Анализ информативных признаков объекта обнаружения, расположенного на фоне отражающей поверхности Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 681.78

АНАЛИЗ ИНФОРМАТИВНЫХ ПРИЗНАКОВ ОБЪЕКТА ОБНАРУЖЕНИЯ, РАСПОЛОЖЕННОГО НА ФОНЕ ОТРАЖАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ

Андрей Геннадьевич Батурин

ОАО «НИИЭП», 630005, Россия, г. Новосибирск, ул. Писарева, 53, начальник лаборатории; НГТУ, 630073, Россия, г. Новосибирск, пр. Карла Маркса, 20, соискатель, тел. (383)216-05-93, e-mail: [email protected]

В статье приведен анализ информативных признаков, позволяющих оптоэлектронному датчику различить искомый объект и фоновую поверхность.

Ключевые слова: оптико-электронные устройства, обнаружение объектов, пространственная селекция, информативные признаки.

ANALYSIS OF INFORMATIVE FEATURES INHERED

TO THE OBJECT LOCATED AGAINST BACKGROUND SURFACE

Andrey G. Baturin

Joint Stock Company «Research institute of electronic devices», 630005, Russia, Novosibirsk, 53 Pisareva, head of laboratory; Novosibirsk State Technical University, 630073, Russia, Novosibirsk, 20 Karl Marks, external PhD student, tel. (383)216-05-93, e-mail: [email protected]

This paper presents an analysis of informative features that allow discrimination of the object and the background surface by the optoelectronic sensor.

Key words: optical-electronic devices, object detection, spatial selection, informative features.

С точки зрения оптоэлектронного датчика (далее - ОД) различие между двумя отражающими объектами, один из которых является фоновой поверхностью, а другой обнаруживаемым объектом, выражается в отличии одного или нескольких физических признаков:

- отражательная способность объекта;

- размеры отражающего объекта;

- модуль вектора скорости движения отражающего объекта относительно

ОД;

- направление вектора скорости движения отражающего объекта относительно ОД;

- расстояние до отражающего объекта.

На выбор используемых информативных признаков накладывают жёсткие ограничения условия применения системы обнаружения, ее малые габаритные размеры, требования по энергопотреблению и др. В ходе рассмотрения этих информативных признаков установлены их особенности, касающиеся их применения в системах обнаружения.

В решаемой задаче различие в отражательной способности фоновой поверхности и цели может отсутствовать, поскольку диапазон возможных коэф-

фициентов отражения фоновой поверхности лежит в диапазоне 0,1 - 0,9 (земля - снег), а сами коэффициенты отражения обнаруживаемого объекта и фоновой поверхности могут совпадать, что делает невозможным использование данного информативного признака. Кроме того, определение отражательных свойств поверхности требует наличия априорной информации о дальности до неё [1].

Использование различия в размерах обнаруживаемого объекта и фоновой поверхности также практически невозможно без наличия дополнительной информации. Это связано с тем, что обнаруживаемый объект располагается на фоне какой-либо поверхности. В этом случае сигнал принимается либо от одного из отражающих объектов (дискретно-лучевые ОД или большие угловые размеры обнаруживаемого объекта в дискретно веерных ОД), либо от обоих отражающих объектов одновременно (дискретно-веерные ОД).

Различия в модуле и направлении вектора скорости движения обнаруживаемого объекта и фоновой поверхности относительно ОД позволяют с высокой достоверностью отселектировать объект на фоне поверхности в большинстве случаев, за исключением ситуации, в которой обнаруживаемый объект неподвижен относительно фоновой поверхности. Несмотря на то, что лазерные допплеровские измерители скорости [2] давно известны, практическая реализация ОД с непосредственным измерением скорости движения отражающего объекта относительно ОД сопряжена со значительными трудностями. Это связано с тем, что выделение доплеровского сдвига частоты оптической несущей требует высокой пространственной когерентности лазерного излучения, отсутствующей у полупроводниковых лазеров из-за малой длины резонатора и, как следствие, многомодового режима его работы. Более того, мощные лазерные излучатели представляют собой матрицу из нескольких независимых лазерных диодов, что исключает возможность использования свойств когерентности лазерного излучения. Модуляция непрерывного лазерного излучения высокочастотным колебанием (единицы - десятки ГГц), на котором также будет наблюдаться доплеровский сдвиг частоты, успешно решена в волоконно-оптических линиях связи. В то же время высокочастотная модуляция мощных лазерных излучателей, применяемых в ОД, также сопряжена со значительными трудностями, что связано с высоким значением тока накачки лазерного диода. Системы, работающие по принципу измерения скорости по изменению дальности [3], непригодны из-за низкого быстродействия и возможности измерения только скорости сближения. По причине невозможности селекции неподвижного относительно фоновой поверхности объекта, а также из-за сложности построения оп-тоэлектронной ОД с непосредственным измерением скорости, использование в качестве информативного признака скорости движения обнаруживаемого объекта и фоновой поверхности нецелесообразно.

Использование расстояния до отражающей поверхности позволяет отсе-лектировать объект на фоне отражающей поверхности при наличии у ОД информации о текущей дальности до объекта, а также априорной информации о расстоянии до фоновой поверхности. При этом минимально разрешимая ОД

разница расстояний должна быть меньше расстояния между обнаруживаемым объектом и фоновой поверхностью. Также в дискретно-веерных ОД дополнительным информативным признаком наличия малоразмерного объекта на фоне фоновой поверхности служат различающиеся расстояния до отражающей поверхности по ширине диаграммы чувствительности. Рациональным представляется построение таких ОД с использованием амплитудно-базового метода обнаружения. Особенности применения этого метода для решения данной задачи изложены в [4].

Из вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

1. В оптоэлектронных датчиках предпочтительным является использование расстояния до отражающей поверхности в качестве информативного признака объекта, расположенного на фоне поверхности.

2. Рационально осуществлять селекцию объекта на фоне поверхности с помощью амплитудно-базового метода обнаружения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Novotny P.M., Ferrier N.J. Using infrared sensors and the Phong illumination model to measure distances // Robotics and Automation, 1999. Proceedings. 1999 IEEE International Conference on. - IEEE. 1999. Vol. 2. pp. 1644-1649.

2. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники. - 2-е изд., перераб. и доп. К.: Выща шк. Головное издательство, 1988. - 383 с.

3. Абазадзе Ю.В., Лицарев Н.А., Почтарев В.Л., Пашков В.А., Хачиев А.Ю., Казаков А.А., Коваль Ю.П., Симаков В.А., Неуструева В.Н., Егорова Г.С., Залевский И.Д., Бородкин А.А., Сапожников С.М. Особенности построения лазерного измерителя скорости и дальности ЛИСД-2М // Квантовая электроника. 2002. Т. 32. № 3. С. 247-250.

4. Батурин А.Г. Применение амплитудно-базового метода обнаружения в оптоэлектронных датчиках // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2014. X Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Сиб0птика-2014» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 8-18 апреля 2014 г.). -Новосибирск: СГГА, 2014. Т. 2. - С. 223-227.

© А. Г. Батурин, 2015