089 0,190 0,333 0,451 0,534 0,596 0,622
0,8 0,054 0,0894 0,203 0,364 0,462 0,557 0,605 0,64
0,9 0,082 0,091 0,211 0,376 0,467 0,58 0,61 0,68
1 0,092 0,0967 0,229 0,384 0,48 0,6 0,629 0,696
Рис. 5. Штриховые миры видимого диапазона
на испытательном полигоне
Результаты летного эксперимента представлены в табл. 2.
Таблица 2
Статистические характеристики результатов летного (натурного)
эксперимента
Контраст миры K Группа штрихов
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Размер штриха, м
0,066 0,082 0,1 0,128 0,16 0,2 0,25 0,31 0,39 0,49
Пространственная частота, мм-1
76 61 50 39 31 25 20 16 13 10
0,5 0,021 0,080 0,143 0,168 0,211 0,327 0,379 0,412 0,43 0,456
0,7 0,032 0,089 0,190 0,253 0,401 0,484 0,534 0,568 0,615 0,631
0,9 0,082 0,161 0,311 0,396 0,477 0,515 0,591 0,660 0,695 0,746
Результаты лабораторного эксперимента показали удовлетворительную сходимость его результатов с результатами летного (натурного) эксперимента: расхождение составило не более 1,8 %.
Результаты исследований [19, 24, 25] и регрессионный анализ, проведенный в соответствии с рекомендациями [26], позволяют предложить для дальнейшего использования следующее приближенное соотношение ПМХ:
y = 0,05 + 0,55x,
где y - значение модуляции, x - значение пространственной частоты.
Это соотношение может использоваться при проведении летных испытаний и оценивании характеристик линейного разрешения и разрешающей способности авиационных ЦОЭС ДЗЗ.
Полученная по результатам натурных экспериментов ПМХ позволит при проведении летных испытаний ЦОЭС ДЗЗ достоверно и объективно выполнять оценивание линейного разрешения и разрешающей способности по наземным штриховым мирам, и определять потенциальные характеристики линейного разрешения без проведения дополнительных натурных экспериментов.
Список литературы
1. Современное состояние и перспективы развития оптико-электронных систем воздушной разведки / Ю.Г. Веселов, С.П. Гулевич, О.П. Еруков, Н.И. Сельвесюк // Вестник академии военных наук. 2011. № 3 (36). С. 124-128.
2. Козинов И.А., Почивалов С.Г., Топчий П.Н. Метод корреляционного распознавания наблюдаемых объектов по многоспектральным данным // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2013. Т. 7. № 6. С. 3841.
3. Сельвесюк Н.И., Веселов Ю.Г., Островский А.С. Функциональная модель комплекса получения видовой информации // Известия ЮФУ. Технические науки. 2015. № 1 (162). С. 132-141.
4. Молчанов А.С. Теория построения иконических систем воздушной разведки. Волгоград: Панорама, 2017. 224 с.
5. Молчанов А.С. Анализ построения и основные задачи систем автоматического распознавания объектов при проведении испытаний наземных комплексов обработки и дешифрирования материалов воздушной разведки // Славянский форум. 2020. № 1 (27). С. 237-248.
6. Современное состояние и перспективы развития инфракрасных средств мониторинга земной поверхности / И.Н. Белоглазов, Ю.Г. Веселов, С.П. Гулевич, И.В. Карпиков // Проблемы безопасности полетов. 2008. № 6. С. 38-47.
7. Математическая модель цифровой инфракрасной системы дистанционного зондирования Земли / Ю.Г. Веселов, С.П. Гулевич, И.В. Карпиков, А.С. Островский // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 6. С. 10.
8. Валихова Е.П., Тимашова Л.Н. Панорамная оптико-электронная система ночного видения // Контенант. 2019. Т. 18. № 4-2. С. 62-77.
9. Прогнозирование разрешающей способности цифровых аэрофо-тосъемочных систем / Ю.Г. Веселов, С.П. Гулевич, А.А. Данилин, И.В. Карпиков, В.В. Тихонычев // Проблемы безопасности полетов. 2009. № 2. С. 21-25.
10. Молчанов А.С. Оценка качества аэрофотосистем методом математического моделирования с использованием критерия Шадэ // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2017. № 1. С. 2833.
11. Дубинский Г.П., Кононов В.И., Федоровский А.Ф. Методы оценки качества оптических систем. М.: Машиностроение, 1978. 231 с.
12. Гулевич С.П., Веселов Ю.Г., Прядкин С.П. Описание изображений сложных наземных объектов в задаче распознавания образов // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 11. С. 18.
13. Методика оценки возможностей средств получения видовой информации при их комплексировании / Ю.Г. Веселов, А.С. Островский, А.С. Молчанов, Н.И. Сельвесюк // Научные чтения по авиации, посвященные памяти Н.Е. Жуковского. 2015. № 3. С. 301-304.
14. Метод поддержки принятия решений по управлению ресурсами при испытаниях авиационной техники / Л.В. Коломиец, М.В. Федоров, А.В. Богомолов, А.Н. Мережко, А.С. Солдатов, А.А. Есев // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2010. Т. 8. № 5. С. 38-40.
15. Автоматизированная система квалиметрии гиростабилизиро-ванных оптико-электронных систем вертолётов: пат. 186576 РФ. Опубл. 9.11.2019. Бюл. № 31.
16. Гиростабилизированная оптико-электронная система боевого вертолёта: пат. 188174 РФ. Опубл. 02.04.2019. Бюл. № 10.
17. Гиростабилизированная оптико-электронная система для поисково-спасательных операций с применением вертолёта: пат. 188984 РФ. Опубл. 06.05.2019. Бюл. № 13.
18. Фризер Х. Фотографическая регистрация информации. М.: Мир, 1978. 670 с.
19. Молчанов А.С. Методика исследования характеристик разрешения цифровых оптико-электронных систем при проведении летных испытаний // Cloud of Science. 2019. Т. 6. № 4. С. 613-628.
20. Кукушкин Ю.А., Богомолов А.В., Ушаков И.Б. Математическое обеспечение оценивания состояния материальных систем // Информационные технологии. 2004. № 7 (приложение). 32 с.
21. Штриховой тест-объект оценки в натурных экспериментах пространственно-частотного и энергетического разрешений цифровых инфракрасных систем получения видовой информации / Ю.Г. Веселов, А.А. Данилин, Ю.С. Мельник, Н.И. Сельвесюк // Радиостроение. 2018. № 1. С. 1-8.
22. Лазерные технологии в задачах обеспечения военной безопасности / В.С. Степанов, Д.Б. Комаров, А.С. Прокофьева, С.П. Драган, А.В. Богомолов, И.А. Дёшин, Т.В. Фомина // Стратегическая стабильность. 2018. № 3 (84). С. 16-21.
23. Чаусов Е.В., Молчанов А.С. Программно-методический комплекс обработки изображений при проведении лётных испытаний икони-ческих оптико-электронных систем // Геодезия и картография. 2020. Т. 81. № 1. С. 26-33.
24. Отделяемая оптико-электронная система ведения воздушной разведки с помощью вертолета: пат. 193634 РФ. Опубл. 07.11.2019. Бюл. № 31.
25. Молчанов А.С. Метод оценки линейного разрешения на пиксель цифровых аэрофотосистем при различном угловом положении штриховой миры относительно приемника оптического излучения // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 10. С. 338-348.
26. Дрейпер Н., Смит Г. Прикладной регрессионный анализ. М.: Вильямс, 2016. 912 с.
Молчанов Андрей Сергеевич, канд. техн. наук, доцент, заместитель начальника отдела - начальник отделения (старший инженер-испытатель), andryoe@yandex. ru, Россия, Ахтубинск, Войсковая часть 15650
CALCULATION METHOD OF THRESHOLD MODULATION CHARACTERISTICS OF DIGITAL OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEMS OF REMOTE SENSING OF THE EARTH
A.S. Molchanov
The article presents the results of solving the synthesis problem of the analytical expression of the threshold modulation characteristic of digital optoelectronic systems for remote sensing of the Earth based on the results of their ground and flight tests. Test objects on visual images of the Earth's surface are recognized and interpreted with the participation of decryption operators. The methodology for calculating the threshold modulation characteristic of digital optical-electronic systems for remote sensing of the Earth will allow us to adequately assess their linear resolution from ground-based dash worlds and determine the potentially achievable linear resolution boundaries without additional field experiments when conducting their flight tests.
Key words: threshold modulation characteristic, optoelectronic system, linear resolution, technique, pixel, test object, dashed world.
Molchanov Andrey Sergeyevich, candidate of technical sciences, docent, deputy department head - department head (senior test engineer), andryoe@yandex. ru, Russia, Akhtubinsk, Military unit 15650
