Способ управления движущимся объектом и устройство для его осуществления

Способ управления движущимся объектом и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Группа изобретений относится к способу управления движущимся объектом и устройству для его осуществления. Область применения охватывает автоматическое и автоматизированное управление движением различных объектов, например транспортных роботов, судов, летательных аппаратов и т.д.

Известны и широко применяются различные способы и устройства определения координат объекта, например инерциальные, оптико-телевизионные или радиолокационные навигационные устройства [1, 2].

Существенным признаком этих способов и устройств является то, что производится анализ получаемой информации согласно определенным методикам, алгоритмам или теоретическим моделям, а затем делается вывод о координатах объекта. Так, например, вывод о местоположении объекта делается при анализе радиолокационного изображения местности [3].

Недостатки способов и устройств заключаются в низкой точности определения координат объекта и невозможности быстрой адаптации при изменении навигационной задачи. Кроме этого, указанные способы и устройства имеют низкие функциональные возможности, так как они воспринимают навигационную информацию с ограниченного количества датчиков (одного, двух и трех).

В качестве прототипа рассмотрим способ для определения координат объекта, в котором считывают (воспринимают) эталонное и текущее изображения, в результате чего получается пара сравниваемых изображений [4]. Устройство, реализующее этот способ, включает в себя картографический указатель истинного курса (КУИК), основной картографический указатель заданного курса (ОКУЗК), фильтры для фильтрации помех КУИК и ОКУЗК, блок корреляционно-экстремальной обработки информации (БКЭОИ) и блоки управления фильтрами. С помощью КУИК воспринимается текущее изображение, а с помощью ОКУЗК воспроизводится эталонное изображение, которые сравниваются в БКЭОИ и определяются координаты местоположения объекта.

Недостатки способа и устройства заключаются в низкой точности определения координат объекта из-за низкой помехоустойчивости и помехозащищенности (ограниченной возможностью фильтрации помех ТИ, ЭИ и ВКФ), невозможности быстрой адаптации при изменении навигационной задачи, низкой функциональной возможности вследствие использования одного датчика изображения (картографического указателя истинного курса), низком быстродействии из-за наличия электромеханических блоков фильтрации сравниваемых изображений и управления фильтрами.

Задачей является создание способа управления движущимся объектом и устройства с улучшенными функциональными возможностями за счет повышения точности, быстродействия определения координат движения объекта, помехоустойчивости и помехозащищенности, и как следствие, повышение оперативности выполнения навигационной задачи.

Поставленная задача достигается тем, что как и в известном способе в заявленном способе управления движущимся объектом получают картографические эталонные и текущие изображения территории, сравнивают параметры изменения текущего картографического изображения с эталонным картографическим изображением, фильтруют изображения от помех

Отличием предлагаемого способа от известного является то, что перед сравнением параметров изменения изображений определяют предварительные координаты объекта, распознают участок территории, формируют интегральное картографическое эталонное изображение и получают интегральные информативные параметры сравниваемых изображений, выделяя среди них многомерные и увеличивая последние на величину, определяемую требуемой точностью оценки координат объекта, определяют изменение геометрии, топологии и цвета участка территории, при этом дополнительно подавляют помехи нейросетевой фильтрацией, а после сравнения параметров изменения изображений оценивают местоположение объекта и производят коррекцию маршрута движения объекта.

При этом формируют интегральное картографическое эталонное изображение путем монтажа локальных участков территории по реперным точкам с помощью нейросетевых технологий.

Кроме того, получают интегральные информативные параметры сравниваемых изображений при формировании радиолокационных, телевизионных цветных или инфракрасных изображений подстилающей поверхности Земли или изображений карты звездного неба.

Формируют радиолокационные или телевизионные цветные изображения по топографическим картам Земли.

Определяют изменение геометрии, топологии и цвета участка территории для сравниваемой пары изображений при устранении рассогласований изображений по углу их относительного разворота, масштабу, крену, тангажу и цвету.

Кроме того, определяют геометрические параметры локальных и интегральных участков территории в виде периметров, площадей, радиусов, длины, ширины, количества точек перегиба контура, геометрического центра элементов изображений, постоянно наблюдаемых участков, развертки контура, перевычисления в полярную систему координат, инвертирования изображения, формирования микроплана.

При этом переход к типу изображения осуществляют на основе вычисления адаптивного коэффициента путем сравнения текущих и предельных значений интегральных информативных геометрических, топологических и цветовых параметров изображений, а также амплитудных, спектральных, структурных и дифференциальных информативных параметров взаимно-корреляционной функции.

Кроме того, корректируют маршрут движения объекта путем перенастройки работы устройства.

Кроме того, распознают участок территории с помощью нейросетевых технологий.

Целесообразно, многомерные интегральные информативные параметры сравниваемых изображений увеличивают до 1000 раз.

При этом территорией может быть наземная, подводная, воздушная территория.

Поставленная задача достигается также тем, что, как и известное заявленное устройство управления движущимся объектом, содержит последовательно соединенные синхронизатор, блок корреляционно-экстремальной обработки информации, основной картографический указатель заданного курса, блок дополнительных фильтров основного картографического заданного курса, выходом подключен ко второму входу блока корреляционно-экстремальной обработки информации, входом через блок управления фильтрами подключен к выходу блока корреляционно-экстремальной обработки информации, последний вторым входом подключен к блоку дополнительных фильтров картографического указателя истинного курса, а блок управления фильтрами вторым выходом подключен к блоку дополнительных фильтров картографического указателя истинного курса и объекту управления.

Новым является то, что оно дополнительно содержит, во-первых, последовательно соединенные блок подключения датчика изображения, адаптивный нейросетевой фильтр подавления помех и интеллектуальный блок обработки изображений, отдельным выходом подключен к входу блока подключения датчика изображения, которые введены между выходом радиолокационного картографического указателя истинного курса и отдельным входом блока корреляционно-экстремальной обработки информации, отдельным выходом подключен к интеллектуальному блоку обработки изображений, во-вторых, инфракрасный датчик изображений, блок астродатчиков, телевизионный датчик изображений, блок спутниковой навигационной системы, блок построения изображений по топографической карте подключены отдельными двунаправленными связями к блоку подключения датчика изображений, в-третьих, последовательно соединенные инерциальная навигационная система и структурно-перестраиваемый блок управления отдельными входами подключены к выходам блока корреляционно-экстремальной обработки информации, блока спутниковой навигационной системы, блока построения изображений по топографической карте и синхронизатора, а отдельными выходами подключены к объекту управления и блоку построения изображений по топографической карте, причем отдельный вход структурно-перестраиваемого блока управления подключен к выходу задатчика управления, в-четвертых, блок нейросетевого распознавания изображений отдельными входами подключен к отдельным выходам интеллектуального блока обработки изображений и синхронизатора, а отдельным выходом подключен к отдельным входам блока корреляционно-экстремальной обработки информации.

Кроме того, блок подключения датчика изображения выполнен в виде многоканального мультиплексора.

Кроме того, блок астродатчиков содержит датчики, воспринимающие карту звездного неба и радиогалактики.

Кроме того, блок спутниковой навигационной системы содержит ГЛОНАСС, GPS и/или ГАЛИЛЕО.

Кроме того, инерциальная навигационная система включает блоки гироскопов, акселерометров, управления, контроля и обработки информации.

Кроме того, блок построения изображений по топографической карте состоит из топографических и топологических карт земной поверхности, считывателя изображения с карт и автомата на перестраиваемых вычислительных средах.

Кроме того, телевизионный датчик изображений выполнен в виде телевизионной камеры, функционирующей в инфракрасном оптическом диапазоне, и содержит инфракрасный прожектор.

Кроме того, блок дополнительных фильтров картографического указателя истинного и заданного курсов и блок управления фильтрами выполнены на перестраиваемых вычислительных средах.

Кроме того, структурно-перестраиваемый блок управления реализован на перестраиваемых вычислительных средах.

Предлагаемый способ и устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-21.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства.

На фиг.2 представлена структурная схема интеллектуального блока обработки изображений.

На фиг.3 представлена структурная схема блока корреляционно-экстремальной обработки информации.

На фиг.4 представлена структурная схема адаптивного нейросетевого фильтра подавления помех.

На фиг.5 представлена схема формального нейрона.

На фиг.6 представлена нейронная сеть.

На фиг.7 представлены используемые в способе шаблоны особенностей изображений (при применении нейросетей).

На фиг.8 представлена структура многомерного запоминающего устройства основного картографического указателя заданного курса.

На фиг.9 представлено поле информативных параметров (ИП) основного радиолокационного картографического указателя заданного курса.

На фиг.10 представлено поле ИП основного инфракрасного картографического указателя заданного курса.

На фиг.11 представлено поле ИП основного телевизионного картографического указателя заданного курса.

На фиг.12 представлено поле ИП основного астрономического картографического указателя заданного курса.

На фиг.13 представлено поле ИП основного спутникового картографического указателя заданного курса.

На фиг.14 представлено поле ИП основного топографического картографического указателя заданного курса.

На фиг.15 представлена структурная схема основного картографического указателя заданного курса.

На фиг.16 представлена структурная схема структурно-перестраиваемого блока управления.

На фиг.17 представлен вариант исполнения блока перестраиваемой вычислительной среды.

На фиг.18 представлена структурная схема блока подключения датчика изображения.

На фиг.19 представлен новый вид взаимно-корреляционной функции (ВКФ) при различных размерах элементов изображений и различных типах изображений.

На фиг.20 представлены графики зависимостей точностных характеристик устройства от крутизны ВКФ или от геометрических характеристик изображений.

На фиг.21 представлен вид ВКФ при различных типах изображений.

На фиг.1 даны следующие обозначения:

1 - объект управления (ОУ);

2 - дополнительный инфракрасный датчик изображений (ИДИ);

3 - дополнительный блок астродатчиков (БА);

4 - радиолокационный картографический указатель истинного курса (РКУИК);

5 - дополнительный телевизионный картографический указатель истинного курса (ОТДИ);

6 - дополнительный спутниковый картографический указатель истинного курса (БСНС);

7 -инерциальная навигационная система (ИНС);

8 - дополнительный формирователь картографического указателя истинного курса по топографической карте (блок построения изображений по топографической карте) (БПИТК);

9 - блок подключения датчика изображений (БПДИ);

10 - интеллектуальный блок обработки изображений (ИБОИ);

11 - структурно-перестраиваемый блок управления (СПБУ);

12 - синхронизатор;

13 - блок управления фильтрами (БУФ);

14 - блок дополнительных фильтров картографического указателя истинного курса (БДФКУИК);

15 - блок дополнительных фильтров основного картографического указателя заданного курса (БДФОКУЗК);

16 - основной картографический указатель заданного курса (ОКУЗК);

17 - блок корреляционно-экстремальной обработки информации (БКЭОИ);

18 - адаптивный нейросетевой фильтр подавления помех (АНФПП);

19 - блок нейросетевого распознавания изображений (БНРИ).

Определение координат объекта с помощью предлагаемых способов и устройства осуществляется при сравнении изображений различных размерностей и цветностей на основе вычисления оценки:

где R - мера близости текущего изображения (картографического указателя истинного курса) и эталонного изображения (картографического указателя заданного курса);

F₁(λ), F₂(λ,ν) - функции, описывающие картографические указатели истинного и заданного курсов соответственно;

λ, ν - соответственно постоянная и переменная части параметров.

Сначала рассмотрим алгоритмы, способные функционировать с произвольными изображениями (с произвольным расположением элементов ТИ и ЭИ).

Известно [5], что если угол разворота между ТИ и ЭИ равен нулю α=0), то координаты главного максимума ВКФ определяются следующими выражениями:

где , - координаты центров тяжести совпадающих элементов ТИ, ЭИ соответственно; a, b - относительные смещения коррелируемых изображений.

Если при угловом совмещении изображений системы координат, связанные с ТИ и плоскостью регистрации ВКФ, фиксированы, а ЭИ поворачивается вокруг оптической оси коррелятора, то координаты главного максимума ВКФ определяются приближенно

Для точного определения координат главного максимума следует произвести преобразование выражения (3) следующим образом:

Выражения (4) означают перевычисления координат, связанных с ТИ, в координаты, связанные с ЭИ.

Очевидно, что при использовании алгоритма (3) возникает ошибка в вычислении линейных координат

Таким образом, если

то, чтобы δ'_ξ=δ'_η=0, необходимо сначала определить приближенные значения ξ₁, η₁, а затем вычислить точные координаты по формулам (4).

Пользуясь (3) и методами геометрической оптики, можно также записать

Из (7) следует, что, если

то при угловом совмещении изображений линейные координаты не зависят от угла разворота ТИ и ЭИ относительно исходного положения и характеризуются только. выражениями (2).

Таким образом, при совмещении сравниваемых изображений без изменения вращения ЭИ необходимо либо уточнять полученные приближенные значения координат, либо с целью упрощения процесса вычисления координат совмещать центр вращения ЭИ и центр тяжести изображения с оптической осью коррелятора.

Рассмотрим теперь применение данного алгоритма в случае использования дифференцированного метода определения координат, при котором знаки координат вычисляются следующим образом:

где Z₁÷Z₄ - сигналы, характеризующие освещенность соответствующего квадранта корреляционной плоскости.

В выражении (9) знак Δ₁ соответствует координате η, а знак Δ₂ - координате ξ.

Выражение (9) справедливо в случае, если центр вращения ЭИ и центр тяжести изображения совмещены с оптической осью коррелятора, а разворот ЭИ не превышает угол π/2. При развороте ЭИ на угол больше, чем π/2, знаки уже будут:

Как видно из сопоставления выражений (9), (10) при развороте ЭИ на угол, превышающий π/2, в определении линейных координат возникают ошибки

Выражение (11) следует понимать так: величина ошибки по координате ξ соответствует значению смещения Δη по координате η, а величина ошибки по координате η - значению смещения Δξ по координате ξ.

Для устранения ошибок δξ_α; δη_α. необходимо, используя априорную информацию о развороте ЭИ относительно корреляционной плоскости, подключать сигналы Z₁÷Z₄, снимаемые с выхода фотоприемника, к соответствующим входам блока оценки линейных координат.

При распознавании цвета элементов территории определяется цвет зоны, «окрашенной» в какой-либо тон или спектр, на основе следующего правила:

где Ц_к, Ц_з, Ц_с, Ц_п, Ц_ж, Ц_г, Ц_б - соответственно уровни красного, зеленого, синего,

пурпурного, желтого, голубого, белого цветов,

J_R, J_G, J_B - соответственно ВКФ, характеризующие красный, зеленый и синий цвета. Таким образом, по сочетанию ВКФ J_R, J_G, J_B можно определить любой цвет зоны

исследуемой поверхности.

Слагаемые ВКФ описываются следующими выражениями:

где - функция описывающая цветное ТИ (в системе координат X₁, O₁, Y₁);

- функции, описывающие ЭИ (в системах координат , , ), пропускающие соответственно красную R, зеленную G и синюю В компоненту цвета;

K - коэффициент пропорциональности.

Геометрические характеристики зон исследуемой поверхности определяются следующими известными выражениями.

где X_C, Y_C - координаты центра «тяжести» структурного элемента зоны изображения;

ΔM_KX, ΔM_KY - элементарные моменты по направлению соответствующих осей;

N_к - число точек (пиксел) в контуре;

i - номер контура;

S_СЭ - площадь структурного элемента зоны изображения, ограниченного контуром;

K_Ф - коэффициент формы;

P - периметр контура;

П_i - перегиб контура;

Nп - число перегибов контура;

j - номер перегиба i-ого контура.

Площадь S_СЭ и периметр Р структурного элемента определяются при обходе контура зоны. После получения необходимой информации происходит сопоставление текущей и эталонной информации (изображений) в соответствии с выражением (1):

где , , , , , - матрицы информативных признаков (параметров) текущих изображений, формируемых в данный момент времени радиолокационным, инфракрасным, телевизионным, астрономическим, спутниковым и топографическим картографическим указателями истинного курса, соответственно;

- матрицы информативных признаков (параметров) эталонных изображений (запоминаемых заранее), формируемых радиолокационным, инфракрасным, телевизионным, астрономическим, спутниковым и топографическим картографическим указателями заданного курса, соответственно.

Эти матрицы могут формироваться в виде снимков (фотографий) и математических моделей территорий.

Устройство работает в двух режимах: подготовка эталона и измерение (определение координат). В режиме подготовки эталона формируется эталонное изображение (ЭИ), характеризующее требуемое положение ОУ 1 и обеспечивающее заданное решение навигационной задачи. Для этого подключаются с помощью БПДИ 9 по сигналу от синхронизатора 12 все датчики изображений ИДИ 2, БА 3, РКУИК 4, ОТДИ 5, БСНС 6 и БПИТК 8, считываются изображения, обрабатываются изображения ИБОИ 10 и записываются в ОКУЗК 16, который является блоком записи (хранения) ЭИ. На этом режим работы устройства «подготовка эталона» заканчивается.

В режиме «измерение (определение координат)» устройство работает следующим образом. По сигналу от синхронизатора 12 включаются БКЭОИ 17, СПБУ 11, ИНС 7, ИБОИ 10 и БПДИ 9, который подключает датчики изображений ИДИ 2, БА 3, РКУИК 4, ОТДИ 5, БСНС 6 и БПИТК 8. Дополнительный инфракрасный датчик изображений ИДИ 2 воспринимает тепловое изображение поверхности Земли, а дополнительный телевизионный картографический указатель истинного курса ОТДИ 5 - цветные изображения поверхности Земли. Дополнительный блок астродатчиков БА 3 формирует оптико-телевизионное изображение карты Звездного неба или карты радиополя Звездного неба. РКУИК 4 считывает радиолокационное изображение (РЛИ) поверхности Земли. БСНС 6 воспринимает сигналы с навигационных спутников и определяет предварительные (грубые) координаты объекта управления ОУ 1, пропорциональные сигналы которых поступают в СПБУ 11. Кроме этого, сигналы с БСНС 6 направляются через БПДИ 9 в интеллектуальный блок обработки изображений ИБОИ 10. Блок БПИТК 8 синтезирует ТИ, используя предварительные навигационные координаты объекта управления ОУ 1, полученные с ИНС 7 и БСНС 6. Все сигналы, описывающие текущие изображения, полученные ИДИ 2, БА 3, РКУИК 4, ОТДИ 5, ДСНС 6 и БПИТК 8, поступают через БПДИ 9 и адаптивный нейросетевой фильтр подавления помех АНФПП 18 (вариант исполнения АНФПП 18 представлен на фиг.4) в интеллектуальный блок обработки изображений ИБОИ 10, который выполняет следующие операции: преобразование ТИ в контурные или точечные изображения, выделение электронным способом информативной части (частей) ТИ, преобразование ТИ по заданному закону, фильтрацию ТИ от несовпадающих частей (помех). Таким образом, ИБОИ 10 подает на БНРИ 19, БДФКУИК 14, БДФОКУЗК 15 или ОКУЗК 16 полное (не преобразованное) изображение (вариант исполнения ИБОИ 10 представлен на фиг.2). После этого включается блок нейросетевого распознавания изображений БНРИ 19, который сравнивает (распознает) изображения территории (вариант исполнения представлен на фиг.5, 6). После этого БУФ 13 включает БДФКУИК 14 и БДФОКУЗК 15, которые оптически устраняют дополнительные несовпадающие части изображений на ОКУЗК 16 и картографического указателя истинного курса, поступающего с ИБОИ 10. Далее БКЭОИ 17 определяет координаты (ξ, η) объекта следующим образом:

где , - фильтры, представляющие собой маску с прозрачной областью, равной размеру кадров КУИК и ОКУЗК;

- фильтр, выполненный в виде маски, в которой изображения элементов прозрачны, по форме и расположению идентичны ЭИ, а границы элементов изображения на маске расширены по сравнению с ЭИ на величину, равную суммарной ошибке работы предлагаемого устройства;

Z₃(ξ',η') - фильтр, представляет собой диафрагму.

Причем фильтры , обеспечивают фильтрацию помех основного картографического указателя заданного курса 16, а фильтр Z₃(ξ',η') - фильтрацию побочных максимумов взаимно-корреляционной функции. Сигналы, пропорциональные величинам ξ', η', поступают от БКЭОИ 17 на структурно-перестраиваемый блок управления 11, который использует информацию с БСНС 6, ИНС 7 и БПИТК 8, управляет движением объекта управления 1. При изменении оперативной задачи на СПБУ 11 поступают соответствующие сигналы управления от задатчика управления. Информация с CПБУ 11 поступает также на БПИТК 8.

На этом один цикл работы устройства заканчивается. Следующий цикл начинается снова по сигналу от синхронизатора 12.

На фиг.2 представлена структурная схема интеллектуального блока обработки изображений 10. ИБОИ 10 состоит из следующих блоков:

20 - блок выделения контуров (БВК);

21 - блок формирования точек (БФТ);

22 - блок инвертирования (БИ);

23 - блок перевычисления в другие системы координат (БПДСК);

24 - блок выделения постоянно наблюдаемых частей изображения (БВПНЧИ);

25 - блок фильтрации несовпадающих частей изображения (БФНЧИ);

26 - блок формирования микроплана (БФМ);

27 - блок формирования развертки контура (БФРК);

28 - блок вычисления координат центра «тяжести» изображения (БВКЦТИ);

ИБОИ 10 работает следующим образом.

Во время функционирования ИБОБ 10 реализуются алгоритмы сегментации и кодирования изображения. Сегментацией называют процесс разбиения изображения рабочей сцены на составные части: объекты, их фрагменты или характерные особенности. Под кодированием понимают сжатие видеоинформации для хранения в памяти ИБОИ [3]. На этом этапе возможны следующие режимы работы ИБОИ:

1-й режим - без преобразования изображения - использование обычных (полных) изображений;

2-й режим - преобразование полных изображений в контурные (формирование контуров элементов изображения или формирование развертки контуров изображений);

3-й режим - преобразование полных изображений в точечные (например, путем формирования точек изображения в местах перегиба контура, путем вычисления координат центра тяжести части или всего изображения);

4-й режим - выделение информативной части (частей) изображения (инвертирование, выделение постоянно-наблюдаемых частей - селекция элементов изображения);

5-й режим - преобразование изображения по заданному закону (перевычисление в другие системы координат);

6-й режим - фильтрация изображений от несовпадающих частей (экстраполяция смещения изображения, использование режима микроплана изображения применение адаптивной нейросетевой фильтрации).

Выбор режима работы ИБОИ основывается на некоторых характеристиках изображения и ВКФ. При этом используются геометрические характеристики элементов полных изображений (S_GT - площадь объекта, l - длина (или ширина) объекта, S_mu -изображение, характеризующее площадь объекта и помехи и кадра (экрана) датчика изображения (S_Э - площадь, l_Э - диаметр (ширина и высота)). Для изменения режима работы ИБОИ (то есть датчика изображения) используются следующие отношения:

Соотношения (17), легко реализуемые программно или аппаратно, следует использовать в качестве критериев для переключения некоторых режимов работы интеллектуального блока обработки изображений 10. При этом переход на другой режим необходимо осуществлять, если соблюдается одно (или несколько) из условий:

где K*_s, K*_е, K*_s, ΔS* - критические (предельные) значения соответствующих величин K_s, K_e, K'_s, ΔS, превышение которых обусловит сбой в работе БКЭОИ 17 (величины K_s, K_e, K*_s, K*_е получены экспериментально).

Ясно, что K_s, K_e следует использовать при отсутствии помех на ТИ, а K'_s, ΔS - при наличии помех на ТИ. Возможны также ситуации, когда режимами работы ИБОИ 10 нужно управлять, используя два критерия: один - при отсутствии помех, другой - при их наличии. Таким образом, по величинам K_s, K_e, K'_s, ΔS принимается решение о выборе какого-либо режима работы ИБОИ 10.

Дадим схему выбора основных режимов (решающее правило РП) работы ИБОИ 10:

1-й режим используется при K_s≤K*_s, K_e≤K*_е, K'_s≤K'*_s, ΔS≤ΔS*;

2-й режим применяется при K_s>K*_s, K_e>K*_е, K'_s≤K'*_s, ΔS≤ΔS*, при этом помехи не должны искажать контур объекта;

3-й режим используется при K_s>K*_s, K_e>K*_е, K'_s>K'*_s, ΔS>ΔS*;

4-й режим применяется в случае, когда использование предыдущих режимов не дает положительного эффекта, в частности, если элементы ТИ флуктуируют по яркости свечения и координатам, а информативная часть ТИ не воспринимается датчиком ТИ;

5-й режим применяется в случае, если необходимо обеспечить оценку угловой координаты с высокой точностью, не используя при этом вращения ЭИ;

6-й режим используется, если K_s>K*_s, ΔS>ΔS*. Критические значения K*_s, K*_e, K*_s, ΔS выбираются на основе предварительных исследований с учетом желаемых точностных характеристик предлагаемого устройства.

Информация от ИБОИ 10 поступает на БПДИ 9, который определяет адаптивный коэффициент K_a, используя выражение (17), (18) и решающее правило РП. По этому коэффициенту K_a выбирается структура сравниваемых изображений и тип используемого датчика изображения.

На фиг.3 представлена структурная схема блока корреляционно-экстремальной обработки информации 17.

БКЭОИ 17 состоит из следующих блоков:

29 - формирователь корреляционной функции (КФ);

30 - анализатор КФ;

31 - классический корреляционный вычислитель (KB);

32 - КВ с фильтрацией;

33 - КВ с совмещением ТИ и ЭИ по углу (КВСТИЭИУ);

34 - КВ без совмещения ТИ и ЭИ по углу (КВБСТИЭИУ);

35 - безэталонный (динамический) KB (БДКВ);

36 - KB с заданным расположением слагаемых ВКФ (КВЗРСВКФ);

37 - KB с разложением цвета (КВРЦ);

38 - классический корреляционный анализатор (КА);

39 - КА с коррекцией координат (КАКК);

40 - дифференцированный КА (ДКА);

41 - разностный КА (РКА);

42 - спектральный КА;

43 - структурный КА;

44 - квадратичный КА (ККА);

45 - стереоскопический КА;

46 - линейный КА (ЛКА);

47 - КА с экстраполяцией (КАЭ);

48 - адаптивный КА;

49 - амплитудный КА.

БКЭОИ 17 работает следующим образом. Формирователь корреляционных функций (КФ) реализует следующие способы формирования КФ. Наиболее прост классический корреляционный анализатор (КА) 38, вычисляющий ВКФ или интеграл свертки. КА в классическом варианте требует значительных вычислительных мощностей для осуществления операций умножения и интегрирования при всех сдвигах и разворотах ТИ и эталонного изображения (ЭИ). КА с фильтрацией 32 обеспечивает фильтрацию (пространственную или иную) от помех ТИ, ЭИ и ВКФ. КА с совмещением ТИ и ЭИ по углу 33 по сравнению с КА без углового совмещения изображений 34 допускает разворот ТИ на любой угол и требует кругового вращения ЭИ по углу относительно ТИ. Безэталонный KB 35 синтезирует ВКФ с помощью последовательной перезаписи ТИ и ЭИ и основан на использовании динамического коррелятора [5]. КА, формирующий слагаемые ВКФ по заданному закону 36, характеризуется конструкцией коррелятора и определенным расположением элементов ТИ и ЭИ. KB с разложением на цвета 37 обеспечивает формирование ВКФ, соответствующих слагаемым цвета изображений. Применение конкретного формирователя КФ обуславливается задачей, выполняемой БКЭОИ и следовательно предлагаемым устройством. Анализатор КФ 30 работает следующим образом. Амплитудный КА 49 необходимую информацию извлекает на основе оценки амплитуды главного максимума ВКФ. Это самый простой КА. Более высокие точностные характеристики по сравнению с амплитудным КА 49 обеспечивает модифицированное амплитудное корреляционное вычисление, в котором необходимая информация извлекается на основе анализа параметров (ширина, крутизна) ВКФ. КА с коррекцией координат 39 допускает непрерывное вращение ЭИ при угловом совмещении изображений. При этом полученная грубая оценка координат уточняется. В дифференциальном КА 40 также осуществляется угловое вращение ЭИ и коррекция координат путем коммутации соответствующих квадрантов фотоприемника анализатора КФ 30. Разностный КА 41, основанный на поэлементном вьяислении разностей интенсивности ТИ и ЭИ, по объему вычислений имеет преимущество перед классическим КА 38, требующим проведения операции умножения. Спектральный КА 42, определяющий угловую координату, основан на Фурье-преобразовании и вычисляет различие спектров ТИ и дискретно развернутых ЭИ. Структурный (синтаксический или лингвистический) КА 43 базируется на трех процедурах: выделение контуров ТИ, выделение дескрипторов (линий определенной формы, сегментов) и описание их параметров, синтаксический анализ с использованием грамматики (классификация). При реализации алгоритма КА 43 производится сравнение признаков, а не полных изображений. Это значительно снижает необходимый объем памяти предлагаемого устройства и уменьшает объем вычислительных операций.

Квадратичный КА 44 реализуется путем возведения в квадрат корреляционной функции, за счет чего увеличивается разница между главным и побочным (побочными) максимумами. Это значительно повышает помехоустойчивость предлагаемого устройства.

Стереоскопический и линейный модифицированные КА 45, 46 предназначены для сравнения трехмерных изображений (т.е. анализа трехмерных сцен). При этом стереоскопический КА 45 основан на корреляционной оценке параллакса, а линейный модифицированный - на корреляционном сравнении совокупности плоских (двухмерных) изображений территории в рабочей зоне.

КА с экстраполяцией 47 осуществляет фильтрацию ТИ и ЭИ путем прогнозирования смещения ТИ. Однако такой КА 47 требует априорной информации о смещении объекта в рабочей зоне.

Адаптивный КА 48 синтезирован на основе вышеописанных КА и осуществляет подстройку параметров предлагаемого устройства (например, выделение информативных признаков ТИ, регулирование чувствительности анализатора КФ, фильтрацию ТИ, ЭИ и ВКФ и др.) при наличии помех на сравниваемых изображениях и изменении ситуации в рабочей зоне. Выбор конкретного алгоритма определяется задачей, выполняемой устройством.

На фиг.4 представлена структурная схема адаптивного нейросетевого фильтра подавления помех (АНФПП) 18.

АНФПП решает задачу выделения полезного сигнала, искаженного широкополосной помехой, с помощью нейросети, которая выступает здесь фильтром, подавляющим широкополосную помеху (шум). Рассмотрим случай, когда полезный сигнал искажается широкополосной помехой, при этом не имеется внешнего эталонного сигнала, содержащего сам полезный сигнал. В общем случае для уменьшения или исключения такого вида помехи нельзя применять адаптивное устройство подавления помехи. Однако при получении эталонного сигнала непосредственно из входного сигнала через заданную задержку, как показано на фиг.4, можно подавить широкополосную помеху.

АНФПП состоит из следующих элементов:

50, 51-сумматоры;

52 - линия задержки;

53 - фильтр.

На фиг.4 через m[k]=m(t_k), t_k=k*dt обозначен полезный гармонический сигнал. Через v[k]=v(t_k) обозначена широкополосная помеха. Входной сигнал обозначен через x[k]=x(t_k), (x[k]=m[k]+v[k]), а эталонный сигнал обозначен через x[k-dh]=x(tk-dh). Через y[k]=y(t_k), обозначен сигнал на выходе фильтра,