Алгоритм определения расстояния между объектами и их линейных размеров в поле зрения активно-импульсной телевизионной измерительной системы

Разработан и экспериментально исследован алгоритм определения расстояния между наблюдаемыми объектами и их линейных размеров в поле зрения активно-импульсной телевизионной измерительной системы (АИ ТИС) с использованием карт глубин, полученных многозонным методом измерения дальности (ММИД). Оценена возможность применения АИ ТИС и ММИД для задачи дистанционного измерения расстояний между наблюдаемыми объектами и линейных размеров последних. Предложенный алгоритм позволяет определять размеры объектов и расстояния между ними на основе известных параметров АИ ТИС и информации о расположении пикселов на матрице фотоприемного устройства. Под размерами объектов понимаются их линейные величины — ширина и высота, определяемые в метрической системе координат. Информация о расположении пикселов на матрице включает координаты пикселов (номера строк и столбцов матрицы), которые соответствуют определенным точкам объектов, в системе координат фотоприемной матрицы (номера строк и столбцов матрицы). Алгоритм адаптирует известные соотношения геометрической оптики для ММИД, используемого в АИ ТИС.

Для апробации алгоритма проведен эксперимент в лабораторных условиях с использованием макета АИ ТИС. Результаты измерений показали, что применение ММИД с длительностью импульса стробирования электронно-оптического преобразователя 50 нс обеспечивает наименьшее среднеквадратическое отклонение (СКО) рассчитанных значений относительно эталонных (измеренных): для размеров объектов СКО = 0,01 м (не более 5 %), для расстояний между объектами СКО = 0,12 м.

Таким образом, предложенный алгоритм может быть использован при дистанционном определении линейных размеров объектов и расстояний между ними с использованием АИ ТИС.

1. Голицын А. А. Аппаратно-программный комплекс для исследования возможностей применения ПЗСфотоприемников в составе активно-импульсных систем наблюдения // Автометрия. 2019. Т. 55, № 5. С. 107–114. DOI: 10.15372/AUT20190515.

2. Кунцевич Б. Ф., Кабашников В. П. Особенности формирования зоны видимости активно-импульсными системами видения на малых дистанциях // Журнал прикладной спектроскопии. 2020. Т. 87, № 6. С. 984–989.

3. Baranov P., Tsytsulin A., Kurnikov A., & Chrnogubov A. 3D Imaging Method Based on CCD in the Ultra-Small Integration Time Mode // 2019 Intern. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). 2019, October. P. 0725–0728.

4. Суриков А. В., Лешенюк Н. С., Кулешов В. К. Генератор наносекундных импульсов накачки для активно-импульсной системы видения в дыму и расчет дальности ее действия // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2021. Т. 5, № 1. С. 20–32. DOI 10.33408/2519-237X.2021.5-1.20.

5. Грузевич Ю. К., Альков П. С., Балясный Л. М., Чистов О. В. Лазерная оптико-телевизионная активно-импульсная система подводного видения // Подводные исследования и робототехника. 2024. № 3(49). С. 62–75. DOI: 10.37102/1992-4429_2024_49_03_06.

6. Иванов В. И., Иванов Н. И. Метод повышения эффективности лазерных активно-импульсных систем видения объектов с квазинулевым оптическим контрастом // Журнал прикладной спектроскопии. 2022. Т. 89, № 6. С. 858–868. DOI: 10.47612/0514-7506-2022-89-6-858-868.

7. Baranov P. S., Kurnikov A. S., Mantsvetov A. A., Pyatkov V. V. Multi-pulse active CCD television system model for 3D imaging // Extreme Robotics. 2019. N 1(30). P. 45–51.

8. Pengfei Wang, Hao Liu, Shaoping Qiu, Yu Liu, and Feng Huang. Three-dimensional super-resolution range-gated imaging based on Gaussian-range-intensity model // Appl. Opt. 2023. vol. 62. Р. 7633–7642.

9. Musikhin I. D., Kapustin V. V., Tislenko A. A., Movchan A., Zabuga S. A. Building Depth Maps Using an Active-Pulse Television Measuring System in Real Time Domain // Scientific Visualization. 2024. Vol. 16, N 1. Р. 38–51. DOI: 10.26583/sv.16.1.04.

10. Денисов А. В., Капитонов Д. А., Курников А. С. Построение трехмерного образа искусственного космического объекта методом лазерной локации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19, № 5. С. 783–789. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-783-789.

11. Капустин В. В., Мовчан А. К. Многозонные методы формирования карт глубин с использованием активно-импульсных телевизионных измерительных систем // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 2. С. 44–54.

12. Капустин В. В., Мовчан А. К., Тисленко А. А. Оценка точности измерения дальности многозонными методами с использованием активно-импульсной телевизионной измерительной системы по экспериментальным данным // Автометрия. 2024. Т. 60, № 1. С. 117–128. DOI: 10.15372/AUT20240113.

13. Пат. РФ 2811331 C1, МПК G01S 17/02. Устройство формирования изображения карты дальностей до наблюдаемых объектов / А. Мовчан, М. И. Курячий, В. В. Капустин, Н. Бородина. Заяв. № 2023124916 от 28.09.2023, опубл. 11.01.2024.

14. Fowles G. R. Introduction to modern optics. Courier Corporation, 1989.

15. Гейдаров П. Ш. Алгоритм определения расположения и размеров объектов на основе анализа изображений объектов // Компьютерная оптика. 2011. Т. 35, № 2. С. 275–280.

16. Gonzalez R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. NY, 2013. 1022 p.

17. Kapustin V. V., Zahlebin A. S., Movchan A. K. et al. Experimental assessment of the distance measurement accuracy using the active-pulse television measuring system and a digital terrain model // Computer Optics. 2022. Vol. 46, N 6. P. 948–954. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1114.

18. Мовчан А. К., Капустин В. В., Курячий М. И., Чалдина Е. С. Методы и алгоритмы прецизионного измерения дальности активно-импульсными телевизионными измерительными системами // Доклады ТУСУР. 2020. Т. 23, № 2. С. 7–14. DOI: 10.21293/1818-0442-2020-23-2-7-14.