Для авторов
Найти
Результаты поиска
Найдено результатов: 8.
-
ВИЗУАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ БЕСПИЛОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЕМАНТИЧЕСКИХ ОПИСАНИЙ МЕСТНОСТИ
Н.В. Ким , Н. В. Удалова , Н. Е. Бодунков , Д.С. Гиренко , Н.А. Ляпин2025-04-27Аннотация ▼Рассматривается задача визуальной навигации беспилотных летательных аппаратов
(БЛА), которая заключается в автоматическом определении текущего положения БЛА (коорди-
нат в земной (местной) системе координат), на основе сравнения и идентификации описаний при-
нимаемых на борту текущих изображений (ТИ) подстилающей поверхности и эталонных описаний, хранящихся в виде цифровой карты местности в памяти бортового вычислителя БЛА. Целью
работы является повышение эффективности применения методов визуальной навигации, с точки
зрения повышения вычислительной производительности, устойчивости и точности алгоритмов
идентификации изображений в сложных и изменяемых условиях наблюдения, за счет использова-
ния семантических описаний наблюдаемых сцен. В данной работе под семантическими описания-
ми будем понимать описания, включающие классы наблюдаемых на сцене объектов, атрибуты
этих объектов и отношениями между ними. Подготовка семантических описаний карты произ-
водится на этапе предполетной подготовки БЛА с помощью предварительно обученных нейрон-
ных сетей семантической сегментации. Семантические описания принимаемых ТИ формируются
на борту БЛА. При этом использование нейросетевых алгоритмов позволяет реализовать этот
процесс в реальном времени для широкого спектра условий наблюдений (различного времени суток
и года). Использование семантических описаний карты и ТИ позволяет сократить вычисления по
сравнению с традиционным попиксельным сопоставлением растровых изображений. Семантиче-
ские описания сравниваются путем сопоставления классов объектов, их атрибутов и отношений.
В работе приведены: общий алгоритм визуальной навигации, основные этапы методики формиро-
вания семантических описаний и алгоритм сравнения и идентификации семантических описаний
ТИ и описаний карты. Предложен иерархический алгоритм сравнения и идентификации изобра-
жений, основанный на последовательном применении семантических, и растровых описаний на-
блюдаемых сцен. Показано, что использование процедуры сравнения семантических описаний ТИ и
карты по присутствующим классам объектов позволяет существенно совратить вычисления,
необходимые для идентификации изображений -
МЕТОД ОЦЕНКИ КООРДИНАТ БЛА ПО ИЗМЕРЕННЫМ ЛОКАЛЬНЫМ РАССТОЯНИЯМ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ ГРУППЫ
В. А. Костюков , Е.Ю. Косенко , М. Ю. Медведев , В.Х. Пшихопов , М. В. Мамченко2021-04-04Аннотация ▼В связи с развитием средств мобильной робототехники проблема корректного реше-
ния навигационных задач является одной из первостепенных, наряду с проблемами авто-
матического управления и обеспечения информационного канала связи заданных надежно-
сти, быстродействия и пропускной способности. Для осуществления навигации беспилот-
ный летательный аппарат (БЛА) может использовать собственную инерциальную нави-
гационную систему (ИНС), а также систему спутниковой навигации (СНС). Целью данной
статьи является разработка метода уменьшения погрешностей работы инерциальной
навигационной системы БЛА, вызванных наличием случайной и систематической погреш-
ностей. При этом рассматривается случай монотонного возрастания систематической
погрешности со временем. Навигационные данные, полученные со спутника, как правило, не
содержат значительной систематической погрешности определения координат. Однако
спутниковый сигнал может пропадать на время, значительно большее периода трансля-
ции со спутника навигационных данных в обычном режиме. В следствие этого возникает
проблема увеличения точности данных, получаемых от инерциальной навигационной сис-
темы. Данная проблема особенной актуальная при групповом использовании БЛА. При ре-
шении задач группового управления возникает необходимость предотвращать столкнове-
ния аппаратов и возможные коллизии уже на стадии планирования движения. Кроме того,
для решения целого ряда групповых задач, таких как мониторинг местности, проведение
спасательных операций, поиск объектов на заданной территории, совместное транспор-
тирование груза, отдельные объекты группы должны слаженно перемещаться в про-
странстве с большой точностью. Это накладывает еще более жесткие ограничения по
точности отработки ИНС и частоте информационного обмена по СНС. В настоящей
статье предлагается метод, позволяющий по данным, полученным от локальных систем,
осуществляющих измерение взаимных расстояний между объектами группы, скорректи-
ровать оценки собственных координат таким образом, чтобы в результате уменьшить
среднеквадратическое отклонение скорректированного набора точек от истинных поло-
жений объектов в данный момент времени. Также метод позволяет уменьшить макси-
мальное значение соответствующего отклонения по сравнению с исходным набором оце-
нок, полученных из навигационных данных ИНС. Метод демонстрируется на примере по-
вышения точности определения глобальных координат в группе БЛА. -
СОПОСТАВЛЕНИЕ СПАЙКОВЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ДЛЯ ЛОКАЛИЗАЦИИ И НАВИГАЦИИ В КАРТЕ КЛЮЧЕВЫХ КАДРОВ
И.С. Фомин , В.Д. Матвеев , А.Е. Архипов273-2842025-10-01Аннотация ▼Задача навигации мобильной робототехнической платформы в известном окружении достаточно давно и качественно решается с использованием плоской карты, которая строится с использованием лидара. Тем не менее, регулярно возникают ситуации, когда платформа по тем или иным причинам не оснащена лидаром или иными активными средствами навигации. При этом на платформе обычно установлена камера, предназначенная для визуального контроля обстановки оператором, которая также может быть использована для навигации при перемещении робота в известной среде. Хорошо известны примеры алгоритмов навигации, основанных на использовании последовательности ключевых кадров, например, визуальный SLAM. При этом в качестве ключевых кадров рассматриваются различные варианты видеоизображений (размытые, маскированные и т.д.). В данной работе в качестве базы для навигации рассматривается когнитивная (не-метрическая, непространственная) карта ключевых кадров, представляющих собой спайковое представление наблюдаемых изображений. В работе проанализирована возможность использования разработанных в ЦНИИ РТК нейроморфных информационно-управляющих элементов для выполнения процедуры сопоставления текущего спайкового изображения со спайковыми изображениями ключевой последовательности. Показано, что путем такого сопоставления может быть определен ближайший к текущему ключевой кадр, а также могут быть подобраны параметры сдвига спайковых представлений, что для когнитивной карты является аналогом локализации и навигации. Приведено описание программного средства эмуляции построения карты и перемещения в ней для экспериментальной отработки предложенных алгоритмов. Выполнен сбор данных и экспериментальное исследование качества работы алгоритмов локализации и навигации. Для чего собрано несколько карт ключевых кадров с различным характером перемещения между кадрами. При определении положения кадра в карте получено качество от 70 до 98 %, при определении направления смещения между кадрами точность составила от 94 до 97 %. Полученные результаты оценены как достаточные для решения поставленных перед алгоритмом задач
-
КОМПЛЕКСНЫЙ ПОДХОД К ВИЗУАЛЬНОЙ НАВИГАЦИИ ПО ЕСТЕСТВЕННЫМ ОРИЕНТИРАМ ДЛЯ БПЛА, РАБОТАЮЩИХ В УСЛОВИЯХ НЕДОСТУПНОСТИ ГНСС
С. В. Кулешов , А. В. Кваснов , А. А. Зайцева , А.Л. Ронжин2025-04-27Аннотация ▼Целью исследования является обеспечение возможности навигации БПЛА при невозможно-
сти применения спутниковых средств глобального позиционировании с использованием ГНСС в
условиях РЭБ. Для достижения поставленной цели предлагается комплексный подход к обеспече-
нию навигации БПЛА по визуальным ориентирам с использованием систем технического зрения.
Предлагается синтез изображений подстилающей поверхности за счет комплексирования данных
сенсоров, повышающий качество позиционирования БПЛА при условии отсутствия спутниковых
навигационных систем. Показано, что при совмещении изображений дистанционного зондирова-
ния, имеющих различную природу происхождения и изменяющиеся внешние условия эксплуатации
(день-ночь, зима-лето и т.д.), важно наиболее полно локализовать объекты подстилающей по-
верхности. В системе технического зрения для визуальной навигации БПЛА по естественным ори-
ентирам предложен метод электромеханической развертки изображения, позволяющий увели-
чить поле зрения камеры произвольного диапазона. Проведено моделирование характеристик сис-
темы технического зрения с электромеханической разверткой для определения границ применимо-
сти к задаче визуальной навигации. Показано, что наиболее значимым параметром точности
позиционирования является высота съемки подстилающей поверхности, которая квазилинейна
при условии фиксированного угла наклона камеры, а для качественного позиционирования наилуч-
шим вариантом является фронтальное положение камеры в точке надира. Предложенный подход
позволяет создавать виртуальные 3D-модели подстилающей поверхности, тем самым увеличивая
возможности по более точному распознаванию объектов на основе масштаба и размеров сегмен-
тируемых областей. Измерение угла места камеры может быть использовано для обнаружения и
распознавания естественных ориентиров, которые могут быть заранее определены (точки пере-
сечения дорог, здания или сооружения, объекты коммуникаций и т.д.). С другой стороны, фрон-
тальное положение камеры с нулевым углом места выгодно для сверки маршрута полета, пози-
ционируя положение БПЛА относительно опорного ориентира. Это обусловлено тем, что с ши-
роким использованием программного обеспечения, основанного на математических моделях, тех-
нологию фотограмметрической линейки стало целесообразно применять для количественного
измерения планов местности и карт. -
ОНТОЛОГИЧЕСКИЙ ПОДХОД В СОЗДАНИИ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ С ПОВЫШЕННОЙ СТЕПЕНЬЮ АВТОНОМНОСТИ
С. М. Соколов42-592022-04-20Аннотация ▼Рассматриваются аспекты, необходимые для воплощения робототехнических ком-
плексов с повышенной степенью автономности (РТК с ПСА) в практическую работу. Указы-
ваются отличительные особенности таких комплексов, потребности соответствующих
интеллектуальных информационно управляющих систем (ИИУС). Выделяется требование
ситуационной осведомлённости и, как следствие, необходимость разнообразной системы
представления знаний, средств восприятия внешней среды и сопоставления оперативной
информации с моделями и априорной информацией об этой среде. Кроме того, указывается
на необходимость автоматизации процессов создания РТК с ПСА, доступности, упрощения
их использования. С целью ответа на поставленные вопросы в работе предлагается использовать концепцию и механизмы онтологий применительно к автономной робототехнике.
Приводятся примеры уже имеющихся решений в этой области. В робототехнике онтологии
используются для определения и концептуализации знаний, принятых сообществом, с исполь-
зованием формального описания, которое является машиночитаемым, доступным для со-
вместного использования и содержит гибкость для обоснования этих знаний, чтобы вывес-
ти дополнительную информацию. Онтологии представляют значительный интерес для
мультиагентных систем для организации взаимодействия между агентами и с другими сис-
темами в гетерогенных средах, возможности повторного использования и поддержки разра-
ботки новых РТК. Описывается предлагаемое автором построение онтологии в такой при-
кладной области как информационное обеспечение целенаправленных перемещений автоном-
ных наземных средств на основе систем технического зрения. Всё рассмотрение ведётся в
конфигурационном пространстве информационно-управляющих систем РТК с ПСА.
Это пространство позволяет агрегировать большое количество разнообразных технологий,
используемых при построении РТК. Воплощению конкретной системы соответствует
«точка сборки». Согласование форм представления знаний в ИИУС обеспечивается последо-
вательным рассмотрением плоскостей в этом пространстве. В качестве связующего звена –
средства для автоматизированного перевода описаний дескриптивных онтологий в описания
функциональных, машиночитаемых онтологий предлагается использование языка информа-
ционно-двигательных действий и команд интерпретирующей навигации. В заключении рас-
сматриваются ближайшие перспективы развития описанного подхода, высказываются по-
желания/предложения к отечественному сообществу робототехников. -
ДЕТЕКТИРОВАНИE ВЫБРОСОВ В МЕТОДЕ ПРЯМОЙ СТЕРЕО-ВИЗУАЛЬНОЙ ОДОМЕТРИИ НА БАЗЕ ИЕРАРХИЧЕСКОЙ КЛАСТЕРИЗАЦИИ
П. А. Пантелюк2021-07-18Аннотация ▼Представляется подход к стерео-визуальной одометрии без явного вычисления оп-
тического потока. Визуальная одометрия – метод получения навигационной информации
путем обработки последовательности кадров с бортовых камер. Существует два подхода
к обработке видеоинформации – используя хорошо локализуемые участки изображения –
признаковые точки и используя все высококонтрастные пиксели – прямой метод. Прямой
метод работает, используя интенсивности всех высококонтрастных пикселей изображе-
ния, что позволяет снизить вычислительную сложность, затраченную на поиск, описание,
сопоставление признаковых точек и повысить точность оценки движения. Однако мето-
ды подобного класса обладают недостатком – наличие движущихся объектов в кадре су-
щественно снижают точность оценки параметров движения. Для избегания этого приме-
няются методы детектирования выбросов. Классические методы детектирования выбро-
сов во входных данных, такие как RANSAC плохо применимы, и имеют высокие вычисли-
тельны затраты из-за вычислительно сложной функции рейтингования гипотез. Целью
данной работы является описание и демонстрация подхода детектирования выбросов на
базе алгоритма иерархической кластеризации, который выделяет статистически наибо-
лее вероятное решение, минуя этап рейтингования каждой гипотезы, что значительно
снижает вычислительную сложность. Для иерархической кластеризации предлагается
мера расстояния между гипотезами с низкой чувствительностью к ошибкам оценки пара-
метров движения. Также предлагается расширение алгоритма стерео-визуальной одо-
метрии для работы в более сложных условиях видимости благодаря переходу от интен-
сивностного представления изображения к многоканальному бинарному. Перевод изобра-
жения к многоканальному бинарному представлению дает инвариантность к изменениям
яркости изображения, однако, требует модификации алгоритмов нелинейной оптимиза-
ции для работы с бинарными дескрипторами. В результате работы показано, что пред-
ложенный алгоритм детектирования выбросов способен работать в реальном масштабе
времени на мобильных устройствах, и может служить менее ресурсоёмкой заменой алго-
ритма RANSAC в задачах визуальной одометрии и выселения оптического потока. Качест-
венные метрики предложенного решения демонстрируются на датасете KITTI. Приведе-
ны зависимости качества работы алгоритма от параметров алгоритма. -
ОРГАНИЗАЦИЯ ЦЕЛЕНАПРАВЛЕННЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ПОДВИЖНЫХ СРЕДСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗРИТЕЛЬНЫХ ОРИЕНТИРОВ
С. М. Соколов , Н.Д. Беклемишев , А. А. Богуславский2021-04-04Аннотация ▼Рассматривается решение навигационной задачи с помощью системы технического
зрения, определяющей положение подвижного средства относительно ориентиров, ука-
занных в окружающем пространстве. Навигация по ориентирам является наиболее объек-
тивным критерием расположения подвижного средства в окружающем пространстве.
Способ измерения параметров соотношений, характеризующих расположение подвижного
средства относительно ориентиров, является почти независимым от других навигацион-
ных измерений. Ввод данных для корректировки координат и других параметров движения
может производится не непрерывно, а в некоторые дискретные, и, в общем случае, до-
вольно редкие моменты времени. Рассматривается общая схема решения: от постановки,
до получения навигационной информации. Кратко описывается комплексирование получен-
ных данных с данными от других навигационных средств, анализируются ключевые про-
блемы и параметры СТЗ, влияющие на точность получаемых результатов. Ключевым мо-
ментом в рассматриваемом способе является решение системы уравнений, описывающих
положение робототехнических комплексов относительно указанных ориентиров. Эта
система решается модифицированным методом Гаусса-Ньютона для нелинейной переопределенной системы уравнений. Заменой левой части каждого уравнения ее дифференциа-
лом в точке начального приближения осуществляется линеаризация. Значения неизвестных
в переопределенной системе линейных уравнений, при которых сумма квадратов невязок в
уравнениях является минимальной, могут быть получены либо методом SVD (сингулярного
разложения), либо с помощью симметризации системы. При этом SVD более устойчив к
накоплению вычислительной погрешности, но несколько более требователен к ресурсам
компьютера и сложнее в реализации. Мы использовали решение методом симметризации
как более простое. Полученная система решается методом квадратного корня (Холецко-
го). Для обнаружения ориентиров в составе СТЗ используются два вида модулей СТЗ –
панорамный, на основе камеры с объективом типа «рыбий глаз» и стерео. Предложенный
способ позволяет решать задачу уточнения параметров движения по отдельным, разре-
женным измерениям собственного положения и скорости относительно ориентиров в
окружающем пространстве. Независимо и в комплексе с другими средствами навигации
описанный подход обеспечивает высокоточное определение навигационных параметров в
различных условиях движения. Описываются результаты натурных экспериментов с ма-
кетом предложенной системы при движении в различных условиях. Обсуждаются пути
совершенствования и развития рассмотренного подхода. -
ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ НАВИГАЦИИ БЕСПИЛОТНЫХ ГИДРОСАМОЛЕТОВ НА АКВАТОРИИ ГИДРОАЭРОДРОМА
Е. В. Волощенко , В.Ю. Волощенко2021-02-13Аннотация ▼Рассмотрены вопросы разработки технологий комплексной высокоточной навигации
беспилотных гидросамолетов (БГС) для обеспечения как местоопределения, так и провод-
ки в надводном положении в условиях ограниченной атмосферной видимости (низкая об-
лачность, маскирующее действие гидрометеоров, ночное время и т.д.) на акватории гид-
роаэродрома с помощью гидроакустического канала дистанционного управления, функцио-
нирующего за счет использования донной сетевой структуры из оригинальных приемоизлу-
чающих антенных устройств (ПАУ) Каждое отдельное ПАУ предложено использовать в
качестве «всенаправленного» в верхней полусфере гидроакустического донного маяка, со-
стоящего из m электроакустических преобразователей (ЭАП), каждый из которых функ-
ционирует в режиме излучающей параметрической антенны. Статически сформирован-
ные «парциальные» лепестки результирующей ХН ПАУ равномерно квантованы по m те-
лесным секторам в полусфере, причем, за счет использования эффектов нелинейной аку-
стики возможна индивидуальная «частотная окраска» каждого из m телесных секторов.
В результате на границе раздела «вода – воздух» заданного участка акватории можно
сформировать индивидуальное распределение «частотно-окрашенных пятен» локального
ультразвукового облучения, причем, как сплошное, так и дискретное, последнее и можно
рассматривать как отдельные точки необходимой траектории движения БГС, радио-
электронное оборудование которого отслеживает расположенный впереди по курсу «аку-
стически обозначенный» участок необходимого направления проводки.
1 - 8 из 8 результатов
