Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка и исследование технологии анализа изображений для систем технического зрения летательных аппаратов

Докладчик: Бабаян Павел Вартанович

Должность: Начальник лаборатории, доцент, канд. техн. наук

Цель проекта:
Проект направлен на решение проблемы обеспечения безопасности и снижения ситуационной неопределенности при выполнении полетов. Основной идеей, лежащей в основе проекта, является использование системы технического зрения, с помощью которой будет осуществляться обнаружение и распознавание наземных (зданий и сооружений, линий электропередач и пр.) и воздушных (самолетов, вертолетов, скоплений птиц) объектов с последующей оценкой степени создаваемой ими угрозы для безопасного выполнения полета. Для решения подобных задач, необходимо разработать специализированные методы и алгоритмы анализа изображений бортовой видеосъемки и распознавания опасных ситуаций, обеспечивающие функционирование системы технического зрения летательного аппарата в реальном масштабе времени. Исходя из этого цель проекта состоит в проведении исследований и разработке комплекса научно-технических решений, направленных на создание программно-алгоритмического обеспечения системы технического зрения летательного аппарата, предназначенной для снижения ситуационной неопределенности и распознавания опасных ситуаций. В ходе реализации проекта планируется создать методы и алгоритмы анализа видеоизображений и на их основе разработать экспериментальный образец программного обеспечения бортовой системы технического зрения. В дальнейшем полученные результаты проекта позволят обоснованно перейти к выполнению опытно-конструкторской работы по созданию подобной системы совместными усилиями коллектива исполнителей проекта и Организации - Индустриального партнера - ОАО "Государственный Рязанский приборный завод"

Основные планируемые результаты проекта:
Основными планируемыми результатами выполнения проекта являются:
1. методы и алгоритмы анализа изображений для обнаружения, оценки параметров и распознавания наземных объектов;
2. методы и алгоритмы анализа изображений для обнаружения, оценки параметров и распознавания воздушных объектов;
3. алгоритм обнаружения и распознавания опасных ситуаций, связанных со сближением летательного аппарата с другими объектами;
4. прототип программного обеспечения системы технического зрения летательного аппарата;
5. предложения и рекомендации по использованию результатов проведенных ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках;
6. проект технического задания на выполнение ОКР «Разработка программных средств системы технического зрения летательных аппаратов».

Предполагается, что разрабатываемый комплекс технических решений позволит обеспечить достижение следующих показателей эффективности решения задач обеспечения безопасности и снижение ситуационной неопределенности:
- частота правильного обнаружения объектов не хуже 0,85 при частоте ложных тревог не выше 0,001 и отношении сигнал/шум не менее 6;
- частота правильного распознавания объектов не хуже 0,8 при частоте ложных тревог не выше 0,001 и отношении сигнал/шум не менее 6;
- частота правильного обнаружения опасных ситуаций, связанных со сближением летательного аппарата с другими объектами, не менее 0,9 при частоте ложного обнаружения не более 0,001.

Планируемый к разработке экспериментальный образец программного комплекса должен обеспечивать отработку алгоритмов на реальных и синтезированных видеосюжетах с возможностью автоматизации проведения экспериментальных исследований и оценки показателей эффективности полученных решений.

Новизна научных и технических решений определяется тем, что они основаны на оригинальных разработках коллектива исполнителей проекта, полученных ими в ходе выполнения комплекса научно-исследовательских работ, проводимых в течении 15 лет по заказу ОАО "Государственный Рязанский приборный завод", а также рамках реализации федеральных целевых программ и планового бюджетного финансирования научных исследований.

Анализ литературных источников показывает, что направления проводимых в рамках проекта научных и экспериментальных исследований соответствуют направлениям исследований в ведущих научных университетах и исследовательских лабораториях крупнейших корпораций. Планируемые к получению научные результаты проекта: методы и алгоритмы анализа изображений бортовой видеосъемки для снижения ситуационной неопределенности и распознавания опасных ситуаций - по назначению и своим характеристикам соответствуют уровню аналогичных исследований, проводимым в России и за рубежом. Кроме того, решение поставленных в проекте научных проблем в своей совокупности и проработка вопросов дальнейших опытно-конструкторских разработок, является уникальной чертой проекта, обеспечивающей его превосходство над другими исследованиями, направленными на преодоление отдельных проблем в узком диапазоне условий формирования изображений.

Для достижения заявленных результатов, помимо теоретического осмысления поставленной проблемы, планируется организовать экспериментальную отработку полученных научно-технических решений на реальных изображениях бортовой видеосъемки. Для этого планируется разработать специальную аппаратуру для сбора исходных данных, оснастить ей летательный аппарат и осуществить на нем ряд полетов с целью сбора исходных данных для отработки алгоритмов и проведения экспериментальных исследований. В качестве рисков данного подхода следует отметить вероятность недостаточного охвата полученной базой видеосюжетов различных условий формирования изображений. С целью снижения подобных рисков предполагается осуществить серию полетов в разные сезоны года.



Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемые в ходе проекта методы, алгоритмы и программное обеспечения формируют основу для создания бортовой системы технического зрения, предназначенной для установки на самые различные типы летательных аппаратов, включая малоразмерные.

Внедрение результатов проекта предполагает выполнение на основе полученных научно-технических решений опытно-конструкторской работы , изготовление и испытание опытного образца бортовой системы системы технического зрения на базе Организации - Индустриального партнера (ОАО "Государственный Рязанский приборный завод"). В случае успеха опытно-конструкторской разработки, возможен переход к серийному производству, для чего Индустриальный партнер имеет все необходимые мощности. Научно-технические связи Индустриального партнера, который является одним из ведущих отечественных разработчиков и производителей авионики, как ожидается, позволят среди предприятий авиационной направленности найти организации, заинтересованные в использовании разработанной системы технического зрения в своих изделиях.

Предполагается, что результаты проекта будут способствовать повышению безопасности полетов малой авиации, что может являться существенным стимулом для расширения сферы ее использования в различных приложениях, связанных с необходимостью выполнения маловысотных полетов в черте города и в зонах с высокой интенсивностью воздушного движения.

Текущие результаты проекта:
По итогам реализации 1-го этапа проекта получены следующие результаты.

1. Осуществлены сбор и систематизация научно-технической, методической и нормативной литературы, посвященной проблемам применения систем технического зрения для обеспечения безопасности и снижения ситуационной неопределенности при управлении летательными аппаратами. Предварительный анализ источников показывает, что разработки в этой области представлены в основном на уровне начальных теоретических исследований и лабораторных образцов. Установлено, что на уровне опытных и, в отдельных случаях, промышленных образцов представлены системы, которые используют только навигационных данные. Однако, подобные системы не могут обеспечить высокую точность при высокой динамике полета, а также в условиях плохого качества и ошибок приема спутниковых навигационных сигналов, характерных при выполнении полетов в городской среде или над иной местностью со сложным рельефом. Кроме того, подобные системы ограничены возможностью реакции лишь на те угрозы, которые заданы заранее с помощью специализированных баз рельефа местности и высотных зданий. Реакция же на плохо прогнозируемые угрозы, связанные со сближением летательного аппарата с объектами, не представленными в базах данных, другими воздушными судами, птицами, линиями электропередач, в системах подобного рода не обеспечивается. Установлено, что системы, основанные на принципах технического зрения, способны обеспечить реакцию на возникновение подобных угроз, обладают более высокими точностными характеристиками и не зависят от приема внешних по отношению к летательному аппарату спутниковых навигационных сигналов.

2. Проведены патентные исследования по ГОСТ Р 15.011-96.

3. Проведен анализ проблемы обнаружения, оценки параметров и распознавания объектов при наблюдении с борта летательного аппарата, который позволил выявить основные особенности данной проблемы, ключевые мешающие факторы и способы борьбы с ними. Анализ существующих и перспективных образцов бортовых оптико-электронных систем и бортовой вычислительной аппаратуры позволяет задать исходные данные для объективного построения математических моделей, методов и алгоритмов решения задач, предусмотренных техническим заданием.

4. Проведены маркетинговые исследования, которые показали экономическую целесообразность выполнения проекта, а также позволили установить потенциальных партнеров и конкурентов в области создания и реализации конечной продукции.

5. Разработана эскизная конструкторская документация на аппаратуру для проведения видеосъемок. Непосредственно проведение видеосъемок запланировано на следующем этапе реализации проекта.