ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ АЛГОРИТМУ ВИЗНАЧЕННЯ КУТІВ КРЕНУ І ТАНГАЖУ ІЗ ВИКОРИСТАННЯМ ЛИШЕ ОПТИЧНОЇ ІНФОРМАЦІЇ

Автор(и)

  • Oleksandr Vasyliovych Zbrutsky Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Факультет авіаційних і космічних систем, Україна https://orcid.org/0000-0002-2206-7148
  • Yuliya Malysheva Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Факультет авіаційних і космічних систем, Україна

DOI:

https://doi.org/10.20535/0203-377129201561414

Ключові слова:

вимірювальна системи на базі зображення, визначення орієнтації камери, калібрування камери

Анотація

Дослідження відноситься до проблеми проведення експериментальних випробувань розробленої вимірювальної системи на базі зображення. Вказана система здатна визначати лінію горизонту на зображенні та обчислювати її відносне положення з точки зору кутів крену і тангажу, які прийняті в якості кутів орієнтації камери. Система складається з двох алгоритмів вимірювання на базі зображення: алгоритму розпізнавання лінії горизонту та алгоритму оцінки значень кутів крену і тангажу. Другий алгоритм засновано на розробленій методиці оцінки значень кутів, використовуючи внутрішні параметри камери.

Використовуючи matlab-мову програмування розроблено програмне забезпечення для оцінки кутів орієнтації на основі алгоритму розпізнавання горизонту.

Проведено серія експериментів для з'ясування характеристик тестової камери. Крім того, для виявлення властивостей розробленої системи проведено серію тестів у контрольованому середовищі. В якості базового датчика використано тривісний акселерометр, який виконував роль інклінометра. В роботі похибка оцінювання представлена швидше як різниця між вимірами акселерометра і розробленого програмного забезпечення, аніж абсолютна похибка вимірювання.

Таким чином, з'ясовано, що різниця між вимірами акселерометра і програмними підрахунками експоненціально зростає зі збільшенням кута крену, тоді як  в області малих кутів значення приблизно збігаються. Також відзначається деяка взаємна залежність між двома кутами орієнтації обчисленими за допомогою програмного забезпечення.

Результати обробки реальних зображень горизонту показали, що розроблена система виявляє лінію горизонту в більшості випадків правильно за вийнятком складних ситуацій перекриття горизонту та малого перепаду контрасту навколо області лінії горизонту.

Біографії авторів

Oleksandr Vasyliovych Zbrutsky, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Факультет авіаційних і космічних систем

декан факультету авіаційних і космічних систем

Yuliya Malysheva, Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут" Факультет авіаційних і космічних систем

аспірант кафедри приладів та систем керування літальними апаратами

Посилання

Cornall T.D. Aircraft attitude estimation from horizon video / T.D. Cornall, G.K. Egan, A. Price // ELECTRONICS LETTERS 22nd, June 2006, IET, 2006, № 42(13), pp. 744 - 745.

Thurrowgood S. A vision based system for attitude estimation of UAVs / S. Thurrowgood, D. Soccol, R. J. D. Moore, D. Bland, M. V. Srinivasan // IEEE/RSJ International Conference on Intelligent Robots and Systems (IROS), 11-15 October, St. Louis, Missouri, USA IEEE, 2009, pp. 5725 - 5730. – ISBN 978-1-4244-3803-7.

Todorovic S. A Vision System for Intelligent Mission Profiles of Micro Air Vehicles / S. Todorovic, M. C. Nechyba // IEEE Transactions on Vehicular Technology. – 2004. – № 53(6). – pp. 1713 - 1725.

Bao G.-Q. Vision-based horizon extraction for micro air vehicle flight control / G.-Q. Bao, S.-S. Xiong, Z.-Y. Zhou // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. – 2005. – № 54(3). – pp. 1067-1072.

Dusha D. Attitude estimation for a fixed-wing aircraft using horizon detection and optical flow [Online] / D. Dusha, W. Boles, R. Walker // 9th Biennial Conference of the Australian Pattern Recognition Society on Digital Image Computing Techniques and Applications, Glenelg, Australia, 3-5 December, 2007. – pp. 485-492. Available at: http://core.ac.uk/download/pdf/10882228.pdf [Accessed 7. 12. 2016].

Cornall T.D. Measuring horizon angle from video on a small unmanned air vehicle [Online] / T.D. Cornall, G.K. Egan // 2nd International Conference on Autonomous Robots and Agents, Palmerston North, New Zealand, December 13-15, 2004. – C. 339-344. Available at: http://www.ist.massey.ac.nz/conferences/icara2004/files/Papers/Paper59_ICARA2004_339_344.pdf [Accessed 6. 12. 2016].

Chen Y. Vision-Based Horizon Detection and Target Tracking for UAVs / Y. Chen, A. Abushakra, J. Lee // 7th International Symposium, ISVC 2011, Las Vegas, NV, USA, September 26-28, 2011. Proceedings, Part II. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2011. – pp. 310–319.

Ettinger S.M. Vision-Guided Flight Stability and Control for Micro Air Vehicles / S.M. Ettinger, M.C. Nechyba, P.G. Ifju, M.R. Waszak // IEEE International Conference on Intelligent Robots and Systems, October 2002. – №3. – pp. 2134 - 2140.

Bao G. Towards micro air vehicle flight autonomy research on the method of horizon extraction / G. Bao, Z. Zhou, S. Xiong, X. Lin, X. Ye // In IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, Ottawa, Canada, May 2003. – № 2. – pp. 1387–1390.

Dusha D. Error analysis and attitude observability of a monocular GPS/visual odometry integrated navigation filter / D. Dusha, L. Mejias // The International Journal of Robotics Research. – 2012. – № 31(6). – pp. 714–737.

Oreifej O. Horizon constraint for unambiguous UAV navigation in planar scenes / O. Oreifej, N. Lobo, M. Shah // IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA), 2011. – pp. 1159-1165. – ISBN 9781612843803.

S. Todorovic, M. C. Nechyba, P. G. Ifju, Sky/Ground Modeling for Autonomous MAV Flight, IEEE International Conference on Robotics and Automation, September 14-19, 2003. – № 1. – pp. 1422 - 1427.

Gonzalez R.C. Digital image processing / R.C. Gonzalez, R.E. Woods // Upper Saddle River, N.J. : Prentice Hall, 2002. – 146 p.– ISBN 0-201-18075-8.

Rahmouni M. An Integrated Aircraft Navigation System with Optical Horizon Sensor / M. Rahmouni, J. Malysheva // Aviation [Aviacija]. – Taylor & Francis Group, 2012. – № 16(4). – C. 109-114.

Camera Calibration Toolbox for Matlab [Online]. Available at: http://www.vision.caltech.edu/bouguetj/calib_doc/index.html#links [Accessed 7. 12. 2016].

##submission.downloads##

Опубліковано

2015-07-10

Номер

№ 29 (2015)

Розділ

Системи та процеси керування

Ліцензія

Авторське право (c) 2019 Механіка гіроскопічних систем

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).