Алгоритм формирования тремерной рабочей сцены при использовании нескольких оптико-электронных датчиков

Разработанный метод послужил основой для разработка алгоритма формирования трехмерной модели анализируемого объекта рабочей сцены, отличающийся возможностью обработки серии изображений объекта, полученных при априори неизвестных точках наблюдения, и позволяющий

сформировать объемную модель рабочей сцены, как совокупности системы объектов в единой системе координат трехмерного пространства, отличающийся возможностью комплексного анализа данных от территориально распределенных оптико-электронных датчиков, что в совокупности позволяет построить единое простанство, содержащее объекты рабочей сцены.

Алгоритм формирования трехмерной модели рабочей сцены представлен на рис. 3.1.

Рис. 3.1 - Алгоритм синтеза трехмерной модели пространства рабочей сцены при

анализе изображений с нескольких оптико-электронных датчиков

Согласно алгоритму первоначально производится анализ априорных данных о расположении оптико электронных датчиков и взаимосвязи оптико электронных датчиков в единую систему.

В блоке 1 и блоке 2 вводятся априорные данные о внутренних параметрах оптико электронных датчиков. При этом эти данные могут быть уточнены в процессе калибровки.

В блоке 3 принимается решение о необходимости или отсутствии таковой необходимости о проведении адаптивной калибровки.

Адаптивная калибровка проводится либо по мере необходимости, либо же через заданные интервалы времени. Необходимость проведения калибровки определяется посредством анализа инструментальных данных, поступающих с шаговых двигателей. изменяющих направления наблюдения оптико электронных датчиков, а также других вспомогательных измерительных инструментов, не относящихся к рассмотрению в настоящей диссертации.

В блоке 4 производится выполнение калибровки, состоящее в определении внутренних параметров оптико электронных датчиков и установление взаимосвязей их локальных систем координат относительно мировой системы координат.

В блоке 5 производится загрузка в разработанное оптико электронное устройство уточненных данных местоположения оптико электронных датчиков, полученных в результате выполнения калибровки.

В блоке 6 представлен цикл обработки всех выступающих изображений с каждого из оптико электронных датчиков независимо друг от друга. Обработка включает блоки алгоритма с седьмого по четырнадцатый.

В блоке 7 выполняется построение контуров объектов.

В блоке 8 выполняется сегментация изображений объектов.

В блоке 9 рассчитываются спектральные и текстурные характеристики объектов.

В блоке 10 оценивается примерное положение объекта в двумерной системе координат каждого оптико электронного датчика для последующего трехмерного восприятия.

В блоке 11 формируется вектор-описатель по каждой найденной характерной точки и вычисляются особенности каждой характерной точки.

В блоке 12 формируется вектор параметров для передачи характерных точек в единый блок обработки.

В блоке 13 производится архивирование вектора параметров и его передача.

Рассмотренные процедуры выполняются непосредственно в блоке получения обработки и передачи изображений.

Далее в блоке 14 на основе информации, полученной в результате априорных данных о положении оптико электронных датчиков и калибровки оптико электронных датчиков, формируются индексы стереопар оптико­электронных датчиков, которые далее обеспечивают расчёт трехмерных координат точек объектов.

В блоке 15 производится обработка изображений по каждой сформированной стереопаре оптико-электронных датчиков.

Указанная обработка включает в себя в блоке 16 предварительную индексацию и построение графа взаимосвязи характерных особенностей по каждому кадру независимо для каждого оптико-электронного датчика. Также в блоке 16 производится сопоставление характерных особенностей на разных кадрах изображений с разных оптико электронных датчиков.

Если особенности сопоставлены, что проверяется в блоке 17, то производится переход к следующей стереопаре.

В блоке 11 в противном случае принимается решение о недостаточности данных для сопоставления. В блоке 12 полученные данные о поставленных особенностей сохраняются в оперативном запоминающем устройстве.

В блоке 13 проверяется корректность сопоставления особенностей объектов и окончательно принимается решение о результатах сопоставления.

В блоке 14 вычисляют трехмерные координаты точек фрагментов объектов. В блоке 15 проверяется корректность сформированных трехмерных координат точек объекта с учетом положения оптико электронных датчиков.

В блоке 16 производится фильтрация ложных точек на основе метода наименьших квадратов, примеяемого для трехмерного пространства.

В блоке 17 производится в формировании единых трехмерных объектов по каждой стереопаре изображений.

В блоке 18 производится синтез общей виртуальной рабочей сцены для последующей проверки ее адекватности.

В блоке 19 производится проверка корректности построения рабочей сцены путем решения обратной задачи отображения изображений объектов на плоскости изображений оптико-электронных датчиков и оценка сходства синтезированных изображений реальным.

Далее в блоке 20 производится обработка ложно сформированных объектов.

В блоке 21 производится окончательное формирование объектов в трехмерном пространстве.

Таким образом, цикл 15 обработки данных по каждой стереопаре завершён.

В блоке 22 производится окончательный синтез единой рабочей сцены. В блоке 23 оценивается корректность взаимного положения найденных объектов и в блоке 24 сформированные параметры рабочей цены передаются для дальнейшей обработки, которая не рассматривается в данной работе.

Далее рассмотрим алгоритм вычисления параметров оптико­электронных датчиков посредством решения задачи калибровки оптико­электронных датчиков, составляющих единую стереосистему.

Разработанный алгоритм обеспечивает определение внешних и внутренних параметров оптико электронных датчиков, входящих в разрабатываемое оптико-электронная устройство стереоскопического зрения. Алгоритм позволяет:

- определить внутренние параметры положения оптической системы оптико электронного датчика относительно матричного приемника изображения,

- ориентацию матричного приемника изображения относительно горизонтальной плоскости,

- ориентация внешнего положения оптико электронных датчиков единой системы, которые размещены в различных точках рабочий сцены.

Отличительными особенностями разработанного алгоритма являются:

- обеспечение калибровки оптико электронных датчиков при произвольном расположении оптико электронных датчиков,

- снижение погрешностей при оценке координат в пространстве рабочей сцены,

- определение параметров взаимного положения декартовой система координат оптико электронных датчиков друг относительно друга.

3.3