Введение
1 Проблема определения малой дальности до водной поверхности и ограничения оптико-электронных систем технического зрения
1.1 Основные требования к системе определения малой дальности до ВП 10
1.2 Сравнительный анализ промышленных методов определения дальности
1.2.1 Классификация методов бесконтактного определения дальности 10
1.2.2 Методы радиолокации 12
1.2.3 Методы лазерной локации 13
1.2.4 Методы гамма-лучевой локации 14
1.2.5 Методы ультразвуковой локации 15
1.2.6 Барометрический метод 16
1.2.7 Методы спутниковой навигации 17
1.2.8 Емкостной метод 18
1.2.9 Оптико-электронные методы технического зрения 18
1.2.10 Сводная таблица характеристик методов 20
1.3 Особенности формирования цифровых изображений ВП 22
1.3.1 Основные влияющие факторы 22
1.3.2 Оптические свойства воды и ВП 23
1.3.3 Влияние волнения ВП 27
1.4 Виды дальнометрических ОЭСТЗ и их ограничения 30
1.4.1 Критерии классификации ОЭСТЗ 30
1.4.2 Ограничения активных дальнометрических ОЭСТЗ 32
2 Оптико-электронные системы технического зрения, основанные на получении и анализе стереоскопических фотоизображений 34
2.1 Стереоскопическое зрение и волнение ВП 34
2.2 Метод определения положения объекта относительно невозмущенной ВП и структурная схема ОЭСТЗ
2.2.1 Структурная схема стереоскопической ОЭСТЗ 37
2.2.2 Принцип действия стереоскопической ОЭСТЗ 38
2.2.3 Выбор информативных параметров фотоизображений з
2.3 Алгоритм работы стереоскопической ОЭСТЗ 42
2.3.1 Адаптивная настройка камер и блока подсветки СТЗ 43
2.3.2 Получение стереоскопических фотоизображений ВП 43
2.3.3 Обработка и анализ стереоскопических фотоизображений 44
2.3.4 Ассоциирование оптических излучателей СТЗ с их фотоизображениями... 45
2.3.5 Вычисление пространственного положения зеркальных изображений оптических излучателей СТЗ 45
2.3.6 Вычисление пространственного положения СТЗ и объекта относительно невозмущенной ВП 46
2.3.7 Вывод результатов оценки параметров 50
2.3.8 Ограничения алгоритма 50
2.4 Экспериментальная проверка стереоскопической ОЭСТЗ 50
2.4.1 Экспериментальная установка 50
2.4.2 Калибровка камер стереоскопической ОЭСТЗ 51
2.4.3 Программная реализация алгоритма 52
2.4.4 Результаты натурных экспериментов 52
2.5 Исследование влияния негативных факторов на точность определения пространственного положения стереоскопической ОЭСТЗ 53
2.5.1 Алгоритм анализа влияния негативных факторов 53
2.5.2 Программная реализация алгоритма 54
2.5.3 Анализ результатов моделирования 54
2.6 Пути повышения эффективности стереоскопической ОЭСТЗ 56
3 Оптико-электронные системы технического зрения, основанные на использовании времяпролетных камер 58
3.1 Принцип действия и особенности времяпролетных камер 58
3.2 Технология Photonic Mixer Device 59
3.3 Форматы дальнометрических изображений 60
3.4 Ограничения времяпролетных PMD-камер 62
3.5 Проблема отсутствия дальнометрических изображений ВП 63
3.6 Экспериментальная установка
3.6.1 Аппаратное обеспечение установки 63
3.6.2 Программное обеспечение установки 66
3.7 Натурный эксперимент 1: при волнении ВП менее 1 балла 67
3.7.1 Цель и условия проведения эксперимента 67
3.7.2 Визуализация экспериментальных дальнометрических изображений ВП 68
3.7.3 Формирование дальнометрических изображений ВП в PMD-камере 70
3.7.4 Статистическая обработка массивов дальнометрических изображений 71
3.7.5 Исследование свойств отдельных пикселей дальнометрических изображений ВП 74
3.8 Натурный эксперимент 2: при волнении ВП 1–2 балла 78
3.8.1 Цель и условия проведения эксперимента 78
3.8.2 Визуализация экспериментальных дальнометрических изображений ВП 79
3.8.3 Возможность определения угловой ориентации PMD-камеры 80
3.9 Натурный эксперимент 3: при интенсивном солнечном освещении 81
3.9.1 Цель и условия проведения эксперимента 81
3.9.2 Визуализация экспериментальных дальнометрических изображений ВП 82
3.9.3 Статистическая обработка массивов дальнометрических изображений 83
3.9.4 Удаление ошибочных валидных пикселей дальнометрических изображений ВП 3.10 Алгоритм определения высоты положения PMD-камеры 88
3.11 Возможность определения параметров волнения ВП по дальнометрическим изображениям ВП 90
3.12 Вопрос выбора значения выдержки 91
3.13 Влияние отражательной способности поверхности резервуара 92
3.14 Публикация массивов дальнометрических изображений ВП в сети Интернет 92
4 Применимость методов на подвижных объектах и использование дополнительной навигационной информации 93
4.1 Применимость методов на подвижных объектах 93
4.1.1 Сводная таблица результатов анализа применимости 93
4.1.2 Общие особенности применения на подвижных объектах 93
4.1.3 Применимость стереоскопических ОЭСТЗ 94
4.1.4 Применимость ОЭСТЗ на основе времяпролетных камер 96
4.2 Построение комплексных систем и алгоритмов 96
4.2.1 Преимущества и виды комплексных систем 96
4.2.2 Интеграция стереоскопической ОЭСТЗ и БИНС 97
4.2.3 Использование информации об ориентации PMD-камеры для коррекции оценки высоты по дальнометрическим изображениям 99
Заключение 102
Список сокращений и условных обозначений 104
Список литературы 105
