Том 38, номер 01, статья № 2

Аннотация:

В неоднородных средах распространения оптического излучения дальность обнаружения объектов телевизионными измерительными системами снижается в результате влияния помехи обратного рассеяния (ПОР). Активно-импульсные телевизионные измерительные системы (АИ ТИС) позволяют подавить значительную часть ПОР, однако остаточное влияние на точность измерения дальности требует оценки. В качестве исходного материала взяты 30 видеозаписей, полученных в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН для двух многозонных методов измерения дальности и пяти метеорологических сред распространения оптического излучения. Проведена оценка влияния ПОР на формы измерительных функций АИ ТИС по дальности. Созданы методы восстановления формы измерительных функций по дальности при работе АИ ТИС в мутных средах. Для минимизации влияния ПОР предложены методы вычисления и вычитания коэффициентов, а также удаления постоянной составляющей спектра. Методы апробированы на экспериментальных видеозаписях. Лучший результат был достигнут при использовании метода вычисления и вычитания коэффициентов для видеозаписей при работе АИ ТИС в режиме многозонного метода измерения дальности, в среднем среднеквадратическое отклонение было уменьшено в 4,5 раза. Результаты работы могут быть использованы для повышения эффективности навигации автономных мобильных роботов в сложных метеорологических условиях (туман, дым и т.д.) и под водой.

Ключевые слова:

неоднородные среды, оптическое излучение, телевизионная измерительная система, карта глубин, измерительная функция, помеха обратного рассеяния

Список литературы:

1. Лебедько Е.Г. Системы импульсной оптической локации. СПб.: Лань, 2014. 368 с.
2. Алантьев Д.В., Борзов С.М., Козик В.И., Потатуркин О.И., Узилов С.Б., Яминов К.Р. Экспериментальное исследование метода лазерной импульсной локации для обнаружения световозвращающих объектов // Автометрия. 2021. Т. 57, № 1. C. 103–111. DOI: 10.15372/AUT20210111.
3. Голицын А.В. Повышение эффективности лазерного локатора оптических систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2009. Т. 52, № 6. С. 18–21.
4. Авдоченко Б.И., Зайцева Е.В., Кирпиченко Ю.Р., Курячий М.И., Пустынский И.Н. Коррекция искажений видеосигнала в активно-импульсных телевизионных системах // Докл. ТУСУР. 2015. Т. 36, № 2. С. 19–24.
5. Мищенко Н.И. Трехмерные активно-импульсные системы наблюдения и измерения параметров объектов // Докл. ТУСУР. 2017. Т. 20, № 3. С. 119–123. DOI: 10.21293/1818-04422017-20-3-119-123.
6. Göhler B., Lutzmann P. Review on short-wavelength infrared laser gated-viewing at Fraunhofer IOSB // Opt. Eng. 2017. V. 56, N 3. P. 031203. DOI: 10.1117/1.OE.56.3.031203.
7. Кабашников В.П., Кунцевич Б.Ф. Пространственное распределение сигналов активно-импульсных систем видения от объектов на малых расстояниях // Журн. прикл. спектроскоп. 2021. V. 88, N 1. P. 137–143.
8. Xinwei W., Youfu L., Yan Z. Triangular-range-intensity profile spatial-correlation method for 3D super-resolution range-gated imaging // Appl. Opt. 2013. V. 52, N 30. P. 7399–7406. DOI: 10.1364/AO.52.007399.
9. Gruber T., Kokhova M., Ritter W., Haala N., Dietmayer K. Learning super-resolved depth from active gated imaging // 21st International Conference on Intelligent Transportation Systems (ITSC). 2018. P. 3051–3058. DOI: 10.1109/ITSC.2018.8569590.
10. Chua S.Y., Wang X., Guo N., Tan C.S., Chai T.Y., Seet G.L. Improving three-dimensional (3D) range gated reconstruction through time-of-flight (TOF) imaging analysis // J. Eur. Opt. Soc.: Rapid Publ. 2016. V. 11. P. 16015. DOI: 10.2971/jeos.2016.16015.
11. Wang X., Li Y., Zhou Y. Multi-pulse time delay integration method for flexible 3D super-resolution range-gated imaging // Opt. Express. 2015. V. 23. P. 7820–7831. DOI: 10.1364/OE.23.007820.
12. Kapustin V.V., Zahlebin A.S., Movchan A.K., Kuryachiy M.I., Krutikov M.V. Experimental assessment of the distance measurement accuracy using the active-pulse television measuring system and a digital terrain model // Comput. Opt. 2022. V. 46, N 6. P. 948–954. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1114.
13. Wang X., Cao Y., Cui W., Liu X., Fan S., Zhou Y., Li Y. Three-dimensional range-gated flash LIDAR for land surface remote sensing // Land Surface Remote Sensing II. 2014. V. 9260. P. 858–867. DOI: 10.1117/12.2074906.
14. Kapustin V.V., Movchan A.K., Tislenko A.A. Experimental evaluation of the accuracy of range measurement with multiarea methods using an active-pulse television measuring system // Optoelectron. Instrum. Proc. 2024. V. 60. P. 145–155. DOI: 10.3103/S8756699024700134.
15. Movhan A.K., Kapustin V.V., Kuryachiy M.I., Movchan E.S. Multi-Area Method of a depth map building with gain modulation in active-pulse television measuring systems // international siberian conference on control and Communications (SIBCON). IEEE, 2022. P. 1–6. DOI: 10.1109/SIBCON56144.2022.10002872.
16. Christnacher F., Schertzer S., Metzger N., Bacher E., Laurenzis M., Habermacher R. Influence of gating and of the gate shape on the penetration capacity of range-gated active imaging in scattering environments // Opt. Express. 2015. V. 23, N 26. P. 32897–32908. DOI: 10.1364/OE.23.032897.
17. Белов В.В., Гриднев Ю.В., Капустин В.В., Козлов В.С., Кудрявцев А.Н., Курячий М.И., Мовчан А.К., Рахимов Р.Ф., Панченко М.В., Шмаргунов В.П. Экспериментальная оценка частотно-контрастных характеристик активно-импульсных телевизионных систем видения в условиях повышенной мутности аэрозольных сред // Оптика атмосф. и океана. 2018. Т. 31, № 9. С. 771–775. DOI: 10.15372/AOO20180912; Belov V.V., Gridnev Yu.V., Kapustin V.V., Kozlov V.S., Kudryavtsev A.N., Kuryachii M.I., Movchan A.K., Rakhimov R.F., Panchenko M.V., Shmargunov V.P. Experimental estimation of frequency-contrast characteristics of active pulsed television systems under conditions of enhanced turbidity of aerosol media // Atmos. Ocean. Opt. 2019. V. 32, N 1. P. 103–108.
18. Мартынов В.Л., Ксенофонтов Ю.Г., Скрипник И.Л. Влияние помехи обратного рассеяния на эффективность инфотелекоммуникаций при проведении подводного поиска // Морские интеллектуальные технологии. 2020. Т. 49, № 3–1. С. 142–148.
19. Костылев Н.М., Колючкин В.Я. Оценка влияния помехи обратного рассеяния на эффективность работы подводных систем наблюдения // Прикладная оптика 2022: Сб. тез. XV Международной научной конференции. СПб.: ООО Скифия-принт, 2023. С. 190.
20. Кунцевич Б.Ф. Учет помехи обратного рассеяния излучения подсветки в активно-импульсных системах видения // XXVI Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения: тез. докл. М.: Акционерное общество «НПО „Орион“», 2022. С. 357–359.
21. Карасик В.Е., Орлов В.М. Локационные лазерные системы видения. М.: Изд-во МГТУ, 2013. 478 с.
22. Аэрозольные камеры. URL: https://iao.ru/ru/about/resources/equip/acams (дата обращения: 06.06.2024).
23. Mariani P., Quincoces I., Haugholt K.H., Chardard Y., Visser A.W., Yates C., Piccinno G., Reali G., Risholm P., Thielemann J.T. Range-gated imaging system for underwater monitoring in ocean environment // Sustainability. 2019. V. 11. P. 162. DOI: 10.3390/su11010162.