Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследования и разработка новой цифровой портативной фото/видеоаппаратуры для панорамной съемки

Номер контракта: 14.581.21.0003

Руководитель: Константинов Игорь Сергеевич

Должность руководителя: проректор по научной и инновационной деятельности

Докладчик: Лазарев Сергей Александрович, Заместитель директора по научной и инновационной деятельности Института инженерных технологий и естественных наук (ИИТиЕН) НИУ "БелГУ"

Организация: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"
Организация докладчика: федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
регистрация изображений, машинное зрение, панорамные изображения, сжатие изображения, панорамное видео в реальном времени, масштабируемая цифровая камера

Цель проекта:
Задача исследования: Формирование технологической компетенции и создание опережающего научно-технологического задела приборостроительной отрасти в области разработки устройств фото и видео регистрации и обработки цифровых панорамных изображений от нескольких источников в режиме реального времени. Цели проекта: 1 Исследование и разработка масштабируемой программно-аппаратной архитектуры устройства обработки информации при регистрации панорамного изображения от нескольких источников в режиме реального времени; 2 Разработка и реализация алгоритмов обработки и формирования цифрового панорамного изображения от нескольких источников в режиме реального времени; 3 Разработка и реализация аппаратно-программной платформы устройства регистрации панорамных изображений.

Основные планируемые результаты проекта:
Основной результат проекта направлен на разработку экспериментального образца автономного портативного цифрового устройства, предназначенного для панорамной съемки с качеством UHDTV.
Основные характеристики экспериментального образца:
- количество используемых камер – не менее 12 шт.;
- угол охвата поля изображения по горизонтали – 360 градусов;
- угол охвата поля изображения по вертикали – 360 градусов;
- формат сжатия видеоизображений – H.264, H.265;
- максимальное разрешение применяемых ОСС от 5 до 14 Мп для каждой камеры;
- программное (цифровое) приближение просматриваемого изображения – не менее 10 раз;
- максимальная частота кадров записываемых видеоданных с разрешением 3840×2160 (UltraHD) точек – 30 кадров в секунду;
- относительный коэффициент оптических искажений (дисторсии) – не более 1,5 %;
- снаряженная масса устройства с источником питания – не более 6 кг.;
- габаритные размеры – не более 300х300х300 мм.
Сопутствующие результаты проекта:
- адаптивная математическая модель формирования панорамного (сферического) изображения в форме эквидистантной проекции;
- алгоритмы формирования и обработки панорамного изображения, реализованные на ПЛИС;
- алгоритмы сжатия и декомпрессии фото- видеоизображения, реализованные на ПЛИС (JPEG, H.264, H.265);
- специализированная операционная система для управления портативным цифровым устройством.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Основные характеристики создаваемой инновационной продукции (цифровой портативной камеры для панорамной съемки):
- количество используемых камер – не менее 12 шт.;
- угол охвата поля изображения по горизонтали – 360 градусов;
- угол охвата поля изображения по вертикали – 360 градусов;
- формат сжатия видеоизображений – H.264, H.265;
- программное (цифровое) приближение просматриваемого изображения – не менее 10 раз;
- максимальная частота кадров записываемых видеоданных с разрешением 3840×2160 (UltraHD) точек – 30 кадров в секунду;
- относительный коэффициент оптических искажений (дисторсии) – не более 1,5 %;
- снаряженная масса устройства с источником питания – не более 2 кг.;
- габаритные размеры – не более 200х200х200 мм.

Разрабатываемый экспериментальный образец выполняет функции получения и мультиплексирования потока данных изображений с нескольких камер, формирование целостного панорамного (сферического) изображения, а также в реальном времени позволяет выполнять с данными изображений операции выравнивания геометрии и изменения яркостных характеристик.
Новизна представленного проекта состоит в решении новой научно-технической задачи регистрации цифрового панорамного изображения высокого разрешения в режиме реального времени на основе масштабируемого многокамерного подхода.
Особенность разработки заключается в создании архитектуры многокамерного устройства регистрации панорамного изображения в качестве платформы для масштабируемых суперкамер высокого разрешения. Каждая камера включает в себя интегрированный оптический модуль с объективом, светочувствительный сенсор, блок управления экспозицией и диафрагмой, а также интерфейсы согласования управления. Используя эту платформу, можно строить камеры с различными размерами сектора панорамного обзора и высокими разрешениями.
Выполнение проекта обеспечит достижение научных результатов мирового уровня, что подтверждается проведенными патентными исследованиями. Разрабатываемое портативное устройство позволит выполнять регистрацию цифровых панорамных изображений с разрешением и качеством обработки выше аналогов. Научно-технический уровень разработки позволит в качестве конечного результата проекта получить опытный образец устройства регистрации цифровых панорамных изображений, который будет выполнять функции формирования и записи изображений в режиме реального времени.

Одним из аналогов является ялвятеся разработка фирмы Nokia. Она планирует выпустить до конца 2015 года OZO – 360-градусную камеру для разработчиков виртуальной реальности.
Внутри устройства, представляющего собой сферу с симметрично расположенными по всей ее поверхности камерами, находятся 8 синхронизированных сенсоров с кадровыми фотозатворами, предназначенных для съемки стереоскопического трехмерного видео. 8 микрофонов устройства способны записывать пространственное аудио. Также у устройства есть общая батарея и SSD-картридж. Камера весит чуть больше 2.5 кг, а её цена – примерно 50 тысяч долларов (http://mobiltelefon.ru/post_1438148192.html).

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Проводимые работы по исследованиям и разработке новой цифровой портативной фото/видео аппаратуры для панорамной съемки могут быть использованы при проектировании систем панорамного технического зрения, в высокотехнологичной продукции для обработки изображений.

Областью применения ожидаемых результатов являются:
- реализация функций панорамного обзора «машинного зрения» в современной наземной технике (роботы, манипуляторы, транспорт специального назначения), в пилотируемых и беспилотных летательных аппаратах различного назначения;
- системы видеонаблюдения по обеспечению комплексной безопасности объектов в различных технических решениях;
- специализированные профессиональные средства фото- видеофиксации цифровых изображений.

Ожидаемый эффект от внедрения результатов исследования связан с актуальностью и значимостью вопроса замещения импортной продукции в системах технического зрения и создания отечественной аппаратуры для цифровой фото- видеосъемки.


Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения работ по проекту получены следующие основные результаты:
- отчет о патентных исследованиях;
- оценка текущий технико-экономических показателей проекта;
- функциональная и имитационная модели технического устройства, реализующего многопотоковую обработку цифровых изображений в режиме реального времени;
- специализированный стенд для проектирования, программирования, проверки и отладки цифровых устройств на программируемых логических интегральных схемах (ПЛИС);
- экспериментальная лабораторная установка по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
- масштабируемая архитектура устройства регистрации панорамных изображений;
- алгоритмы управления оптической и мехатронной частью устройства регистрации панорамных изображений;
- технические предложения по построению устройства регистрации панорамных изображений;
- технический проект подсистемы формирования цифрового панорамного изображения;
- параллельные алгоритмы обработки сигналов и потоков данных светочувствительных сенсоров, реализованные на ПЛИС;
- программа и методика экспериментальных исследований для лабораторной установки по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
- экспериментальные исследования с лабораторной установкой по исследованию оптической и мехатронной подсистем устройства регистрации панорамных изображений;
- адаптивная математическая модель формирования панорамного (сферического) изображения в форме эквидистантной проекции$
- алгоритмы формирования и геометрической коррекции цифрового панорамного изображения;
- проектный макет устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
- операционная система и алгоритмы управления устройством регистрации цифровых панорамных изображений;
- алгоритмы обработки, сжатия и декомпрессии статических и потоковых изображений;
- программы и методики проведения экспериментальных исследований образца устройства регистрации цифровых панорамных изображений;
- технические требования к аппаратной архитектуре устройства;
- специализированный стенд по прототипированию радиоэлектронной аппаратуры.