Научная статья на тему 'РАЗРАБОТКА МНОГОФАКТОРНОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ПАССИВНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕЛЕЙ ОБРАЗЦА БРОНЕТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ'

РАЗРАБОТКА МНОГОФАКТОРНОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ПАССИВНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕЛЕЙ ОБРАЗЦА БРОНЕТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
69
25
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Область наук
Ключевые слова
МОДЕЛИРОВАНИЕ / ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ / ОПРЕДЕЛЕНИЕ КООРДИНАТ / СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ / MODELING / ACCURACY ASSESSMENT / DETERMINATION OF COORDINATES / SYSTEM OF TECHNICAL SIGHT

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Зубарь Алексей Владимирович, Кайков Кирилл Владимирович, Хамитов Рустам Нуриманович, Вольф Илья Григорьевич

В статье излагается решение задачи оценки точности определения координат объектов системой технического зрения, предназначенной для применения в составе прицельно-наблюдательного комплекса образца бронетанкового вооружения. Раскрыта сущность и основные этапы вычислений разработанной имитационной модели. Особенностью данной модели является возможность вычисления распределения погрешности измерения координат по всему объему измерительного пространства, так и его формы и размеров в зависимости от взаимного положения видеокамер, их внутренних параметров и случайных составляющих, воздействующих на процесс измерений.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Зубарь Алексей Владимирович, Кайков Кирилл Владимирович, Хамитов Рустам Нуриманович, Вольф Илья Григорьевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF MULTIPLE-FACTOR SIMULATION MODEL OF ACCURACY ASSESSMENT IN PASSIVE OPTICAL-ELECTRONIC SYSTEM FOR DETERMINATION OF PARAMETERS OF TARGETS OF ARMORED ARMS

In the article the solution of a problem of assessment of accuracy of determination of coordinates of objects is stated by the system of technical sight intended for application as a part of an aim and observation complex of a sample of armored arms. The essence and the main stages of calculations of the developed simulation model are disclosed. The feature of this model is the possibility of calculation of distribution of an error of measurement of coordinates on all volumes of measuring space, and its form, and the sizes depending on mutual position of the video cameras, their internal parameters and accidental components influencing process of measurements.

Текст научной работы на тему «РАЗРАБОТКА МНОГОФАКТОРНОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ПАССИВНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕЛЕЙ ОБРАЗЦА БРОНЕТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ»

удк 621.391 а. В. ЗУБАРЬ1

РО!: 10.25206/1813-8225-2020-172-66-73 --

К. В. КАИКОВ1

Р. н. ХАМИТОВ2

И. г. ВОЛЬФ3

1Омский автобронетанковый инженерный институт, г. Омск

2Омский государственный технический университет, г. Омск

3Пермский военный институт войск национальной гвардии Российской Федерации, г. Пермь

РАЗРАБОТКА МНОГОФАКТОРНОИ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ПАССИВНОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЦЕЛЕЙ ОБРАЗЦА БРОНЕТАНКОВОГО ВООРУЖЕНИЯ

В статье излагается решение задачи оценки точности определения координат объектов системой технического зрения, предназначенной для применения в составе прицельно-наблюдательного комплекса образца бронетанкового вооружения. Раскрыта сущность и основные этапы вычислений разработанной имитационной модели. Особенностью данной модели является возможность вычисления распределения погрешности измерения координат по всему объему измерительного пространства, так и его формы и размеров в зависимости от взаимного положения видеокамер, их внутренних параметров и случайных составляющих, воздействующих на процесс измерений. Ключевые слова: моделирование, оценка точности, определение координат, система технического зрения.

Развитие компьютерных технологий обработки ступлений, занимающих значительные территории

цифровых изображений в совокупности с удешев- (места взрывов, крушений, техногенных аварий

лением и, соответственно, массовостью распро- и т.д.), когда зафиксировать традиционными сред-

странения аппаратуры видеонаблюдения привело ствами местоположение всего множества объектов

к тому, что на сегодняшний день системы техни- (следов, обломков и т.д.) невозможно или трудоём-

ческого (машинного) зрения (СТЗ) являются одним ко. Кроме этого, СТЗ могут применяться при трёх-

из самых бурно развивающихся направлений. Со- мерной реконструкции ландшафта земли, при стро-

временные СТЗ могут решать достаточно широкий ительстве и обслуживании крупногабаритных либо

спектр задач, связанных с обработкой цифровых протяжённых объектов, картографировании мест-

видеоизображений для автоматических интеллек- ности и пр. Такие системы имеют исключитель-

туальных вычислительных систем различного на- ное значение в тех случаях, когда в измерительном

значения. При этом одной из главнейших задач, пространстве находятся объекты, до которых не-

решаемых СТЗ, является определение в режиме возможно или очень сложно проводить измерения

реального времени координат и параметров движе- с помощью лазерных или радиолокационных си-

ния одновременно множества различных объектов стем, например, тонкие провода, антенны, находя-

наблюдения. щиеся на большом расстоянии, т.е. объекты с низ-

СТЗ определения параметров объектов могут ким коэффициентом отражения, дымовая завеса,

применяться для обеспечения работы правоохрани- люди и т.п.

тельных органов, например, при распознавании лиц Актуально применение СТЗ для образцов бро-

по их трёхмерным моделям, а также на местах пре- нетанкового вооружения (БТВ) в качестве опти-

ко-электронной системы пассивного (скрытного) измерения параметров целей в зоне действия средств наблюдения и разведки. Наличие возможности скрытного определения параметров целей качественно снижает эффективность аппаратуры обнаружения лазерного излучения [1—4] и, наоборот, повышает вероятность осуществления первого выстрела по противнику. Кроме этого, наличие возможности одновременного автосопровождения всех обнаруженных целей или важных объектов улучшает степень интеграции в единую систему управления тактическим звеном и повышает качество распознавания целей, а также способствует предварительной подготовке правильного решения для командира в сложившейся фоноцелевой обстановке.

При этом реализация СТЗ определения пространственных параметров целей в составе систем управления огнём (СУО) образцов БТВ предполагает работу в довольно сложных внешних и эксплуатационных условиях, проведение измерений на дистанциях до 2 — 3 км и при ограничении базы между ОЭС, не превышающей габариты шасси бронеобъекта. Исходя из чего актуальным является вопрос оценки точности измерений в зависимости от положения цели в измерительном пространстве. Полученные показатели точности позволят сформулировать требования к СТЗ, выявить наиболее оптимальные условия её применения на БТВ, и в целом ещё на этапе проектирования определить рациональность её разработки на используемой сегодня элементной базе.

Проведённый анализ [5, 6] известных моделей оценки точности [7—11] показал, что они не могут в полной мере быть применены для оценки точности определения координат целей при реализации СТЗ на базе прицельно-наблюдательного комплекса образца БТВ ввиду того, что они не позволяют получать показатели точности в условиях произвольно расположенных друг относительно друга и при этом разных по техническим данным камер и не позволяют оценивать форму и размеры измерительного пространства, а также распределение ошибок на его поверхности.

Только в работах [12, 13] авторами «рассмотрено определение измерительного пространства цифровой телевизионной стереоскопической измерительной системы... показано, что полученные соотношения позволяют проводить сравнительный анализ параметров измерительного пространства и точности измерений при реализации системы различными цифровыми видеокамерами с варьируемыми параметрами». Но при этом описание распределения ошибок по измерительному пространству, а также возможности оценки точности при произвольно расположенных камерах и в условиях воздействия случайных возмущений на процесс измерения данная модель не позволяет. Кроме того, ни в одной из известных моделей оценки точности не учитывается влияние дисторсионных искажений.

Для разрешения указанных недостатков были проведены научные исследования, в результате которых была разработана имитационная модель оценки точности определения координат объектов СТЗ.

На современных образцах БТВ в качестве приёмных каналов СТЗ могут служить ОЭС прицелов командира и наводчика (ПК и ПН), а также камеры внешнего видеонаблюдения, расположенные

Рис. 1. Схема определения размеров элементарных областей разрешения в измерительном пространстве СТЗ

на внешнем бронекорпусе образца вооружения. Так, при пересечении полей зрения ПК и ПН измерительное пространство, т.е. область в пределах которой возможно определение координат обнаруженных объектов, может быть представлено в виде совокупности элементарных областей разрешения, получаемых в результате пересечения полей зрения отдельных пикселей фотоприёмных устройств (ФПУ) ЭОС прицелов. Если рассматривать задачу в плоскости (рис. 1), то элементарные области разрешения при достаточно малом разрешении ФПУ, небольшой дальности до объекта и широком поле зрения ОЭС представляют собой четырёхугольники ромбовидной формы, как демонстрируется на рис. 1. При увеличении же разрешения ОЭС в условиях, когда дальность до объекта многократно превышает базовое расстояние между прицелами, форма областей разрешения резко сжимается в поперечной проекции, приобретая явно вытянутую форму, как правило находящуюся под углом к системе координат измерительной системы. В данных условиях

для описания размера ш-ой элементарной области разрешения принята величина А обозначаю-

щая расстояние между наиболее удалёнными друг от друга границами. Например, на рис. 1 величине А для точечного объекта Рш будет соответствовать расстояние от границы области разрешения в точке А до точки С .

Физический смысл понятия «элементарная область разрешения» в данном случае заключается в том, что при нахождении в пределах одной области нескольких объектов СТЗ сможет зарегистрировать на ФПУ и определить координаты только одного объекта. Так, на рис. 1 иллюстрируется, что, если СТЗ предполагает определение координат объектов на основе их изображений с ЭОС К1 и К2 прицелов ПН и ПК, и в измерительном пространстве будет одновременно находиться девять объектов РГ..Р9, а идентифицированы как отдельные будут только шесть из них. Пять объектов Р4 и Р5, а также Р7, Р8 и Р9 на изображениях камер К1 и К2 будут регистрироваться только как два объекта.

Принимая за абсолютную погрешность Аош значение, равное половине последнего цифрового разряда индикатора, в качестве которого в данном случае выступает угловая величина поля зрения пикселя ФПУ, считалось, что

Ла^ = ±0,5 Л^.

(1)

Лн' = ±0,5 =0

Рис. 2. Иллюстрация воздействия случайных погрешностей на положение границ элементарной области разрешения

МассиВ

Р.. ^

Величина погрешности Аош определения координат каждой из точек Рш будет зависеть от их местонахождения в измерительном пространстве СТЗ, взаимных ориентации и положенля ЭОС прицелов, а также от внутренних параметров ОЭС, а именно величин фокусных расстояний их объективов и линейных размеров пикселей ФПУ.

В то же время при пров едении реальных измерений на положение границ элементарных областей разрешения будут воздействовать не только непосредственно парометры СТЗ, оо и случайные погрешности, например, иогрешнбсть калибровки [14—17] или погрешность датчиков ориентации ЭОС или головных зеркал (ГЗ) прицелов, погрешность изготовления объектива, в результате которой учитываемое в расчётах вычисление будет отличаться от действительного. Возможны погрешности размещения ФПУ относительно оптической оси объектива, в результате чего ФПУ исазывается смещённым в вертикальной и го ризо нтальной плоскостях и т.п., в том числе динамические и вибрационные воздействии.

Воздействия данных погрешностей при каждом 1-ом измерении, где 1 е 0.. .1, I — количество измерений, границы элементарных областей °азрешения будут случайным образом отклонены от расчёоно-го значения, как показало на рис. 2, где иллюстрируется пересечение полей зрений (ПЗ) отделслых пикселей ФПУ ОЭС К, и К на точечном объекте Р ,

12 ш

а также возможные отклонения положений г° аниц области разрешения.

В этом случае величина погрешности Лн'й определения коорди=ат точячного объекта Рш СТЗ с учётом воздействия случайных факторов будет определяться кал

Я -(

(2)

■ч к7

Рис. 3. Генерирование массива точечных объектов и задание положения камер

Сущность разработанной модели состоит в выполнении следующих этапов вычислений:

этап 1 — задание в пространстве координат и ориентации, по крайней мере, пары камер, имитирующих собой ОЭС прицелов, например, ПК и ПН, или приборов (камер) внешнего видеонаблюдения с известными параметрами, которые вместе будут представлять измерительную систему;

этап 2 — задание массива точек с известными координатами в окрестностях измерительной системы;

этап 3 — вычисление для каждой из точек измерительного пространства пиксельных координат их изображений на изображениях камер измерительной системы;

этап 4 — определение из сформированного массива тех точек, которые соответствуют измерительному пространству системы;

этап 5 — задание для координат каждой из точек на изображениях обеих камер границ, определяе-мыхразмерами пикселя их ФПУ;

этап 6 — вычисление координат границ областей разрешения для каждой из точек измерительного пространства с учётом воздействия случайных составляющих;

этап 7 — вычиолеоие погрешности определения координат для каодой точки измерительного пространства и графичессое представление результатов вычислы ний.

В частности, на этиле 1 (рис. 3) в качестве внешней системы координат (СК) принята левая СК

основание которой неподвижно связано с геометрическим центром вращения погона башни танка, ось О^У^ вверх, а ос и ОЦХШ и в на-

чальном положении направлены, соответственно, в сторону левтго и переднего бронелистов броне-обсекта. В этой С К исходя из конструкции прицелов и образца вооружен и я задаются СК и О2Х2У2%2 цифровых камер О и К2, имитирующих ОЭС пртцелов ПН и ПК.

При этом для задания положтнся и ортонсаций

СК камер К. и К2 применялисв М0трьро1 положения 1

С в соответстнии с выраженивм:

Г тМ

("•ООН о

ч и ~

[о о о]г

1

(3)

где 7 — индекс камеры в заввнисости от прин адлеж-ности к соответссвующему прицелу; ССр — матрица вращения, определяющая сриентаиию СК 7-ой камеры относитально СК С^урС1уУцИш-, Тр — вектор п(ну(^]Е1ова: тодержвщий коирдинсяю носало СК 7-ой камеры относительно» СК OнР-оYрZ)W.

Для каждой яз касяр в аавасимости от фокусного расстояния их обтаансввв задаются положения цифросых ]и:ьо1Е;)]Э(а:жев[]р]]а и 1тде .

]°Т<н этапц Ц отрщестанялось генерирование массива Р нрёхм трных ыкыьгн1^!!!. слт точычныхобъектов

С в

УС

1С..

(4)

^ е 3 исущесивлятосд прооциросание всех тсчечяыи объеятов на плоспости изобр вжений 1т[ и СиедС (рис. 0). Ия провеяения этой опе-р<о^цчи п^римен^лясь расшщгеннся щэоекционная мо дсля в идeoкимep ы я 8 ]. В ыОранн ая модель, в отличие от огшссичессх пипсаняиднй приекциооной мидееш иамирь; [19, 20], вде^нчлрснет Ооныпее иоличе-ство иьходных данных и, соооветствинно, позволяет более г и бк с о с^нщьнтвляье п[])01весс мо^рл.]1И]эота]н ия. Ен сущинетр еаключнеотеня с оиьоании завиотмости т°ёчмерсых оооровосс некоторого осъекта Р, за-дноных С50 внешн вире СК гьноссредезвенно с пиксооь-нсй СК иоюброженося рилдд , с.е. о номерами строк

Р Р

ио и croпбыo и оо (<сос.

Твс, на нРнo[Ilopой 7-ой оомеры даннаяописыва-ется следующии вьфажсниоем :

Ст(нM)ааPiУ(кУ ае С'Г ,

(5)

где Ра в

а

зО: 0 0

п

о

ан-0 а

о о"

о

С Ж- л(

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

сое,

о

■ проекционная ма-

И'

^ — коо]ндитазд объекта относительно оси {ЗД СКкамеры; /. — с^оиусное расстояниеобъек-

У

С =с о ]

о л

0

1

ан о

л на

о ¿ндбмо - ] ( — ет-р.^ ьннК-О+о——]

матдсца снутренних а<тра-

тива камеры;

о

* д о

О.— -— - а

ааа г

метров; Ы., М. — значенин аоризонтальных и вертикальных разрешений ФПУ; (О" а НрС — расстояние между геометрических центром ФПУ и центром

Рис. 4. Проецирование массива точечных объектов на плоскости изображений камер

Рис. 5. Система«изображение—камера»

Массив Р 4

Рис. б.Определениеточечных объектов, находящихся в полях зрениякамер

изображения Imgд, формируе мым в плоскосто ФПУ объективом аамн]сы; н", н] — голнсонталь-сьш и вертикальном ф)изичеякие рдзморы поксе-ля ФПУ соответствую щей кахеры; 9.. — в оличина возмо—ноге б ола ие^кооа взибраженнй ImgД из-запогрошоестей изготовления ФПУ или неточной —схронизации процесса пчксеиной оыборки

л ро цессе

с

V

р^д __

и1

(

формирования 1

на сшир енный

изображения;

11

вектор

ч /

пиксельных координат изображений объектов Р на цифровом изображении Imaе 7-ой камеры.

п

Поочерёдное соотнесение пиксельных координат Ир но Plmg на выполнение условий попадания объектов в гр аниры из обр ажений ВВ и Imgp позволяет путём исааючения не устраиооющии условиям (к аеР а И и (] а 1)а mP а 0 соот-оотсткусищихстаок случить массивы PjImg и p'.g^ , содержащих координаты только тех объектов, косее aie сарего оопали в поля зрений камер К1 и К2 (рдд. 6).

Есаи же в массивах Pp и Pgmg оставить только те сорхки, который одновременно устраивают обозначен ным ославиям (этап 4), то могут быть най-роны маескеы Ро" Im9 и P"Im9, содержащие исклю-читердно коердакаты объектов, соответствующих номерит<г?^1гН(С]ну порядкуописываемойСТЗ(рис.7).

На этапе Д (рис.8)для каждой из строк массивов Ppmg и PBpc в цикле записыоалисо "четыре отдельных векторта с пиксельными координатами границ оикорор, на кооор—ий прнецср>рется кзабражение w-го ор)оект'^| а именно:

(ррАКн Гкр - 0]— р е 0,15 1 -f н (ко0 mA 1 l) (6)

(РТЫкСеОр р -е 0,5 1 1— =, с— 1 i) (7) (P'Pl=(ni+0,5 (р — 0,5 С = = Cep вС 1 -0 (8)

№1=-n0-0m PI - 0,5 0 ==((0" р - 1). (91

Д^т^с^ен, на нто(1 6, 0существня=0ет ео-лиcлтниe мевриоеских координ—1ее гpхнуу АВ, ВИ°° CCе ВЛ^ DCw HK^wp И0-5 и Ccw —р НХЖКОРС М-0= ЭЛ—МИНТ—Н ной о0ласти =оз=ошеи——но в СС камеры 1= Для этого п;1isc 1C9е^>я^7т.cе ссостС иooлднуое 0--], ос^

новенсые модели —змерительной сисгнемы [18], а именно :

(ес)с= (а— 1(1^1=00''.

(10)

где (н — инденс нкооиол—емой тонки AB, ВВпе CCw ВЛ, DCеAAwIHDнИHlcCDИ{нK\нK9HK=]нg =9 p0 и СК\=ИН=Р =0-— ——,>0 00>=г 1— - нектор при-вcнëïlнын ен нор мнленкм0 покоженим конр-динао иеocеожeиио g- ой тонки еcотоетотвен-

0ЪХ 0 0 0!

оо в СК ково1=ы К1 и К2; =1

п—оекциенная макр ица

НкНсГГ-СГГ!

для

0 о

0 О 0 0 0 к а м еры

О 0 е

0 1

К1 ;

^(кеl)[Ш0o(^HH1)OъеHH3}

эффициент для оамеры К1; й =

пр оек—ио нный ко-

гер оо о3!

матрица дисторсои

С— =

е0: :]ее:0] е [о о о]г

0 0 0 1

о ер оо 0 0 10 е е0 о о

объ1ктива камеры

оу [о 0) о0^

тот e

Ki;

Maccuô Р <

rrf п Г П n n п L J L J L J L J L J L J

• V V V V V

\L J L J L J L J L J ,

• V Г.П V Г.П V/

L \-J L J L J L J L J

. - >V V' V rJ

_ J L J L /J

"ilri /

Рис. 7. Определение координат точечных объектов, находящихсявизмерительном пространстве СТЗ

Рис. 8. Определение пространственных координат границ элементарной области разрешения для *г-го точечного объекта

броса i случайных величин, и добавление их к соответствующим учитываемым параметрам при проведении i-oy иае^циа. В частности, у!итывались следую ш, и и а лудтйсые восса влнющие :

ш W к лСИ л И

— Д, , Ди , А(Ри — погаешнсстт в гиризон-тальноД, ведтикалерсй и поперечнсй плоскостях ор^сте^и СКВ иамеры^'-ой ко ме]эы ]e СК OWXWYWZW;

— Дхт, ' еП^м — по^]Э(зшншсти oп]^(п-деленся г^оле^енвер^ия нв^чд^ла СК к^еры К1 в СК

OwXwYеZм

АК

влгрхп1Вос^ти фо^сного

матрг^ца взаимной ориент^ции камер К1 и К2 относительно нор мально го их взаимно га положения; Н I к 1, [ЯХ 1) — вектор трёх-

мерных координат д-ой границы области разрешения для ш-гообъекта во внешней СК О^Х^У^™.

На этом же этапе осуществлялось введение случайных составляющих процесса вычисления, заключающееся в генерировании по нормальному закону распределения в указанных границах раз-

расстояния объектива 7-ой к^ еры;

— АС>Я, ЯЯ°^ — пя^]эешн^ти ъ горизонтальной и вертикальной пнтокогоях оеличин расстояний между геометр)оческим це^нтром ФПУ и центром изображения Явоо* Т'йй гго^1еоы;

— яЯе — случайной составл^ющеС переооса изображеяия Яв00 7-ой камеры;

— РМК , Р0й и я\Мх° — погрешности определения коэффоц-еентоо радиальной и тангенцмальнм!! дисторсии 7'-ойкамеры.

При этомдл! вычисления о еличин ЯС^ (этап 7) для каждого ш-ео учас^тка ительного простран-

ства проводился перенос начала СК ОцХцгУц^Ш в точку Рк (е]^1с. 8), согласновыражению:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

ро=(РЗ)ННI = (х; )■ (11)

иСу л

70

Gtfitr4loi.7rnal.vi Front Pantl" - □ X

File Edit Vie*v Pioject Op«rate Tools Window Hefp ffl ISP

^ II ISptAppliCitlOn Font - ?□« ffi' ' icjrch л ecs

прогрпиия моделирования точностности определения координят системой технического зрения

-188 © lffl-l tll-BSn//

i i i

' я I Si »я

-1ЯЙ ® НИ-]

1| »-о II-',

™ii,'E3| сямг ¡¡3

в Щ

II Z3

" и

хая 3

вар« Е7\3

м DM

1М« ' i

Н on

181 12

X a

fe

Рис. 9. Лицевая панель программы моделирования

где C'i

0 0 1

С

0 ^ М0

о

матр ица пе-

«о " У- - z-реноса с метрическими уоординатами СК 01X1Y1Z1

' - 0

камеры К, в С 1С О^0^ I = 0

матри-

ца преоб°аз00ания.

Это дало возможтость нахождения длин отрезков L , с 1языоасщ—х вои—у Py с сooтceтзевующей g-ой границы области ризяеп—ения:

!(иИН) ни OylP и (ир)2 ы Lp (12)

\Р1\ ы

Сами же величиины АМ^ , как было условлено ранее, вычислялись как с^гма двух наиболее длин-

тв

ных отрезков Ь для каждого из ш-ых участков при г-ой итерации цикла вычислений. И уже наоснове полученных значений АМВ на основе выражения (2) вычислялись значения абсолютных погрешностей Аст^ . Привязка найденных значений к соответствующим координатам массива Рш позволила осуществить графическое представление распределения погрешности определения координат по измерительному пространству. При этом графическое представление организовывалось послойно, т.е. в определённом двумерном срезе относительно оси

ад№ СК

Разработанная модель была реализована в среде графического программирования ЬаЪУШШ [22]. Часть блок-диаграммы и интерфейс программы представлены на рис. 9 ирис.10.

Проверки адекватности разработанной модели оценки точности определения координат СТЗ, а также справедливость принятых теоретических положений при её создании проводилась на экспериментальной установке (рис. 11), включающей

Oo-L-

Рис. 10. Блок-диаграмма программы моделирования

лазерный тахеометр Spectra Precision 2, выступающий в роли эталонного средства и обеспечивающего проведение измерений с погрешностями ±2 мм по дальности и ±5" по углу на объект [23]. Захват изображений осуществлялся с применением двух камер с фотоматрицами IMX179 [24] фирмы SONY разрешением 3280x2464 (8 Mp) с размером пикселя 1,4 мкм, а также верификационными объективами с фокусным расстоянием от 5 мм до 150 мм. В результате проведённых исследований при базовом

RHHEPR 1

Рис. 11. Внешний вид экспериментальной установки

расстоянии между камерами 300 мм и компьютерном повышения разрешения изображений определение координат объектов на дистанции 1 км проводилось с погрешностью, не превышающей ±3,5 м. Без электронного повышения разрешения на указанной дистанции максимальная погрешность измерений составила ±14,3 м. Это является достаточно большим значением при сравнения с высокоточными средствами измерений, но с учётом прогнозируемой области применения на бронетехнике, где для выполнения огневых задач достаточно применение лазерного дальномера с погрешностью ±20 м [25], данная величина все равно остаётся более чем приемлемой.

Таким образом, задачу разработки многофакторной имитационной модели оценки точности СТЗ можно считать завершённой. Данная модель позволяет оценивать форму и размеры измерительного пространства СТЗ и распределение ошибок по всей глубине её объёма как с учётом внешних и внутренних технических параметров камер, так и с учётом точности их изготовления и определения показателей взаимного ориентирования. Разработанная модель может служить как для проведения оценки точности существующих, так и при проектировании новых СТЗ одновременного определения координат множества разнесённых в пространстве объектов (в том числе имеющих малые угловые размеры и эффективную поверхность рассеивания) по их цифровым изображениям. Проведение практических испытаний на экспериментальной установке показало адекватность модели и возможность её применения при проектировании СТЗ, построенных на базе ОЭС прицелов, приборов и камер внешнего видеонаблюдения образцов БТВ.

Библиографический список

1. Перунов Ю. М., Фомичев К. И., Юдин Л. М. Радиоэлектронное подавление информационных каналов систем

управления оружием / под ред. Ю. М. Перунова. М.: Радиотехника, 2003. 416 с.

2. Алешин А. Средства обнаружения лазерного излучения // Зарубежное военное обозрение. 1995. № 2. С. 53 — 57.

3. Ogorkewicz R. M. Detection and Obscuration Counter Anti-Armor Weapons // Development of active protection systems for combat vehicles is slowly gathering momentum // Janefs International Defense Review. 2003. P. 49 — 53.

4. Гуменюк Г. А., Евдокимов В. И., Ребриков В. Д. Приборы предупреждения о лазерном облучении в системах защиты танков от управляемого оружия // Защита и безопасность. 2002. № 1 (20). С. 26-27.

5. Зубарь А. В., Кайков К. В., Щербо А. Н. Анализ математических моделей точности определения координат объектов по цифровым изображениям // Наука и военная безопасность. 2020. № 1 (20). С. 5-9.

6. Зубарь А. В., Кайков К. В., Ушнурцев С. В. Оценка распределения оценок точности определения координат по измерительному пространству системы технического зрения // Состояние и перспективы развития современной науки по направлению «Техническое зрение и распознавание образов»: сб. тр. конф. Анапа: ВИТ ЭРА, 2019. С. 46-55.

7. Козлов В. Л., Кузьмичев И. Р. Измеритель дальности и размерных параметров объектов на основе цифровой фотокамеры // Вестник БГУ. Сер. 1, Физика. Математика. Информатика. 2011. № 1. С. 33-38.

8. Зубарь А. В., Пивоваров В. П. Оценка точности определения дальности оптико-электронным стереоскопическим дальномером // Вестник Академии военных наук. Спецвыпуск № 3 (40). 2012. С. 125-129.

9. Зубарь А. В., Майстренко В. А., Кайков К. В. Программно-аппаратная реализация оптико-электронной стереосистемы определения дальности // Омский научный вестник. 2013. № 3 (123). С. 273-277.

10. Самойлов А. М., Гренке В. В., Шакиров И. В. Оценка точности определения координат объекта в рабочей зоне сте-реодальномера // Известия Томского политехнического университета. 2007. Т. 310, № 2. С. 112-115.

11. Коротаев В. В., Нгуен Х. В., Ярышев С. Н. Анализ схемы расположения камер в активной стереоскопической системе безопасности автомобиля // Евразийский союз ученых. 2014. № 5-3 (5). С. 84-86.

12. Румянцев К. Е., Кравцов С. В. Анализ измерительного пространства цифровой телевизионной стереоскопической системы. Точечное и интервальное оценивание координат точек трёхмерной сцены // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2011. Т. 7, № 3. С. 38-48.

13. Румянцев К. Е. Анализ ошибок измерений глубины точек трехмерной сцены цифровой телевизионной стереоскопической системой // Радиотехника. 2011. № 9. С. 83-93.

14. Faugeras O., Luong T., Mayback S. Camera Self-Calibration: Theory and Experiments // Proc. Second European Conf. Computer Vision. 1992. P. 321-334.

15. Faugeras O., Toscani G. The Calibration Problem for Stereo // IEEE Conf. Computer Vision and Pattern Recognition. 1986. P. 15-20.

16. Ganapathy S. Decomposition of Transformation Matrices for Robor Vision // Pattern Recognition Letters. 1984. Vol. 2. P. 401-412.

17. Gennery D. Stereo-Camera Calibration // Proc. 10th Image Understanding Workshop. 1979. P. 101-108.

18. Зубарь А. В. Оптико-электронная система определения параметров целей. Теоретические основы построения: моногр. Омск: ОАБИИ, 2018. С. 32-50. ISBN 978-5-600-01959-1.

19. Semeniuta O. Analysis of camera calibration with respect to measurement accuracy // Procedia CIRP. 2016. Vol. 41. P. 765-770. DOI: 10.1016/j.procir.2015.12.108.

20. Deng L., Lu G., Shao Yu. [et al.]. A novel camera calibration technique based on differential evolution particle

swarm optimization algorithm // Neurocomputing. 2016. Vol. 174. Part A. P. 456-465. DOI: 10.1016/j.neucom.2015.03.119.

21. Пат. 2697822 Российская Федерация, МПК G 01 S 11/00. Способ определения координат объектов по их цифровым изображениям / Зубарь А. В., Кайков К. В., Пивоваров В. П. [и др.]. № 2018140814; заявл. 19.11.18; опубл. 22.02.19, Бюл. № 6.

22. А. с. 2019663456 Российская Федерация. Программа моделирования измерительной области определения координат СТЗ / Зубарь А. В., Кайков К. В., Шаргин А. В., Рос-лов С. В. № 2019662172; заявл.03.10.19. опубл. 16.10.19, Бюл. № 10.

23. Тахеометр Spectra Precision FOCUS 25» // Геодезия и строительство. URL: https://gis2000.ru/equipment/spectra-precision-focus-2-5.html (дата обращения: 17.05.2020).

24. Официальный сайт Alldatasheet.com. URL: https:// www.alldatasheet.com (дата обращения: 17.05.2020).

25. Изделие 184 (184-1) с ПНМ «Сосна-У». Инструкция по эксплуатации. 184.ИЭ-8. С. 70-74.

ЗУБАРь Алексей Владимирович, кандидат технических наук, докторант кафедры «Электрооборудование и автоматика» Омского автобронетанкового инженерного института (ОАБИИ), г. Омск. БРНЧ-код: 3175-2192 ЛиШогГО (РИНЦ): 755300

Адрес для переписки: alexey_zubar@mail.ru КАИКОВ Кирилл Владимирович, преподаватель кафедры «Электрооборудование ОАБИИ, г. Омск.

и автоматика»

БРНЧ-код: 2370-7148 ЛиШогГО (РИНЦ): 1055880 Адрес для переписки: kirkaykov@mail.ru ХАМИТОВ Рустам Нуриманович, доктор технических наук, доцент (Россия), профессор кафедры «Электрическая техника» Омского государственного технического университета, г. Омск. БРНЧ-код: 9576-1114 ЛиШогГО (РИНЦ): 548158 Адрес для переписки: apple_27@mail.ru ВОЛьФ Илья Григорьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), начальник кафедры «Эксплуатация артиллерийского вооружения» Пермского военного института войск национальной гвардии Российской Федерации, г. Пермь. БРНЧ-код: 3993-2897 Л^^ОГГО (РИНЦ): 868089 Адрес для переписки: ilvolf@yandex.ru

Для цитирования

Зубарь А. В., Кайков К. В., Хамитов Р. Н., Вольф И. Г. Разработка многофакторной имитационной модели оценки точности пассивной оптико-электронной системы определения параметров целей образца бронетанкового вооружения // Омский научный вестник. 2020. № 4 (172). С. 66-73. БОН 10.25206/1813-8225-2020-172-66-73.

Статья поступила в редакцию 19.06.2020 г. © А. В. Зубарь, К. В. Кайков, Р. Н. Хамитов, И. Г. Вольф

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.