Кандидат технических наук, доцент, зав. сектором
г. Москва
Noskov Vladimir P., PhD, Special robotics and mechatronics department, NIISM Sector Head
Moscow, 105005
Аспирант
г. Москва
Рассмотрены актуальные задачи 3D-реконструкции модели индустриально-городской среды и навигации, решаемые путем выделения и идентификации в процессе движения текстурированных линейных объектов по данным бортовой комплексированной системы технического зрения, состоящей из взаимно-юстированных 3D-лазерного сенсора и видеокамеры с общей зоной обзора. Для полного решения навигационной задачи (определения трех линейных и трех угловых координат объекта управления) необходимо в процессе движения в последовательности облаков точек, формируемых 3D-лазерным сенсором, выделять и идентифицировать не менее трех взаимно не параллельных плоских объектов. В случае выделения менее трех плоских объектов (например, в средах, подвергшихся разрушениям) навигационная задача решается не полностью (определяются однозначно не все координаты, а некоторые координаты связываются линейной или нелинейной зависимостями). В этих случаях предлагается дополнительно использовать формируемую видеокамерой текстуру выделяемых плоских объектов. В статье приведен анализ особенностей решения навигационной задачи в зависимости от числа выделяемых и идентифицируемых текстурированных линейных объектов в текущих комплексированных дальнометрических изображениях. Предложены алгоритмы решения навигационной задачи при выделении и идентификации в процессе движения одного текстурированного линейного объекта и двух текстурированных не параллельных друг другу линейных объектов. Показано, что в первом случае использование текстуры позволяет свести решение навигационной задачи к трехмерной, а во втором случае — к одномерной задаче оптимизации (поиску глобального оптимума функционала соответственно от трех и одной переменной). Предложенные алгоритмы обработки комплексированных изображений обеспечивают полное решение навигационной задачи даже при выделении менее трех линейных объектов, что существенно повышает достоверность решения навигационной задачи и построения модели внешней среды даже в индустриально-городских средах, подвергшихся разрушению, и, следовательно, надежность функционирования и живучесть наземных и воздушных робототехнических средств в автономных режимах движения. Приведены результаты работы соответствующих программно-аппаратных средств в реальных индустриально-городских средах, подтверждающие корректность и эффективность предлагаемых алгоритмов.
The actual tasks of 3D-reconstruction of the industrial-urban environment and navigation models are considered by solving the identification of textured linear objects in the process of movement according to the onboard complex and technical vision system consisting of a mutually adjusted 3D laser sensor and a video camera with a common viewing area. For a complete solution of the navigation task (determination of three linear and three angular coordinates of the control object), it is necessary to select and identify at least three mutually non-parallel flat objects in the process of moving in a sequence of point clouds formed by a 3D laser sensor. In the case of the allocation of less than three flat objects (for example, in environments subjected to destruction), the navigation problem is not fully solved (not all coordinates are determined unambiguously, and some coordinates are related by linear or non-linear dependencies). In these cases, it is proposed to additionally use the texture of the selected flat objects formed by the video camera. In the paper is given the analysis of the features of the solution of the navigation problem is carried out depending on the number of allocated and identifiable textured linear objects in the current integrated images and algorithms for solving the navigation problem are evaluated for selecting and identifying the process of movement of one textured linear object and of two textured non-parallel linear objects. It is shown that in the first case, the use of texture makes it possible to reduce the solution of the navigational problem to a three-dimensional one, and in the second case to a one-dimensional optimization problem (finding the global optimum of a functional three and one variable, respectively). The proposed algorithms for processing complexed images provide a complete solution to the navigation task even if less than three linear objects are selected, which significantly increases the reliability of solving the navigation task and building an environmental model even in industrial-urban environments that have been destroyed, and therefore, the reliability and survivability of the ground ones and airborne robotic tools in autonomous modes of movement. The results of the corresponding software and hardware solutions in real industrial-urban environments, confirmed the accuracy and effectiveness of the proposed algorithms.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.