Способ получения информации об объектах на местности

Способ получения информации об объектах на местности

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемое изобретение относится к технике обследования обширных территорий и может быть использовано для поиска объектов на местности.

Известен способ получения информации о местности, основанный на покадровой съемке подстилающей поверхности с помощью установленной на летательном аппарате (ЛА) фотокамеры (см., например, А.С.Кучко. Аэрофотография и специальные фотографические исследования. М., Недра, 1988, с.51-53).

Данный способ обеспечивает возможность получения информации о местности, но не решает вопроса оперативной обработки этой информации в больших объемах.

Наиболее близким аналогом-прототипом является способ получения информации об объектах на местности, основанный на аэросъемке местности с помощью установленных на носителе технических средств и последующей обработке полученных данных (см., например, В.Вельцер. Аэроснимки в военном деле. М., Военное издательство, 1990, с.71-80).

Известный способ обеспечивает возможность получения требуемой информации и ее оперативного анализа, однако при его использовании для выделения из этой информации данных о наличии на местности маломерных объектов и их географической привязки необходимо проведение дополнительной и весьма трудоемкой обработки полученных материалов.

Задачей изобретения является разработка способа получения информации, обеспечивающего возможность оперативного выделения объектов на фоне характерных признаков местности, облегчающих определение координат этих объектов.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения информации об объектах на местности, основанном на покадровой аэросъемке местности с помощью установленных на носителе технических средств и последующей обработке полученных данных, аэросъемку осуществляют при параллельно-последовательном сканировании подстилающей поверхности за счет перемещения снимаемого кадра поперек хода движения носителя, например, путем дискретного пошагового поворота средства съемки от выбранного начального положения, причем процесс съемки кадра совмещен с одновременной передачей получаемой информации на наземный пункт обработки, а площадь кадра съемки выбирают из условия ее соответствия заданному разрешению на местности, при этом выполняют условия неразрывности съемки участков подстилающей поверхности за счет перекрытия соседних по ходу движения носителя сканируемых участков, а также путем перекрытия соседних кадров, причем период времени сканирования при съемке поперек хода движения носителя выбирают из условия:

Т≤(1-к_х)αН/V,

где Т - период времени сканирования; к_x - коэффициент перекрытия соседних рядов кадров, снимаемых по ходу движения носителя; α - угол зрения при съемке с покадровым сканированием; Н - высота полета носителя при съемке; V - скорость движения (полета) носителя, а шаг покадрового сканирования выбирают из условия:

,

где ϕ - угол пошагового поворота средства съемки при покадровом сканировании; L - ширина участка, охватываемая кадром съемки; к_у - коэффициент перекрытия соседних кадров, снимаемых по ходу сканирования; остальные обозначения соответствуют записанным ранее, причем при обработке полученных данных проводят стыковку полученных при съемках соответствующих участков, а затем находят искомый объект и определяют его местоположение, например, в привязке к ориентирам на местности.

При этом при сканировании поперек хода движения носителя угол (α) съемки при покадровом сканировании выбирают равным (1,0-5,0)°, а величину угла полного поворота средства съемки путем пошагового поворота из исходного положения с последующим возвратом без промежуточных остановок в первоначальное положение выбирают равной (10-60)α, причем период времени сканирования при съемке поперек хода движения носителя выбирают из условия:

Т=nt_к+τ,

где n - количество кадров съемки при одном проходе средства съемки поперек хода движения носителя; t_к - время экспозиции одного кадра; τ - время обратного прохода (возврата в первоначальное положение) средства съемки.

При этом величину перекрытия ранее отснятого соседнего кадра при проходе средства съемки поперек хода движения носителя (к_у) или соответственно соседнего ряда кадров, снимаемых по ходу движения носителя (к_x) выбирают равной (1-30)% его соответствующей части, а стыковку полученных при съемках участков проводят по характерным точкам соответствующей полосы перекрытия.

Кроме того, при возвращении (на обратном ходе) средства съемки в исходное положение проводят панорамную съемку с углом зрения (β), равным (5-70)α.

Применение заявленного способа обеспечивает возможность оперативного поиска объектов и их «привязки» к характерным признакам местности, облегчающим определение географических координат выделенных объектов.

На чертеже в качестве примера осуществления способа получения информации об объектах на местности представлена блок-схема соответствующей системы.

Система получения информации об объектах на местности (чертеж) состоит из аппаратурных блоков, установленных на носителе (на чертеже обозначено «на ЛА», там же обозначено направление полета - «НП») и на наземном пункте обработки (на фиг.1 обозначено «на НПО») и содержит установленные на носителе предназначенные для съемки местности телевизионные передающие камеры 1 и 2, например, типа DXC-D35PL фирмы Sony, причем на первой телевизионной передающей камере 1 установлен длиннофокусный объектив с трансфокатором типа J21аX7.8BIRS фирмы Canon (на чертеже не нумерован), настроенным на разрешение на исследуемой подстилающей поверхности (300-600) пикселей, а на второй телевизионной передающей камере 2 установлен широкоугольный объектив типа J9аX5.2BIRS (также на чертеже не нумерован) фирмы Canon (см, например, Каталог фирмы ЗАО «Окно-ТВ» «Профессиональное телевизионное, видео- и аудио-оборудование», 2001-2002, с.41). При этом телевизионная передающая камера 1 установлена на поворотной платформе блока 3 привода движения, выполненного в виде основания, закрепленного на валу электродвигателя (на чертеже не показаны) типа ДБМ-185-16-0,3-2 (см, например, Бесконтактный моментный привод (технико-экономическая информация), составители Ю.М.Беленький и др., ЛДНТП, Ленинград, 1990, с.10) и предназначенного для обеспечения заданного режима поворота телевизионной передающей камеры 1 при покадровом сканировании подстилающей поверхности.

Выход телевизионной передающей камеры 1 соединен с первым входом, а выход телевизионной передающей камеры 2 подключен ко второму входу коммутатора 4, выполненного в виде демультиплексора МС 14555 (см., например, У.Титце и К.Шенк. Полупроводниковая схемотехника. М., Мир, 1982, с.328-330), своими первым, вторым и третьим выходами подключенного соответственно к первым входам установленных на носителе первого монитора 5₁, предназначенного для оперативного (например, во время полета ЛА) просмотра снимаемого и отснятого материалов и выполненного в виде соответствующего устройства типа GV-D900 (см, например, (приведено в приложении 2) Каталог фирмы ЗАО «Окно-ТВ» «Профессиональное телевизионное, видео- и аудио-оборудование», 2001-2002, с.8), первого блока 6₁ записи, предназначенного для фиксации снимаемого материала и выполненного в виде видеорекордера типа BR-DV600 (см. там же) и устройства радиопередачи телевизионных сигналов 7, предназначенного для передачи по радиоканалам полученных при съемке материалов и выполненного в виде соответствующего устройства типа UC1 радиосистемы серии UC фирмы SHURE (см. там же, с.88).

Телевизионные передающие камеры 1 и 2 управляющими входами соединены соответственно с первым и вторым выходами установленного на носителе первого блока 8₁ управления, выполненного в виде приведенного в патенте РФ № 2117326 соответствующего блока и своими третьим, четвертым, пятым, шестым и седьмым выходами подключенного к управляющим входам блока 3 привода, коммутатора 4, первого монитора 5₁, первого блока 6₁ записи и устройства радиопередачи телевизионных сигналов 7 соответственно. При этом вход первого блока 8₁ управления соединен с первым (управляющим) входом системы получения информации об объектах на местности.

Кроме того, на ЛА установлен блок аппаратуры АЗН-К (автоматического зависимого наблюдения - контактное) транспондер 9, выполненный в виде соответствующего устройства VDL 4000/GA компании C.N.S.Systems, Швеция (см., например, www.cns.se) и предназначенный для определения положения ЛА (см., например, патент РФ № 2108627) при работе, например, в режиме автоматического зависимого наблюдения - вещательного (АЗН-В) и содержащий процессор, соответственно соединенный с приемником спутниковой навигации (GPS/ГЛОНАСС) и с УКВ-передатчиком (на чертеже не показаны), кроме того, входом подключенный ко входу, а выходом соединенный с выходом транспондера 9. При этом приемник спутниковой навигации и УКВ-передатчик транспондера 9 соединены с соответствующими антенными устройствами (на чертеже показаны в объединенном виде, но не обозначены) радиочастотного (УКВ) канала. Для согласованного функционирования в системе транспондер 9 управляющим входом подключен к восьмому выходу блока 8₁ управления. Входящие в транспондер 9 блоки могут быть выполнены: приемник спутниковой навигации - в виде устройства GPS, например, Magnavox MX 4200 фирмы «Магнавокс корп.» США (см., например, патент РФ № 2108627), а процессор - в виде микропроцессора на КМОП-микросхемах 588 ВС2В (см., например, Б.Л.Перельман и В.В.Шевелев. Отечественные микросхемы и зарубежные аналоги, справочник. М.: Изд. «НТЦ Микротех», 1998, с.130).

Радиовыход устройства 7 радиопередачи телевизионных сигналов связан с радиовходом установленного на наземном пункте обработки устройства 10 радиоприема телевизионных сигналов, предназначенного для получения транслируемой с помощью устройства 7 радиопередачи телевизионных сигналов с борта ЛА информации и выполненного в виде соответствующего устройства типа UC4 Marcad Delivery Receiver радиосистемы серии UC фирмы SHURE (см. там же, с.88). Устройство 10 радиоприема телевизионных сигналов управляющим входом соединено с первым выходом установленного на наземном пункте обработки второго блока 8₂ управления, своими вторым, третьим и четвертым выходами подключенного к первым (управляющим) входам: второго монитора 5₂, второго блока 6₂ записи и блока 11 обработки изображений соответственно. Кроме того, второй блок 6₂ записи, своими первым и вторым выходами соединен ко вторым входам второго монитора 5₂ и блока 11 обработки изображений.

При этом второй монитор 5₂, второй блок 6₂ записи и блок 8₂ управления предназначены для выполнения аналогичных ранее приведенным для соответствующих устройств функций и соответственно аналогично выполнены.

Блок 11 обработки изображений предназначен для обработки полученной при съемках информации и выполнен в виде, например, промышленного компьютера IPPC-950T фирмы Advantech (см., например, справочник «Передовые технологии автоматизации», Москва, апрель 1999, с.5, составитель справочника и поставщик продукции фирма ProSoft, адрес в Web - http://www. prosoft.ru).

На наземном пункте обработки установлен также приемник 12 системы спутниковой навигации, выполненный в виде устройства GPS, например, Magnavox MX 4200 фирмы «Магнавокс корп.» США (см., например, патент РФ № 2108627) и выходом соединенный с третьим входом блока 11 обработки изображений, четвертым входом подключенного ко второму входу системы получения информации об объектах на местности, своим третьим входом соединенной со входом второго блока 8₂ управления.

Система получения информации об объектах на местности работает следующим образом.

С помощью блока 3 привода движения установленную на ЛА телевизионную передающую камеру 1 с длиннофокусным объективом, настроенным на разрешение на исследуемой подстилающей поверхности (300-600) пикселей, последовательно и пошагово поворачивают на угол:

,

где все обозначения соответствуют записанным ранее, и после каждого поворота на заданный таким образом угол проводят съемку соответствующего участка подстилающей поверхности, чем обеспечивают покадровое сканирование исследуемой поверхности, причем коэффициент (к_у) перекрытия соседних кадров выбирают равным (0,1-0,3).

После окончания сканирования каждой полосы съемки (поворота объектива до конечного положения), с помощью блока 8₁ управления возвращают передающую телевизионную камеру 1 в исходное положение и проводят панорамную съемку этой полосы широкоугольным объективом передающей телевизионной камеры 2, а затем проводят соответствующую съемку следующей полосы подстилающей поверхности.

В процессе съемки заданного участка подстилающей поверхности соответствующую информацию с помощью радиоустройств 7 и 10 транслируют на наземный пункт обработки, на котором в соответствии с введенным в блок 11 обработки изображений алгоритмом вначале проводят монтаж (сшивку) отснятых кадров по полосам и стыковку полос, затем выбор зон интереса и выделение интересующих оператора объектов, после чего путем наложения координатной сетки определяют координаты этих объектов.

1. Способ получения информации об объектах на местности, основанный на покадровой аэросъемке местности с помощью установленных на носителе технических средств и последующей обработке полученных данных на наземном пункте, причем аэросъемку осуществляют при параллельно-последовательном сканировании подстилающей поверхности за счет перемещения снимаемого кадра поперек хода движения носителя путем дискретного пошагового поворота средства съемки от выбранного начального положения, при этом процесс съемки кадра совмещен с одновременной передачей получаемой информации на наземный пункт обработки, а площадь кадра съемки выбирают из условия ее соответствия заданному разрешению на местности, причем выполняют условия неразрывности съемки участков подстилающей поверхности за счет перекрытия соседних по ходу движения носителя сканируемых участков, а также путем перекрытия соседних кадров, при этом период времени сканирования при съемке поперек хода движения носителя выбирают из условия:

Т=nt_к+τ,

где n - количество кадров съемки при одном проходе средства съемки поперек хода движения носителя; t_к - время экспозиции одного кадра; τ - время обратного прохода (возврата в первоначальное положение) средства съемки, причем угол (α) съемки при покадровом сканировании выбирают равным (1,0-5,0)°, величину угла полного поворота средства съемки выбирают равной (10-60)α, а на обратном ходе средства съемки производят панорамную съемку с углом зрения (β) равным (5-70)α и при обработке полученных данных производят стыковку соответствующих участков съемки, а затем находят искомый объект и определяют его местоположение, например, в привязки к ориентирам на местности.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при сканировании поперек хода движения носителя величину угла полного поворота средства съемки получают путем пошагового поворота из исходного положения в конечное с последующим возвратом без промежуточных остановок в первоначальное положение.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину перекрытия ранее отснятого соседнего кадра при проходе средства съемки поперек хода движения носителя (к_у) или соответственно соседнего ряда кадров, снимаемых по ходу движения носителя (к_х) выбирают равной (1-30)% его соответствующей части.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что стыковку полученных при съемках участков производят по характерным точкам соответствующей полосы перекрытия.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве характерных точек полосы перекрытия выбирают, например, точки пересечения дорог или отдельно стоящие здания.