Система стабилизации линии визирования тепловизионного прибора - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника дипломная работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Система стабилизации линии визирования тепловизионного прибора

Противоречивые требования, предъявляемые к системе стабилизации линии визирования. Задача эффективного преобразования сигнала угловой скорости гироскопа в цифровую форму. Выбор элементной базы для аппаратной реализации на основе поставленных требований.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Система стабилизации линии визирования тепловизионного прибора
«Информатика и вычислительная техника»
Глава 1.Обзор современного состаяния систем стабилизации линии визирования
1.1Описание стабилизации изображения
1.2Система стабилизации линии визирования с точки зрения теория управления
1.3Аппаратное обеспечение системы стабилизации линии визирования
1.4Програмное обеспечение системы стабилизации линии визироввния
1.5Анализ и классификация существующих систем стабилизации изобажения
1.6Противоречивые требования, предъявляемые к системе стабилизации линии визирования
Глава 2.Разработка и исследовние модели работы алгоритма восстановления ограниченного сигнала угловой скорости гироскопа на основе предложенного решения
2.1Обоснование структурной схемы системы стабилизации линии визирования
2.2Исследуемая область системы стабилизации линии визирования с точки зрения предъявляемых требований
2.3Задача эффективного преобразования сигнала угловой скорости гироскопа в цифровую форму
2.4Существующие стандартные решения оцифровки сигналов, имеющих широкий динамический диапазон
2.5Теоретические основы предлогаемого решения и вывод аналитических выражений
2.6Разработка алгоритма восстановления сигнала на основе полученных аналитических выражений
2.7Разработка модели работы алгоритма в пакете Matlab
Глава 3.Аппаратныя реализиаци восстановления сигнала угловой скорости
3.1Выбор элементной базы для аппаратной реализации на основе поставленных требований
3.2Разработка структурной и принципиальной схем
стабилизация гироскоп визирование тепловизионный
ИУС -- Интелектуальная Управляющая Система.
ОКР -- Опытно-Конструкторские Работы
ОСИ -- Оптическая Стабилизация Изображения
ЦСИ -- Цифровая Стабилизация Изображения
АЦП -- Аналого-Цифровой Преобразователь
ЦАП -- Цифро-Аналоговый Преобразователь
ШИМ -- Широтно-Импульсная Модуляция
ССИ -- Система Стабилизации Изображения
Даная дипломная работа лежит в направлении исследований систем управления. Это направление было продиктованно современным развитием техники, к которой предъявляются всё более жёсткие требования с целью ёе улучщения. В следствии чего, происходит усложнение технических решений и во многих ситуациях возникают проблемы, для решения которых невозможно обойтись без исследований.
Исследование, проведённое в дипломной работе, относится к области элементов и устройств ИУС. Объектом исследования является микропроцессорная система автоматизированного управления реального времени. Конкрентно, это система стабилизации линии визирования. Предметами исследования являются принципы обработки информации, методы обеспечения требуемых технических характеристик и моделирование ИУС с целью обеспечения требований, возникших в результате эвалюционного развития систем управления в сторону усложнения задач управления, повышения требований к массогабаритным и техническим характеристикам, энергопотреблению, стоимости надежности, производительности и точности.
Актуальность исследований в области систем стабилизации линии визирования обусловленна широким распространением оптичемских систем, таких как фото и видео камеры, системы видео наблюдения, оптические и тепловизионные прицелы, бинокли, телескопы и т.д., и т.п. Необходимость стабилизации линии визирования или дугими словами стабилизации изображения встаёт при использовании оптических систем на подвижных основаниях. Такая ситуация возникает довально часто, особенно в следствии мощного развития мобильной техники. Когда фото и видео камера являются встроееными в практически каждый мобильный телефон. Система стабилизации линии визирования компенсирует движения подвижной платформы таким образом, что линия визирования остаётся неподвижной в пространстве относительно инерциальной системы координат.
Современные системы стабилизации линии визирования обладают высокой динамической и статической точностью для применения в задачах, где не большое оптическое увеличение или его нет совсем. Но бывают задачи, когда точность ситемы стабилизации не достаточна высока. Например, при сильном оптическом увеличении в несколько раз. Поэтому, задача повышения точности системы стабилизации является актуальной. При этом, уменьшение массогабаритных характеристик является необходимым условием при разработки системы стабилизации, что связано с тенденциями к мобильности устройств.
Таким образом, можно утверждать, что исследование в области элементов и устройтв ИУС, с целью повышения точности системы стабилизации изображения и уменьшения массогабаритных характеристик, которому посвящена данная работа является актуальной научно-технической задачей.
Цель данной работы заключается в выполнении требований, предъявляемых к системе стабилизации. Оснвные требования -- это обеспечение чочности системы и уменьшение массогабариных характеристик.
Сформулированная цель предопределила следующую совокупность решаемых задач:
Обеспечение точности системы стабилизации за счёт корректного преобразования в цифровую форму сигнала угловой скорости, имеющего широкий динамический диапазон. Этот диапазон, выраженный в вольтах, больше чем максимальновозможное значение, определяемое напряжением опоры, которое может быть воспринято аналого-цифровым преобразователем (АЦП).
Поиск решения проблемы корректного преобразования сигнала угловой скорости с гироскопа в цифровую форму.
Исследование этого решения применительно к системе стабилизации. Исследование провести с использованием моделирования.
Решение должно приводить к уменьшение аппаратных затрат. Что влечёт за собой уменьшение массогабаритных характеристик, энергопотребления и стоимости устройства.
Разработка структурных и принципиальных схем аппаратного обеспечения для реализации данного решения. Выбор элементной базы.
Необходимо рассмотреть методологию или другими словами совокупность методов, используемых в данной работе. Метод представляет собой способ движения к цели. И для более быстрого достижения цели был разработан план-график. Где описывалось что и когда необходимо сделать. Это помоглпо правильно организовать работу и представить весь объём работы.
Для понимания того, как выполнять работу и что вообще делать был применён аппарат системного анализа. Анализ является одним из методов познания. Это метод подразумевает, движение от общего к частному, или, другими словами, это метод "разрушения" объекта исследования. В данном случае объектом исследования является система стабилизации изображения. Которая была разобрана по частям при ёе изучении. По результатам анализа сисемы была обнаружена проблема, которая обусловленна требованиями, предъявляемыми к системе. Эта проблема сосредоточена в конкретной части системы.
Так же был применён аппарат системного синтеза. Работа состоит из двух основных частей. Это практическая часть и отчет. Практическая часть включает в себя создание интеллектуального продукта, например, алгоритм, модель, готовый и рабочий код или все вместе. Эта часть работы показывает навыки в разработке программного обеспечения, в выборе языка программирования, среды разработки или среды моделирования. Умение разрабатывать структурные и принципиальные схемы. Но и отчёт является не менее важной частью работы. Также к понятию синтеза относится поиск решения, что является творческой деятельностью. Конечно, бывают и готовые решения. Но если они не подходят, то приходится придумывать собственное решение. Предложенное решение пока есть только идея. И её нужно оформить в удобный и привычный вид. Это может быть блок схема алгоритма или математические формулы. Далее необходимо проверить работоспособность идеи путём моделирования. Для чего необходимо разработать модель. Но, В конечном итоге, алгоритм должен быть запущен на микроконтроллере, поскольку система стабилизации изображения является системой реального времени, построенной на микроконтроллере. И необходимо оценить, какие тебуются характеристики микроконтроллера для реализации данного решения. А после чего уже выбирать конкретный микроконтроллер, разрабатывать структурные и принципиальные схемы аппаратного обеспечения. Всё выше сказанное в какой-то мере относится к понятию синтеза, поскольку всё это созданые части конечного интелектуального продукта в виде дипломной работы.
Научная новизна работы заключается в нахождении нового решения преобразованя в цифровой вид сигнала угловой скорости, имеющего широкий динамический диапазон. Такое решение позволяет увеличить крутизну аналогового сигнала, что влечёт за собой уменьшение цены младшего разряда АЦП, выраженной в еденицах угловой скорости. Таким образом увеличивается тосность ситемы за счёт её правильной реакции на меньшую угловую скорость. При этом, всё это выполняется одновременно с тем, что данное решение обеспечивает и получение информации о сигнале на максимальных угловый скоростях. Таким образом ситеме стабилизации известна информация о сигнале угловой скорости из всего диапазона. Вдобавок ко всему, данное решение уменьшает аппаратные затраты.
Достоверность полученных результатов следует из фундаментальных основ математики. Решение, предлагаемое в данной работе, основанно на правилах тригонометрии. Так же, работоспособность и правильность данного решения проверялась с помощью моделировани и экспериментов на практике. В результате чего были полученны положительные результаты.
Практическая значимость обусловленна тем, что работа выполнена в рамках ОКР по теме «Разработка электронной аппаратуры системы стабилизации и наведения».
Личный вклад в разработку электронной аппаратуры системы стабилизации и наведения представляет собой идею и решение восстановления, реконструирования сигнала с уелью его коррректного преобразования в цифровую форму. И последующие моделирование и реализация этого решения.
На защиту выносятся следующие положения:
Решение, в виде аналитических формул, для нахождения амплитуды и фазы синусоидального сигнала угловай скорости
Алгоритм восстановления, реконструирования сигнала угловой скорости из узкого в широкий динамический диапазон в ограниченной, срезанной области.
Компьютерная модель работы разработанного алгоритма с целью проверки его работоспособности и правильности.
Аппаратная реализация разработанного решения.
Работа состоит из трёх глав. В первой главе проводится обзор современных система стабилизации изображения. И производится постановка требований, предъявляемых к системе. Во второй главе анализируется система и ставится задач по восстановленю ограниченного сигнала. После чаего разрабатывается алгоритм решения и производится верификация решения с помощью моделирования. Третья глава описывает аппаратную реализацибю решения. Итоги работы подведены и сделанны выводы в последней главе.
Глава 1.Обзор современного состаяния систем стабилизации линии визирования
В этой главе будет рассмотренно современное состояние систем стабилизации. Так же, будет обсуждаться важность и необходимость всей работы. Выводы будут сделаны на основе последних работ в области систем стабилизации линии визирования теории управления, фильтрации, обработки и оцифровки данных.
1.1 Описание стабилизации изображения
Система линии визирования позволяет выполнять стабилизацию изображения. Стабилизация изображения -- это технология, применяемая в оптических системах, с помощью которой компенсируются собственное угловое перемещение оптической системы, чтобы предотвратить смазывание изображения или дрожание видео [1]. Система стабилизации не предназначена для компенсации движения объекта.
Технологии стабилизации изображения используются в фотографии, видеосъемке, телескопах, биноклях и прицелах. Возможности системы стабилизации изображения ограничены. Тем не менее, во многих случаях, автоматическая стабилизация является чрезвычайно полезной. В фото техники стабилизация изображнения особенно важна во время дрожания камеры при съемке на длинных выдержках и значительном фокусном расстоянии объектива. Она позволяет увеличить время экспозиции в 3-4 раза. Таким образом, можно спокойно снимать с рук в условиях освещения и при таком фокусном расстоянии объектива, когда не обойтись без штатива. Кроме того, иногда стабилизация позволяет избежать вынужденого увеличения светочувствительности матрицы, что приводит к увеличению уровня шума. Стабилизация изображения предотвращает дрожание изображения при съёмке с рук. Такая ситуация часто возникает при использовании мобильного телефона в качестве фото камеры. Также, оптические приборы которые имеют сильное увеличение нуждаются в системе стабилизации. Например, наличие такой системы у бинокля позволяет реализовывать большое увеличение и при этом эффективно применять такой бинокль при наблюдении без использования опоры. Система стабилизации линии визирования применяется в киноаппаратуре и позволяет снимать динамичные сценыы в движении [2]. Они могут крипеться на автомобиле, вертолёте, лодке и других средствах перемещения. Такой же принцип применяется в гиростабилизаторах установленных на военной технике [2]. Например, система стабилизации позволяет сохранять линию прицеливания не изменной, не смотря на любые колебания танка или самолёта [3].
Линия визирования подразумевает собой прямую по направлению которой происходит наблюдение или другими словами, лучи света, которые попадают в оптическую систему. В свою очередь, свет имеет различный спектр, в том числе и инфрокрасный, который излучают объекты с повышенной температурой. Для детектирования инфрокраного диапазона применяются оптические прибора со светочувствительной матрицей, которая реагирует на инфрокрасное излучение. По сравнению с оптическими приборами видимой части спектра, инфрокрасные или тепловизионные приборы сложнее, но имеют одинаковый принцип построения оптики. Таким образом, не существует разници, с точки зрения системы стабилизации, лучи какой части спектра стабилизировать.
В основном, существуют два метода стабилизации изображения: оптическая стабилизация изображения (ОСИ) и цифровая стабилизация изображения (ЦСИ) [4, 5]. Оптическая стабилизация изображения механически компенсирует дрожание оптической системы, тем самым стабилизирует линию визирования. Цифровая стабилизация изображения представляет собой цифровую обработку изображений, в результате чего изображение поворачивается на расчитанный угол. Также возможные гибриды двух типов, различные комбинации и реализации [6].
Оптическая стабилизация изображения может осуществлятся двумя способами основаясь на использовании механической компенсации [4, 5]. В первом случае, механическое смещение компенсации применяется к линии визирования стабилизации. Смещение компенсации может быть достигнуто различными способами, например, движением линзы, зеркала или платформы на которой установленна система.
Во втором случае, это смещение светочувствительной матрици [7]. Эта система компенсирует движения камеры с помощью движения светочувствительной матрици установленной на подвижной платформе. Таким образом, объективы дешевле, проще и надежнее. Вдобавок, стабилизации изображения работает с любой оптикой. В то же время, считается, что такая стабилизация менее эффективена, чем стабилизация оптического элемента. Это связанно с тем, что с увеличением фокусного расстояния объектива эффективность данной технологии падает. Чем больше фокусное расстояние, тем быстрее и с большей амплитудой необходимо передвигать подвижную платформу со светочувствительной матрицей. Кроме того, для высокой точности системы необходимо знать точное значение фокусного расстояния объектива.
Первая камера со стабилизацией изображения появились на рынке в 1995 году от фирмы Canon. И в 1976 году она опубликовала патент на эту идею [4]. Камера была с оптической стабилизацией. Стабилизирующий элемент объектива движется в вертикальном и горизонтальном направлении. По команде от датчика он отклоняется с помощью электропривода, так что проекция изображения на пленке (или светочувствительной матрице) остаётся не подвижной во время экспозиции. В настоящее время существует много оптических систем которые используют различные методы стабилизации изображения.
Система стабилизации линии визирования с точки зрения теория управления
Теория управления является научной дисциплиной, которая изучает процессы автоматического управления объектами различной физической природы [8, 9]. Если рассматривать систему стабилизации изображения с точки зрения теории управления, то она имеет гироскоп, двигатель, контроллер и оптику. Это показанно на рисунке 1. В этом случае объект управления это гирорама на которой находится гироскоп и оптический блок, который представляет собой прилмляющее зеркало. Цель стабилизации -- это поддержание постоянного положение в пространстве гироскопа и оптикого блока относительно инерциальной системы отсчета по двум осям, курс и тангаж. В общем, гироскоп должн сохранять свое положение в пространстве неизменным, но он имеет малый крутящий момент, и сила трения оказывается больше. Что бы гироскоп сохранил своё положение в пространстве под действием силы трения, он должен иметь огромных размеров. Стабилизация, основанная на таком гироскопе, называется силовой стабилизацией. Но в данном случае индикаторная стабилизация, кога гироскоп служит в качестве датчика угловой скорости. Поэтому, чтобы компенсировать силы трения необходима силовая установка или, другими словами, двигатель. Следует отметить, что сигнал с гироскопа -- это угловая скорость оптического блока. Это связанно, с тем, что гироскоп механически связанн с оптическим блоком. Таким образом, сигнал с гироскопа это есть ошибка рассогласования системы. И система стабилизации должна свести эту ошибку к нулю.
Рисунок 1 -- Блок схема системы стабилизации изображения с точки зрения теории управления
Контроллер преобразует ошибку в управляющее воздействие. Контроллер состоит из вычислительного и блока управления. Блок управления -- это двигатель, который приводит в движение гирораму.
Вычислительный блок -- это микроконтроллер. Микроконтроллер принимает сигнал от гироскопа. Обрабатывает этот сигнал и на его основе формирует сигнал, подаваемый на двигатель. Для реализиции основного алгоритма стабилизации используется теория управления и теория цифровой обработки сигналов. Конкретно, это могут быть фильтры для предварительной обработки сигналов, ПИД регулятор и другие математические и статистические решения для обеспечения наилучшей стабилизации.
1.2 Аппаратное обеспечение системы стабилизации линии визирования
Состав и структура системы стабилизации изображения являются очень полезными знаниями в разработке алгоритмов управления. Потому что понимание работы механических и электронных частей вместе помогают писать хороший код. Далее будут рассмотренны детали и особенности оборудования, такие как температурная зависимость физических характеристик, способы считывания информации с датчиков и управление двигателем.
Наиболее важной частью системы стабилизации изображения представляет собой гироскоп. Гироскоп является источником сигнала, который содержит информацию о положении в пространстве. Поэтому, если известно на сколько изменилось положение системы, то возможно компенсировать это изменение и повернуть систему в исходное положение.
Гироскоп был известен в Древней Греции, Китае и Риме в качестве игрушки [10]. В в середине 19 века французский ученый Леон Фуко с помощью большого маятника доказал вращение Земли. Маятник сохранял своё положение в пространстве, а Земля вращалась под ним. Затем, используя тот же самый эффект, но с помощью гироскопа, он показал, что земля вращается в течение 24 часов. Фуко назвал своё вращяющееся колесо "гироскопом", от греческого слова " gyros " (революция) и "skopein" (видеть); он видел революцию в понимании Земли с появлением его гироскопа.
Существует несколько типов гироскопов, используемые в качестве измерительного прибора. Первый тип это самый простой и самый старый вид гироскопа. Он состоит из массивного маховика в твердом корпусе [11]. Следующий тип гироскопа это вибрационный гироскоп Кориолиса. Вибрационный объект обычно колеблется в одной плоскости в результате чего возникает сила Кореолиса, которая стремится сохранить не изменным положение этой плоскости в пространстве. Ткже, существуют виды гироскопов, такие как волоконноптический гироскоп и квантовой гироскоп. Последний имеет очень высокую точность и стабильность. В течение года, его ошибка составляет до 1,5 угловых миллисекунд.
Существуют различные технологии для реализации гироскопов. И технология микроэлектромеханических систем (МЭМС) является наиболее распространенной и доступной. Инерциальные датчики, выполненые по этой технологии, выглядят как обычные чипы и просты в применении [12]. Этот чип имеет подвижный элемент внутри. В большинстве случаев этот элемент выполнен из кремния, как и многие другие части такого чипа. В случае гироскопа, элемент вибрирует и отклоняется при воздействии внешней силы также как маятник Фуко. Вибрирующий элемент образует конденсатор, ёмкость которого изменяется при изменении положение. Значение емкости конденсатора пропорционально изменению положения в пространстве чипа. Существует множество электрических схем для измерения емкости и оцифровки этого значение. Таким образом, получается информация об изменении положения в пространстве в цифровой форме. МЭМС гироскопы являются наиболее массовами и дешевами, поэтому точность этих гироскопов не велика [13]. Но этого вполне достаточно для простых проектов. Кроме того, в некоторых случаях, точность может быть улучшена с помощью алгоритмов программного обеспечения.
Кроме гироскопа необходим двигатель для создания системы стабилизации изображения. Без привода не могут быть компенсированы вращение и перемещение системы в пространстве. Что касается стабилизации изображения они могут быть разделены на два основных типа: линейные и поворотные механизмы для перемещения. Линейное перемещение осуществляется с помощью линейного двигателя постоянного тока [14]. Вращательное движение обеспечивается с помощью электродвигателья. Основные требования к приводам -- это малый размер, низкое энергопотребление и приемлемая точность. Для управления двигателем необхадимо знать информацию о местоположении ротора или катушки. Таким образом осуществляется обратная связь управления двигателем. Эта информация поступает от датчиков положения, таких как датчик Холла и многие другие. Вычислительное устройство генерирует управляющее воздействие на двигатель в соответствии с сигналом от гироскопа, которое преобразуется из цифрового в аналоговый вид, с помощью различных ЦАП или ШИМ модулей. Затем этот сигнал поступает в драйвер управления двигателем для усиления, поскольку микроконтроллер формирует слаботочный сигнал, которого не достаочно для управления двигателем.
Как упоминалось ранее вычислительное устройство необходимо для генерации управляющего воздействия. Вычислительное устройство может быть микроконтроллером или ПЛИС. Оно должено иметь возможность рассчитать алгоритм с частотой от 500 Гц до 10 кГц [5]. Разрядность устройства может быть различной такой, как 8, 16, 32 бита, это зависит от сложности алгоритма.
1.3 Програмное обеспечение системы стабилизации линии визирования
Точного гироскопа, производительного микроконтроллера и хорошего двигателя не достаточно для создания точной системы стабилизации. Также необходимо правильное программное обеспечение для реализации системы стабилизации изображения. Конечно, программное обеспечение не является решением всех проблем. Но оно позволяет использовать оборудование максимально эффективно и приблизиться к наилучшей точности очень близоко. Но, к сожалению, не получится превысить максимально возможную точность, которая огранченна характеристиками оборкдования. Например, если сигнал от гироскопа будет оцифровываться шагом в одну угловую минуту, то невозможно получить стабилизацию с ошибкой в несколько угловых секунды. Существуют решения, чтобы попытаться предположить или предсказать значение угловых секунд с помощью алгоритма, но все же это не действительное значение. Хотя, в некоторых случаях, такое решение помогает добится необходимой точности.
С другой стороны, может возникнуть противоположная ситуация. Оборудование имеет достаточную точность, но система не работает как надо. В этом случае проблема, скорее всего, в программном обеспечении. Например, алгоритм системы включает в себя обычный ПИД-регулятор, но не содержит блоки, которые учитывают физические характеристики системы. Или не настроенны коэффициенты ПИД-регулятора. И так, и программное, и аппаратное обеспечения очень важны для правильной работы системы.
Программное обеспечение для системы управления в основном представляет собой реализацию замкнутого контура с определенными характеристиками. Русунок 3 показывае пример замкнутого контура. Сигнал гироскопа проходит через фильтры после оцифровки. Это необходимо для фильтрации нежелательных компонент сигнала [15, 16]. Когда камера находится в руках, то сигнал от гироскопа может иметь различные частотные компоненты [17]. Известено, что частота дрожания рук находится в диапазоне от 2 до 20 Гц. Для борьбы с ними ставят фильтр пробку, который пропускает только эти частоты. Или, если необходимо компенсировать другие частоты, то необходимо настроить фильтр на эти частоты. Диапазон от 0 до 2 Гц соответствует постоянному движению камеры. И эти частоты не должны участвовать в расчёте интегрального звена. Кроме того, сигнал может включать в себя высокочастотный шум который также необходимо отфильтровать. Другими словами, необходимо реализовать такой фильтр, который режет постоянную составляющую сигнала и высокочастотный шум. А пропускает частоты, на которых происходит стабилизация изображения.
Рисунок 2 -- Пример блок схемы системы стабилизации изображения на основе микроконтроллера
После фильтрации сигнал необходимо проинтегрировать. Потому, что сигнал с гироскопа показывает угловую скорость, а для управления двигателем необходимо знать угол. Также частотные характеристики двигателя нужно учесть во время разработки корректирующих звеньев [15]. Они влияют на точность системы или другими словами, как система реагируен на возмущающее воздействие. Корректирующие звенья могут быть реализованы с использованием БИХ или КИХ-фильтров.
Для реализации системы стабилизации изображения могут использовать особенные алгоритмы. В большинстве случаев это относится к реализации фильтра. Например, это использование фильтра Калмана [18] или нейронной сети [19] для системы стабилизации изображения. Кроме того, есть возможность использовать дополнительный датчик ускорения для повышения точности и уменьшения дрейфа гироскопа [20].
1.4 Анализ и классификация существующих систем стабилизации изобажения
Существует множество видов систем стабилизации изображения. В данной части работы они классифицируются и рассматриваются более подробно. Также рассматриваются их плюсы и минусы.
Как было упомянуто ранне, стабилизация изображения может быть разделена на два основных типа по способу реализации. Первый это оптическая стабилизация изображения (ОСИ) и второй это цифровая или электронная стабилизация изображения (ЦСИ) [5, 6]. Разделение типов показано на рисунке 3.
Рисунок 3 -- Классифкация типов стабилизации изображения
Цифровая стабилизация изображения основывается на цифровой обработке изображений. Другими словами, уже сдвинутое или смазанное изображение, или кадр подвергаются обработке. При этом около 40% пикселей затрачиваются на осуществление стабилизации и не участвуют в формировании изображения. Цифровую стабилизацию можно объяснить следующим образом, при сотрясении камеры изображение «плавает» на светочувствительной матрице. Процессор фиксирует эти колебания и производит коррекцию с помощью резервных пикселей, тем самым компенсирует дрожание изображения. Для того чтобы ввести поправку необходимо определить направление и скорость движения изображения. Это может быть сделано двумя способами.
Первый метод основан на анализе кадров с целью распознования объектов или контрольных точек, и последующего поворота каждого кадра так, чтобы контрольные точки сохраняли неизменное положение относительно всех кадров. Это сопровождается большими вычислительными затратами. Отсюда следует, что способ осуществить в режиме реального времени очень трудно. В большинстве случаев, этот метод используется для коррекции уже отснятого видео. Следует отметить, что этот способ применим только к видеосъемке и с его помощью невозможно предотвратить смазывание на фото.
Второй способ состоит в дополнительном использовании датчиков, таких как гироскоп или акселерометр. Это позволяет не вычислять путь кадров. Например, есть разработка от Microsoft [21]. Преимущество этой технологии заключается в том, что можно стабилизировать не только видео, но и фотографии, в отличие от цифровой стабилизации без датчика. Кроме того, этот метод можно легко реализовать в режиме реального времени. Но, все же манипуляции проводятся с пикселями изображения, следовательно, качество изображения теряется, по сравнению, например, со съёмкой с использованием штатива.
Система оптической стабилизации изображения представляет собой систему автоматизированного управления. В своем составе, она обязательно имеет датчик движения, например, гироскоп или акселерометр, аналоговое или цифровое вычислительное устройство и исполнительный механизм для компенсации движения, в основном это этоэлектродвигатель. Целью такой системы управления является сохранение фиксированного положения, по отношению к инерциальной системе координат, линии визирования или светового луча, который проходит через объектив камеры и попадает на светочувствительную матрицу. Реализовать это возможно с помощью электродвигателя на основе информации от датчиков. Электродвигатель вращает некий стабилизированный оптический блок, который в свою очередь преломляет луч света. Этот блок выполнен с возможностью врщения вокркг вертикальной и горизонтальной осей или осей курса и тангажа. Оптический блок вращается так, что проекция изображения на пленке или светочувствительной матрице полностью компенсирует колебания каме
Система стабилизации линии визирования тепловизионного прибора дипломная работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Государственный Служащий Диссертация
Отчет По Производственной Практике По Связям
Доклад по теме Арония
Курсовая работа: Промышленное и племенное птицеводство
Гдз По Химии Габриелян Практическая Работа
Реферат по теме Мировой рынок ссудных капиталов
Эссе Революция Или Реформы
Реферат Роль Женщин В Химии
Направления Выпускного Сочинения 2022
Сочинение Удивительные Мастера Маскировки
Отчет По Учебно Производственной Практике Студента
Реферат по теме Система маркетинговых исследований и её использование в специфических условиях России
Курсовая работа: Проблема наркомании в современном обществе
Контрольная Работа На Тему Оценка Протоколов И Предмет Экспертизы
Кант Собрание Сочинений В 8 Томах
Реферат: Греческий историк Геродот как основатель исторической науки
Учебное пособие: Правопис. Основні орфограми в коренях, префіксах і суфіксах
Эссе На Тему Французский Импрессионизм
Курсовая работа: Численное интегрирование функции методом Гаусса
Доклад по теме О военных теоретиках. Н.И.Махно.
Особенности организации деятельности ООО "Шахта "Усковская" - Геология, гидрология и геодезия отчет по практике
Исторические факты политического развития России в XVII-XX вв. - История и исторические личности контрольная работа
Влияние формы соучастия на степень общественной опасности преступления - Государство и право курсовая работа