priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2025-68-4-320-327pribor-363Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И КОМПЛЕКСЫOPTICAL AND OPTOELECTRONIC DEVICES AND COMPLEXESАлгоритм определения расстояния между объектами и их линейных размеров в поле зрения активно-импульсной телевизионной измерительной системыAlgorithm for Determining the Distance Between Objects and their Linear Dimensions in the Field of View of an Active-Pulse Television Measuring SystemКапустинВ. В.KapustinV. V.

Вячеслав Валерьевич Капустин — канд. техн. наук кафедра телевидения и управления; доцент

Томск

Viacheslav V. Kapustin — PhD; Department of Television and Control; Associate Professor

Tomsk

peregnun@mail.ruЗахлебинА. С.ZakhlebinA. S.

Александр Сергеевич Захлебин — канд. техн. наук кафедра телевидения и управления; доцент

Томск

Alexander S. Zakhlebin — PhD; Department of Television and Control; Associate Professor

Tomsk

aerosnimok@gmail.comМовчанА. К.MovchanA. K.

Андрей Кириллович Мовчан — канд. техн. наук кафедра телевидения и управления; доцент

Томск

Andrey K. Movchan — PhD; Department of Television and Control; Associate Professor

Tomsk

mr.movchann@mail.ruКурячийМ. И.KuryachyM. I.

Михаил Иванович Курячий — канд. техн. наук кафедра телевидения и управления; профессор

Томск

Mikhail I. Kuryachiy — PhD, Associate Professor; Department of Television and Control; Professor

Tomsk

kurtusur@mail.ruЗабугаС. А.ZabugaS. A.

Сергей Александрович Забуга — ТУСУР, кафедра телевидения и управления; инженер лаборатории телевизионной автоматики

Томск

Sergey A. Zabuga — Department of Television and Control; Engineer

Tomsk

sergeizabuga@gmail.comМусихинИ. Д.MusihinI. D.

Илья Денисович Мусихин — кафедра телевидения и управления; инженер лаборатории телевизионной автоматики

Томск

Ilya D. Musikhin — Department of Television and Control; Engineer

Tomsk

ilia.d.musikhin@tusur.ruКаменскийА. В.KamenskyA. V.

Андрей Викторович Каменский — канд. техн. наук кафедра телевидения и управления; доцент

Томск

Andrey V. Kamensky — PhD; Department of Television and Control; Associate Professor

Tomsk

andru170@mail.ruТомский государственный университет систем управления и радиоэлектроникиTomsk State University of Control Systems and Radioelectronics202507052025684320327Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20252025Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/363

Разработан и экспериментально исследован алгоритм определения расстояния между наблюдаемыми объектами и их линейных размеров в поле зрения активно-импульсной телевизионной измерительной системы (АИ ТИС) с использованием карт глубин, полученных многозонным методом измерения дальности (ММИД). Оценена возможность применения АИ ТИС и ММИД для задачи дистанционного измерения расстояний между наблюдаемыми объектами и линейных размеров последних. Предложенный алгоритм позволяет определять размеры объектов и расстояния между ними на основе известных параметров АИ ТИС и информации о расположении пикселов на матрице фотоприемного устройства. Под размерами объектов понимаются их линейные величины — ширина и высота, определяемые в метрической системе координат. Информация о расположении пикселов на матрице включает координаты пикселов (номера строк и столбцов матрицы), которые соответствуют определенным точкам объектов, в системе координат фотоприемной матрицы (номера строк и столбцов матрицы). Алгоритм адаптирует известные соотношения геометрической оптики для ММИД, используемого в АИ ТИС.

Для апробации алгоритма проведен эксперимент в лабораторных условиях с использованием макета АИ ТИС. Результаты измерений показали, что применение ММИД с длительностью импульса стробирования электронно-оптического преобразователя 50 нс обеспечивает наименьшее среднеквадратическое отклонение (СКО) рассчитанных значений относительно эталонных (измеренных): для размеров объектов СКО = 0,01 м (не более 5 %), для расстояний между объектами СКО = 0,12 м.

Таким образом, предложенный алгоритм может быть использован при дистанционном определении линейных размеров объектов и расстояний между ними с использованием АИ ТИС.

An algorithm for determining the distance between observed objects and their linear dimensions in the field of view of an active-pulse television measuring system (AP TMS) using depth maps obtained by the multi-area range measurement method (MARMM) has been developed and experimentally studied. The possibility of using AP TMS and MARMM for the task of remotely measuring distances between observed objects and their linear dimensions has been assessed. The proposed algorithm allows determining the dimensions of objects and the distances between them based on known AP TMS parameters and information on the location of pixels on the matrix of the photodetector. The objects dimensions are understood as their linear quantities — width and height, determined in the metric coordinate system. Information on the location of pixels on the matrix includes the coordinates of pixels (row and column numbers of the matrix), which correspond to certain points of objects, in the coordinate system of the photodetector matrix (row and column numbers of the matrix). The algorithm adapts the known relationships of geometric optics for MARMM used in AP TMS. An experiment performed in laboratory conditions with an AP TMS prototype is used to test the algorithm. Results of the measurements show that the use of MARMM with 50 ns duration of the electron-optical converter strobing pulse provides the standart deviation (SD) of the calculated values relative to the reference (measured): for the objects sizes, SD = 0.01 m (no more than 5%); for distances between objects, SD = 0.12 m. Thus, the proposed algorithm can be used in practice for remote determination of linear dimensions of objects and distances between them using AP TMS.

поле зрениякарта глубиныразмеры объектоврасстояниеактивно-импульсная телевизионная измерительная системаактивная зона виденияfield of viewdepth mapobject sizesdistanceactive-pulse television measuring systemactive vision areaисследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 21-79-10200 в ТУСУРThe study was carried out with the support of the Russian Science Foundation, Grant No. 21-79- 10200 at TUSUR.ReferencesГолицын А. А. Аппаратно-программный комплекс для исследования возможностей применения ПЗСфотоприемников в составе активно-импульсных систем наблюдения // Автометрия. 2019. Т. 55, № 5. С. 107–114. DOI: 10.15372/AUT20190515.Golitsyn A.A. Avtometriya, 2019, no. 5(55), pp. 107–114, DOI 10.15372/AUT20190515. (in Russ.)Кунцевич Б. Ф., Кабашников В. П. Особенности формирования зоны видимости активно-импульсными системами видения на малых дистанциях // Журнал прикладной спектроскопии. 2020. Т. 87, № 6. С. 984–989.Kuntsevich B.F., Kabashnikov V.P. Zurnal Prikladnoj Spektroskopii, 2020, no. 6(87), pp. 984–989. (in Russ.)Baranov P., Tsytsulin A., Kurnikov A., & Chrnogubov A. 3D Imaging Method Based on CCD in the Ultra-Small Integration Time Mode // 2019 Intern. Multi-Conf. on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON). 2019, October. P. 0725–0728.Baranov P., Tsytsulin A., Kurnikov A., & Chеrnogubov A. 2019 International Multi-Conference on Engineering, Computer and Information Sciences (SIBIRCON), 2019, October, pp. 0725–0728.Суриков А. В., Лешенюк Н. С., Кулешов В. К. Генератор наносекундных импульсов накачки для активно-импульсной системы видения в дыму и расчет дальности ее действия // Вестник Университета гражданской защиты МЧС Беларуси. 2021. Т. 5, № 1. С. 20–32. DOI 10.33408/2519-237X.2021.5-1.20.Surikov A.V., Leshenyuk N.S., Kuleshov V.K. Vestnik Universiteta grazhdanskoy zashchity MCHS Belarusi, 2021, no. 1(5), pp. 20–32, DOI 10.33408/2519-237X.2021.5-1.20. (in Russ.)Грузевич Ю. К., Альков П. С., Балясный Л. М., Чистов О. В. Лазерная оптико-телевизионная активно-импульсная система подводного видения // Подводные исследования и робототехника. 2024. № 3(49). С. 62–75. DOI: 10.37102/1992-4429_2024_49_03_06.Gruzevich Yu.K., Alkov P.S., Balyasny L.M., Chistov O.V. Underwater Investigations and Robotics, 2024, no. 3(49), pp. 62–75, DOI 10.37102/1992-4429_2024_49_03_06. (in Russ.)Иванов В. И., Иванов Н. И. Метод повышения эффективности лазерных активно-импульсных систем видения объектов с квазинулевым оптическим контрастом // Журнал прикладной спектроскопии. 2022. Т. 89, № 6. С. 858–868. DOI: 10.47612/0514-7506-2022-89-6-858-868.Ivanov V.I., Ivanov N.I. Zurnal Prikladnoj Spektroskopii, 2022, no. 6(89), pp. 858–868, DOI 10.47612/0514-7506-2022-89-6-858-868. (in Russ.)Baranov P. S., Kurnikov A. S., Mantsvetov A. A., Pyatkov V. V. Multi-pulse active CCD television system model for 3D imaging // Extreme Robotics. 2019. N 1(30). P. 45–51.Baranov P.S., Kurnikov A.S., Mantsvetov A.A., Pyatkov V.V. Extreme Robotics, 2019, no. 1(30), pp. 45–51.Pengfei Wang, Hao Liu, Shaoping Qiu, Yu Liu, and Feng Huang. Three-dimensional super-resolution range-gated imaging based on Gaussian-range-intensity model // Appl. Opt. 2023. vol. 62. Р. 7633–7642.Pengfei Wang, Hao Liu, Shaoping Qiu, Yu Liu, and Feng Huang, Appl. Opt. 2023, vol. 62, рр. 7633–7642.Musikhin I. D., Kapustin V. V., Tislenko A. A., Movchan A., Zabuga S. A. Building Depth Maps Using an Active-Pulse Television Measuring System in Real Time Domain // Scientific Visualization. 2024. Vol. 16, N 1. Р. 38–51. DOI: 10.26583/sv.16.1.04.Musikhin I.D., Kapustin V.V., Tislenko A.A., Movchan A., Zabuga S.A. Scientific Visualization, 2024, no. 1(16), pp. 38–51, DOI: 10.26583/sv.16.1.04.Денисов А. В., Капитонов Д. А., Курников А. С. Построение трехмерного образа искусственного космического объекта методом лазерной локации // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19, № 5. С. 783–789. DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-783-789.Denisov A.V., Kapitonov D.A., Kurnikov A.S. Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2019, no. 5(19), pp. 783–789, DOI: 10.17586/2226-1494-2019-19-5-783-789. (in Russ.)Капустин В. В., Мовчан А. К. Многозонные методы формирования карт глубин с использованием активно-импульсных телевизионных измерительных систем // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2023. № 2. С. 44–54.Kapustin V.V., Movchan A.K. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya, 2023, no. 2, pp. 44–54. (in Russ.)Капустин В. В., Мовчан А. К., Тисленко А. А. Оценка точности измерения дальности многозонными методами с использованием активно-импульсной телевизионной измерительной системы по экспериментальным данным // Автометрия. 2024. Т. 60, № 1. С. 117–128. DOI: 10.15372/AUT20240113.Kapustin V.V., Movchan A.K., Tislenko A.A. Avtometriya, 2024, no. 1(60), pp. 117–128, DOI 10.15372/AUT20240113. (in Russ.)Пат. РФ 2811331 C1, МПК G01S 17/02. Устройство формирования изображения карты дальностей до наблюдаемых объектов / А. Мовчан, М. И. Курячий, В. В. Капустин, Н. Бородина. Заяв. № 2023124916 от 28.09.2023, опубл. 11.01.2024.Patent RU 2811331 C1, G01S 17/02, Ustroystvo formirovaniya izobrazheniya karty dal’nostey do nablyudayemykh ob”yektov (Device for Forming Image of Map of Distances to Surveyed Objects), A. Movchan, M.I. Kuryachiy, V.V. Kapustin, N. Borodina, Patent application no. 2023124916, Priority 28.09.2023, Published 11.01.2024. (in Russ.)Fowles G. R. Introduction to modern optics. Courier Corporation, 1989.Fowles G.R. Introduction to modern optics, Courier Corporation, 1989.Гейдаров П. Ш. Алгоритм определения расположения и размеров объектов на основе анализа изображений объектов // Компьютерная оптика. 2011. Т. 35, № 2. С. 275–280.Heydarov P.Sh. Computer Optics, 2011, no. 2(35), pp. 275–280. (in Russ.)Gonzalez R. C., Woods R. E. Digital Image Processing. NY, 2013. 1022 p.Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital Image Processing, NY, 2013, 1022 p.Kapustin V. V., Zahlebin A. S., Movchan A. K. et al. Experimental assessment of the distance measurement accuracy using the active-pulse television measuring system and a digital terrain model // Computer Optics. 2022. Vol. 46, N 6. P. 948–954. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1114.Kapustin V.V., Zahlebin A.S., Movchan A.K. et al. Computer Optics, 2022, no. 6(46), pp. 948–954, DOI 10.18287/2412-6179-CO-1114.Мовчан А. К., Капустин В. В., Курячий М. И., Чалдина Е. С. Методы и алгоритмы прецизионного измерения дальности активно-импульсными телевизионными измерительными системами // Доклады ТУСУР. 2020. Т. 23, № 2. С. 7–14. DOI: 10.21293/1818-0442-2020-23-2-7-14.Movchan A.K., Kapustin V.V., Kuryachiy M.I., Chaldina E.S. Proceedings of TUSUR University, 2020, no. 2(23), pp. 7–14, DOI 10.21293/1818-0442-2020-23-2-7-14. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.