Введение
1. Анализ современных методов, алгоритмов и устройств обработки видеоинформации 24
1.1 Устройства ввода и предварительной обработки видеоинформации 24
1.2 Методы улучшения качества видеоинформации 25
1.2.1 Повышение контрастности и расширение динамического диапазона видеоизображения 30
1.2.2 Повышение отношения сигнал/шум 33
1.2.3 Проблема выбора порога при преобразовании полутонового изображения в двухградационное 35
1.2.4 Методы построения контуров объектов, расположенных на плоскости, и повышение достоверности их выделения 37
1.3 Методы и принципы определения параметров динамических объектов 41
1.3.1 Методы выделения динамических объектов 42
1.3.1.1 Методы, основанные на вычислении взаилию-корреляционной функции двух полей изображения 44
1.3.1.2 Методы пространственно-временной обработки 46
1.3.1.3 Методы цифровой обработки изображениіі, используемые для выделения динамических объектов 49
1.3.2 Устройства для определения параметров динамических объектов 51
1.3.3 Определение параметров динамических объектов 52
1.3.3.1 Определение пространственных координат 55
1.3.4 Адаптация оптико-электронного датчика к изменению освещенности 58
1.4 Методы и оптико-электронные устройства измерения малых угловых перемещений на основе интерференции 61
1.4.1 Высокоточные устройства измерения угловых перемещений и оптические методы и средства для проведения угловых измерений 61
1.4.2 Оптико-электронные устройства для измерения малых угловых перемещений 70
1.4.3 Информативные признаки и способ анализа интерференционной картины 74
1.5 Методы и средства калибровки систем технического зрения 75
2. Теоретико-множественное описание и синтез структур систем предварительной обработки и алгоритмов обработки видеоинформации 89
2.1 Теоретико-множественное описание систем предварительной обработки видеоинформации 89
2.2 Теоретико-множественное описание алгоритмов цифровой обработки видеоинформации 92
2.3 Графовые модели компонентов системы предварительной обработки и операций цифровой обработки видеоинформации 96
2.4 Синтез систем предварительной обработки и алгоритмов цифровой обработки видеоинформации с использованием графовых моделей 101
2.5 Алгоритм синтеза структур систем предварительной обработки и алгоритмов цифровой обработки видеоинформации 109
2.6 Обобщенная математическая модель процесса предварительной обработки видеоинформации в СТЗ 115
3. Методы и алгоритмы повышения качества предварительной обработки видеоинформации 118
3.1 Метод адаптации оптико-электронного преобразователя к изменению освещенности 118
3.2 Расширение динамического диапазона изображения и увеличение скорости повышения контрастности 123
3.3 Определение параметров динамических объектов 127
3.3.1 Математическая модель определения параметров динамических
объектов 127
3.3.1.1 Вычисление матрицы коррекции фильтра Калмана 136
3.3.2 Определение координат проекции точки 138
3.3.3 Метод выделения динамических объектов 141
3.3.3.1 Исследование изображений сцен и построение функции принадлежности пикселя изображения динамическому объекту 142
3.3.3.2 Выделение динамических областей изображений с помощыо межкадровой разности 151
3.3.3.3 Алгоритм определения формального контура объекта 155
3.3.4 Представление динамических объектов и определение их параметров 158
3.3.5 Определение предельных значений относительной дальности и скорости динамического объекта 162
3.4 Увеличение точности и скорости преобразования градиентного изображения в двухградационное 163
3.5 Скелетизация изображения 166
3.6 Кодирование контуров объектов 168
3.7 Определение типа проекции объекта 171
3.8 Определение положения объектов на плоскости с помощыо одной видеокамеры 172
Выводы 174
4. Оптико-электронное измерение малых линейных и угловых перемещений объектов 175
4.1 Математические основы анализа интерференционных картин 175
4.1.1 Математическая модель статической интерференции в оптическом интерференционном устройстве 175
4.1.2 Распределение интенсивности освещения в интерференционной картине 182
4.1.3 Регистрация интерференционных картин фоточувствительными приборами с зарядовой связью 187
4.1.4 Адаптация уровня квантования порогового устройства 190
4.2 Выбор основных элементов устройств измерения малых угловых перемещений 192
4.2.1 Анализ характеристик интерференционной картины и выбор оптико электронного преобразователя 192
4.2.2 Выбор источника излучения 194
5. Калибровка систем технического зрения 197
5.1 Математическая модель трехмерной калибровки на основе нечетких множеств 197
5.1.1 Математическая модель калибровки вертикальных осей координат изображений 197
5.1.2 Математическая модель калибровки фокусных расстояний оптических систем оптико-электронных датчиков СТЗ 202
5.1.3 Математическая модель калибровки радиальной дисторсии оптической системы СТЗ 206
5.1.4 Математическая модель восстановления контуров объектов 210
5.1.5 Математическая модель калибровки оптических осей оптико-электронных датчиков СТЗ 213
5.1.6 Математическая модель адаптации при калибровке СТЗ 214
5.2 Методы калибровки СТЗ 219
5.2.1 Методы статической калибровки 220
5.2.1.1 Статическая калибровка с двухцветной пирамидой 225
5.2.1.2 Статическая калибровка в условиях сложного фона 228
5.2.1.3 Статическая калибровка по эталонному объекту с оптическими излучателями 232
5.2.1.4 Использование мнимого изображения эталонного объекта для трехмерной калибровки СТЗ 234
5.2.2 Метод адаптивной калибровки 235
5.3 Рекомендации по выбору метода калибровки в зависимости от условий внешней среды и параметров СТЗ 247
6. Аппаратно-программные средства адаптивной предварительной обработки видеоинформации и оптико-электронного измерительного тракта 252
6.1 Реализация блоков автоматической регулировки экспозиции 252
6.1.1 Автоматическая регулировка экспозиции методом последовательного приближения 252
6.1.2 Автоматическая регулировка экспозиции методом мгновенного приближения 256
6.2 Алгоритм функционирования и микропроцессорное устройство определения параметров динамических объектов 259
6.3 Устройства ввода и предварительной обработки видеоинформации 267
6.3.1 Устройство ввода и предварительной обработки видеоинформации на основе цифрового сигнального процессора 267
6.3.2 Устройство ввода и предварительной обработки видеоинформации для конвейерных систем распознавания нестабильных символов 268
6.4 Универсальная бинокулярная СТЗ 270
6.5 Реализация устройств измерения малых угловых перемещений 274
6.5.1 Устройство для измерения относительного углового перемещения 274
6.5.2 Устройство для автоматического определения углового положения источника излучения в пространстве 279
6.5.3 Устройство измерения малых угловых перемещений на базе микропроцессора 285
6.5.3.1 Методика выбора микропроцессорного элемента и расчет объема ОЗУ .288
6.6 Устройства калибровки СТЗ 290
6.6.1 Устройство для калибровки СТЗ с двухцветной пирамидой 290
6.6.2 Устройство для адаптивной калибровки бинокулярной СТЗ 292
Выводы 294
7. Экспериментальная оценка качества предварительной обработки видеоинформации 296
7.1 Исследование точности и производительности алгоритмов предварительной обработки видеоинформации 296
7.2 Экспериментальное исследование методов определения параметров динамических объектов 304
7.2.1 Описание экспериментальной установки 304
7.2.2 Методика определения коэффициента сигнал/шум 305
7.2.3 Результаты экспериментальных исследований 308
7.2.3.1 Сравнение методов выделения динамических объектов 308
7.2.3.2 Определение координат относительного центра динамического объекта 310
7.2.3.3 Определение пространственных координат объекта 311
13 Экспериментальные исследования устройства измерения малых угловых перемещений 312
7.3.1 Описание экспериментальной установки и методика проведения эксперимента 312
7.3.2 Основные экспериментальные числовые характеристики интерференционной картины 317
7.4 Экспериментальные исследования устройства для адаптивной калибровки бинокулярной системы технического зрения 319
7.4.1 Методика проведения исследований устройства для адаптивной калибровки бинокулярной СТЗ 321
7.5 Результаты экспериментальной оценки качества предварительной обработки видеоинформации и оптико-электронных измерений 331
Заключение 334
Библиографический список 339
Приложение 1
