СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА И МЕТОД ОБРАБОТКИ ДАННЫХ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция «Технологические и мехатроииые системы в производстве ракетно-космической техники»

УДК 004.932.2

СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ПОДВОДНОГО АППАРАТА И МЕТОД ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

А. О. Панаськов, Я. Е. Шумилина, М. Н. Серафимов, М. М. Максимчук, Т. Д. Хуснутдинов

Научный руководитель - Л. В. Ручкин

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31

E-mail: panaskov79@gmail.com

Предложены система технического зрения и метод обработки изображения на основе дискриминантного критерия.

Ключевые слова: гистограмма, дискриминантный критерий, техническое зрение.

SYSTEM OF TECHNICAL VISION OF THE UNDERWATER VEHICLE AND METHOD FOR PROCESSING DATA

A. O. Panas'kov, Y. E. Shumilina, M. N. Serafimov, M. M. Maksimchuk, T. D. Husnutdinov

Scientific supervisor - L. V. Ruchkin

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: panaskov79@gmail.com

A vision system and an image processing method based on the discriminant criterion are proposed.

Keywords: histogram, discriminant criterion, technical vision.

Системы технического зрения в настоящее время являются одним из главных средств развития автоматических систем управления движением в условиях, когда объём априорной информации не достаточен и для решения задач управления необходим анализ внешней обстановки в режиме реального времени [1]. Существуют различные способы обработки изображений, одной из которых является пороговая обработка. Данный метод был взят за основу и использовался с учетом дискриминантного критерия с применением к изображению карты глубин.

Изображение карты глубин, определяющееся распределением w(x) [2], можно разбить на поля H0 и Hi, с некоторым пороговым значением x0. Тем самым вероятность того, что случайно взятая точка изображения карты глубин будет принадлежать к полю H0, можно вычислить по следующей формуле:

Исходя из этого, было получено два распределения вероятностей и можно теперь найти для них моменты. Математическое ожидание - это среднее значение случайной величины. Так как в данном случае случайной величиной является х, то выражения для математических ожиданий и будут иметь вид:

x

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1

У-о

л,

-1

х ■

w0(x) -

EÏ=Ox "W(x)

х =0

Po

Выполнив необходимые преобразования, получим следующее выражение:

_ [H2=o68x-w(x) - 2ïl0 х -w(x)]_ [^(32768) - м(32768) - д(х*)

Mi —

Pl Pl 1 -Р(х*)

Исходя из этого, дисперсия для всего изображения может быть определена данной формулой:

32768

CT2 = ^ [х -д(32768)]:

х =0

Для построения дискриминантной функции необходимо вести дополнительный параметр gb2 [3], который также называется межклассовой дисперсией. Данный параметр вычисляется в соответствии со следующей формулой:

Ов=Ро' Оо -М32768)2 +Pl ■ (Ml -М32768)2

Тогда, безразмерная дискриминантная функция:

Оптимальный порог будет являться решением экстремальной задачи вида [4]:

х = argmaxa(x*)

Исходя из данных математической модели и выбранных аппаратных средств была разработана функциональная схема, представленная на рис. 1.

Рис. 1. Система технического стереозрения

Алгоритм вычисления порогового значения х методом дискриминантного критерия можно представить следующим образом:

2

1) Найти для всего изображения математическое ожидание ц(32768) и дисперсию От .

2) Для всех значений Хд из промежутка (0;32768) вычислить вероятности р0 и р1.

3) Вычислить для всех значений х0 е (0;32768) математические ожидания ц0 и ц1.

4) Составить функцию а(х0).

5) Решить экстремальную задачу и точку, при которой достигается решение этой задачи, принять в качестве оптимального порога.

Алгоритм для блока управления системы технического зрения представлен на рис. 2.

Секция «Технологические и мехатронные системы в производстве ракетно-космической техники»

Рис. 2. Алгоритм системы технического зрения

По данному алгоритму был написан программный код для реализации на платформе NVIDIA Jetson Nano и камеры Intel RealSense D435I. На рис. 3 приведен результат работы разработанного алгоритма сегментации изображения глубин методом дискриминантного критерия.

Рис. 3. Сегментации методом дискриминантного критерия

Из приведенного изображения видно, что фон хорошо отрезан от ближайших предметов, что делает дальнейшую обработку карты глубин более достоверной. Данный алгоритм может применяться для обработки фотоснимков, карт глубин, сделанных под водой. При дальнейшем анализе изображений пороговую обработку методом дискриминантного критерия возможно использовать совместно с другими методами, позволяющими определить тип объектов, их геометрические формы и размеры. Тем самым пороговая обработка методом дискриминантного критерия становится важной составляющей обработки подводных изображений и карт глубин.

Библиографические ссылки

1. Кудрявцев П. С. «Системы технического зрения» с примерами решения задач в среде Matlab. М: МАИ, 2015, 513 с.

2. Визильтер Ю. В. и др. Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW и IMAQ Vision. М.: ДМК Пресс, 2016. 464 с.

3. Reddy S., Chatterjee B. N. An FFT-based Technique for Translation, Rotation and Scale-invariant Image Registration // IEEE Trans. on Image Proc. 1996. №8 1266-1271 p.

4. Алпатов Б. А. Оценивание параметров движущегося объекта в последовательности изменяющихся двумерных изображений. Автометрия. 1991. № 3. 21-24 с.

© Панаськов А.О., Шумилина Я. Е., Серафимов М. Н., Максимчук М. М., Хуснутдинов Т. Д., 2020