CC BY
13
3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. М.: Логос, 2004. 444 с.
Филиппова Екатерина Вячеславовна, лаборант, kisskin@,bk.ru Россия, Тула, Тульский государственный университет
THERMAL TEST-OBJECT FOR ESTIMATION OF THERMAL SYSTEMS
E. V. Filippova
The processes occurring in a thermal test facility designed to evaluate the parameters of thermal imaging systems are outlined.
Key words: thermal imaging system, quality criteria, heat process, radiator, convection, static mode.
Filippova Ekaterina Vyacheslavovna, laboratory assistant, kisskin@,bk.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 681.5
ПОГРЕШНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПАНОРАМЫ ИЗ СЕРИИ КАДРОВ
Д.В. Чеховский, М.Б. Цудиков
Рассмотрены возможные ошибки получения панорамы из нескольких кадров. Рассмотрены способы их компенсации.
Ключевые слова: панорама, система панорамного наблюдения, реперные точки.
Наиболее распространенным способом получения панорамных изображений является сшивание серии кадров. Кадры соединяются с определенным перекрытием, которое составляет от 5 до 30%. Вследствие инерционности поворотной части систем панорамного наблюдения (СПН), люфтов в механизме поворотной части СПН, пропуска шагов электродвигателем, некорректной установки системы панорамирования относительного горизонта, колебаний системы под воздействием ветра и других факторов неизбежно смещение оптического центра объектива системы от исходного положения. Как следствие возникает смещение кадров панорамы п и п+1 относительно друг друга и появляется разница (ошибка) Азп между центрами действительной зоны перекрытия кадров и ожидаемой, которая является функцией трех параметров: смещением по вертикали Ау, смещением по горизонтали Ах и углом наклона кадров (рис. 1).
203
Рис. 1. Смещение кадров относительно друг друга
Исходя из уравнения прямой у = кх + Ь, а также учитывая, что х = Дх, у = Ау, к = tgX, Ь = Ах, получим, что угол описывается выражением
X = аг^
г Ду-АхЛ
Ду
(1)
Ошибка зоны перекрытия Дзп определяется как разность между центрами расчетного (О) и действительного (С) положений кадров формируемой панорамы и зоны перекрытия:
А з.п. = (х, у) - (х, у). (2)
Опишем влияние внешних и внутренних факторов, влияющих на ошибку зоны перекрытия Дз п. В общем виде Дз п определяется формулой
А
з.п.
Дх +Ду
'Дм.с. +Дв.с.,
(3)
где Дмс - погрешности, связанные с механической частью системы; Двс - погрешности, связанные с внешней средой.
Для придания СПН астатизма относительно возмущающего воздействия и компенсации составляющих ошибки Дмс и Авс необходимо использовать управление системой по обратной связи или комбинированное управление, т.к. ошибка системы Дм. с. имеет в основном статический характер, ошибка внешней среды Авс - стохастический.
204
Наиболее существенными составляющими погрешности Амс являются:
1. Ошибки кинематической точности зубчатых передач и плавности работы механической передачи екточн . Ошибки кинематической точности екточн. происходят вследствие погрешности шага и формы зубьев и приводят к расхождению между постоянным передаточным отношением ¡п и мгновенным iм. Вследствие этого в системе панорамного наблюдения изменяется размер кадров. Также могут возникать ошибки при некоторых способах определения угла поворота зубчатых колес [6].
Ошибки кинематической точности определяется как
ек.точн = (ад — ан )r, (4)
где aд - действительный угол поворота зубчатого колеса; aн - номинальный угол поворота зубчатого колеса; r - радиус зубчатого колеса.
Для предотвращения и минимизации ошибки кинематической точности екточн. рекомендуется изготавливать зубчатые передачи с классом точности не ниже 8-го. Использование высокоточных и точных зубчатых передач (6-й и 7-й классы точности) позволит сократить влияние ошибки кинематической точности до 0,1 ...0,25 % за один оборот колеса [2, 6].
2. Пропуск шагов электродвигателем и проскальзывание зубчатого колеса или муфты на валу. Данная проблема, как правило, носит стохастический характер. На практике, у двигателей с шагом 0,8° пропуск шагов не превышает 1-2 шагов за оборот, т.е. 0,25...0,5 %.
3. Ошибка, связанная с инерционностью вращающейся части системы. В связи с малой массой объектива СПН (несколько сот граммов) и других подвижных частей вносит погрешность в работу системы не более 1 %.
Как было указано выше, ошибки механической части системы весьма эффективно компенсируются введением обратной связи в контур управления СПН [2, 3, 4].
Значения составляющей ошибки зоны перекрытия А вс очевидно не зависят от течения времени и могут принимать любые значения, т.е. основу ошибки Ав.с. составляют стационарные стохастические процессы, которые описываются математическим ожиданием
+¥ 1 +T
~ = J xw(x)dx = x = lim— J x(t )dt, (5)
2T rrr
—¥ —T
где x - случайная величина; w(x) - плотность вероятности.
205
Ошибка А вс является наиболее трудно оцениваемой и компенсируемой составляющей ошибки работы СПН, поскольку очень сильно зависит от условий работы устройства. При сильных вибрациях рекомендуется снабдить СПН системой стабилизации объектива и фотоэлектронного преобразующего устройства, чтобы Авс ® 0.
Сшивание по реперным точкам на общей зоне двух кадров позволяет компенсировать их сдвиг и минимизировать ошибку Азп . Однако следует учитывать, что это вносит новую составляющую ошибки Ар т , связанную с ложным сопоставлением реперных точек на двух изображениях. Минимизировать данный тип ошибки можно с помощью повышения точности сопоставления, а также применением статистических методов по отбраковке ложных соответствий между точками.
С учетом вышеописанных ошибок, возникающих при формировании панорамных изображений, можно составить следующую их модель.
Система панорамирования местности является нелинейной. Математическая модель системы нелинейных уравнений представляет собой систему m нелинейных функций у1 от п параметров Wj, которая в общем виде записывается следующим образом [5, 6]:
у = У у);
................................. (6)
Ут = Ут (У К. ).
Исходя из этого, математическую модель системы панорамирования приведем к виду
Уусоот = УУСООТ
), ), уу.дв., ^виб^иб, ^вн.воздан.возд,... ^ ^...^т.м.^т.м., км^м, уос У
yspp урр.
), ), уу.дв., ^виб^виб, квн. возд^вн. ^
(7)
у. дв. виб виб вн. возд вн. возд
^т.м.^т.м., уос, .^т.о.^т.о., косв^осв., , ур/>2, ^е^
где уусоог - координаты центра окна; и 1 ^) - управляющее воздействие от ЭВМ оператора; и 2 ) - управляющее воздействие на шаговый двигатель СПН; Уу.дв. - угол поворота шагового двигателя; квиб - коэффициент усиления воздействия вибрации на СПН; ^виб - вибрации основания платформы от внешних и внутренних факторов; квн возд - коэффициент влияния воздействия внешних факторов на СПН; ^вн возд - внешние воздействия на СПН; кт м - коэффициент влияния на СПН точности исполнения механической части системы; м - точность исполнения механической
206
части системы; к м - влияние массогабаритных параметров системы панорамирования; Ям - массогабаритные параметры системы панорамирования; щос - сигнал обратной связи о положении объектива; Урр - реперная точка; к т о - коэффициент влияния точности исполнения оптической части системы; Ято - точность исполнения оптической части системы; косв -
коэффициент влияния освещенности панорамируемой сцены;
осв.
- ос-
вещенность панорамируемой сцены; щ ц - изображение сцены после предварительной обработки и фильтрации; Щргт1 - пирамида изображений кадра панорамы; Щргт 2 - пирамида разностей изображений кадра панорамы; WdQt - набор реперных точек.
Система передаточных функций системы примет следующий вид:
ущеоот Щгт' Жок;
У&рр = ЖПРОГ' С^ОПТ.О^ОПТ.О + Щт);
(8)
Щ
Ж
опт
гт
1 + Ж^эЖ Ж
1 -г Г»'ДВ»'ос"Опт
• ^МЕХ.О^МЕХ.О + и^) • ждв).
где
= Ж •Ж Ж^глг = Ж а •Ж • Ж • Ж •Ж
ссдв '' упр. дв. " дв' ^ПРОГ ''пред. обр "пир "ппр.разн "дет "дескр;
Я
МЕХ. О
= Я
вн.возд
К
= к
+ Ям.т. + Явиб. + Ям, + к.. ~ + к„т,с + к
МЕХ.О _ квн. возд ^ км.т. ^ квиб. 1 "м
Я
Яосв + т К[
= к + к
А К 1 Аг
Рис. 2. Структурная схема СПН
207
Для нахождения оптимального значения параметров системы Жо на пространстве параметров зададим область ограничений О:
W =
w • £ w £ w киу.двтт — ^у.дв — ^y^amax
wim.min £ wim £ wim.max
woc. min £ woc £ woc.max
(9)
Y =
U1[t )min £ U1[t)£ U1[t) max FMEX.Omin £ FMEX.O £ FMEX.Omax , FOnTOmm £ FOnT.O £ FOnT.Omax у
/ £ £ Л
ywcoor min £ ywcoor £ ywcoormax yspp. min £ yspp £ yspp. max
Задача поиска оптимального значения параметров системы WonT состоит в поиске наиболее подходящих, согласно выбранным критериям, показателей с учетом ограничений, наложенных на вектор параметров W и вектор функций Y [1, 6]. Для этого составим функциональный критерий качества системы J
(10)
hi
J = J [k
h
Jwcoor ' ywcoor + kyspp ' yspp
(11)
где k
kv - весовые коэффициенты составляющих вектора функ-
ум>соог.^ У$рр
ций.
Таким образом, задачу нахождения оптимального состояния системы Жопт согласно выбранным ограничениям сформулируем следующим
образом. Пусть имеется «-мерное пространство параметров Я«, любой точке Ж которого можно поставить в соответствие точку У ^-мерного пространства функций Я™, задан вид функционального критерия качества J -
функции оценки, отображающий пространство Я™ на множество неотрицательных действительных чисел Ау. Найдем на пространстве параметров такую точку Жопт, в которой значение функционального критерия качества J будет минимальным.
У = У (Ж); Ж е Я«; У е Я^; J (У )е Ау. Найдем такое Жопт, что J(Wоnm) £ J(W) при любом Ж е Я«.
(12)
Для оптимизации системы наиболее предпочтительным является использование демпфированного метода наименьших квадратов (ДМНК). Несмотря на трудоемкость выполнения, преимущества метода ДМНК заключаются в том, что данный метод универсален, не зависит от числа функций и параметров системы в отличие от метода наименьших квадра-
тов и метода Ньютона, обладает быстрой сходимостью, т.к. при выполнении поиска оптимального решения отбрасывает слабо влияющие параметры, не зависит от наличия в системе линейно связанных параметров [6].
Метод ДМНК является дополненным методом наименьших квадратов. Повышение сходимости ДМНК достигнуто за счёт ограничения длины вектора Ах в базовом методе: к оценочной функции ф прибавляется слагаемое p2|Ax| (квадрат модуля вектора Ах, умноженный на демпфер p2).
Следовательно, оценочная функция ф примет следующий вид:
jp = j+p2|Ах|2 , (13)
и для её оптимизации применяется обычный метод наименьших квадратов.
Список литературы
1. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического управления. Спб.: Профессия, 2003. 752 с.
2. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1976. 312 с
3. Котюк А.Б. Датчики в современных измерениях. М.: Радио и связь: Горячая линия - Телеком. 2006. 96 с.
4. Курочкин С. А., Лучанский О. А. Цифровое управление объектами // Математическое и программное обеспечение вычислительных систем. М.: Горячая линия - Телеком , 2007. С. 25 - 28.
5. Пытьев Ю.П. Методы математического моделирования измерительно-вычислительных систем. М.: Физматлит, 2002. 384 с.
6. Расчет и конструирование механизмов и деталей приборов / под ред. Ф.Л.Литвина М.: Машиностроение, 1975. 200 с.
Чеховский Дмитрий Валериевич, канд. техн. наук, dmichekh@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Цудиков Михаил Борисович, канд. техн. наук, доц., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
ERRORS OF PANORAMIC IMAGE FORMING FROM SEVERAL FRAMES
D.V. Chekhovsky, M.B. Tsudickov
Potential errors of panorama forming from several images is considered. Errors compensation methods is considered.
Key words: panorama, panoramic monitoring system, check points.
209
Chekhovsky Dmitry Valerievich, candidate of technical science, dmi-chekhagmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Tsudickov Mikhail Borisovich, candidate of technical science, docent, tsudick-ov. mbayandex. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 004.891.1
МОДЕЛЬ ОЦЕНИВАНИЯ КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ
ВЫПУСКНИКОВ
А. А. Фомичев, З.Ю. Филиппова
Предложены модель и алгоритм оценки конкурентоспособности выпускников вузов в рамках компетентностного подхода. В основу предложенного алгоритма положен механизм нечетких выводов. Модель и алгоритм протестированы для студенческой группы по итогам освоения программы бакалавриата.
Ключевые слова: компетенция, компетентностная модель, лингвистические переменные, конкурентоспособность, профессиональная пригодность.
Сегодня от выпускника вуза требуются не только знания и умения, но и способности к их применению на практике с использованием накопленного опыта профессиональной деятельности. Задачей высшего образования на сегодняшний день является внедрение нового Федерального государственного стандарта 3-го поколения (ФГОС ВПО-3).
В связи с внедрением ФГОС-3 оцениванию подлежит не только академическая успеваемость студента, а также его способности к различным видам деятельности, или компетенции, умения и навыки, которых в дальнейшем потребует их профессиональная деятельность.
Одним из важных критериев деятельности является качество выпускаемого продукта, товара - выпускника - будущего специалиста.
Ключевым понятием, выражающим сущность рыночных отношений, является понятие конкуренции. В настоящее время, в период кризисного этапа развития народного хозяйства, и в ближайшем будущем на рынке труда, по прогнозам специалистов, будет иметь место превышения предложения над спросом. Фактом является то, что динамика спроса на специалистов определенного профиля и квалификации в современной России на рынке труда вступила в противоречие с традиционно сложившейся структурой их подготовки, с номенклатурой специальностей и специализаций, с длительным периодом подготовки конкретного специалиста. Последнее проявляется в том, что студенты хотят получить дополнительные умения. Их интересы смещаются в область экономики, менеджмента, юриспруденции, иностранных языков.
