priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2023-66-3-200-209pribor-87Research ArticleСИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИSYSTEM ANALYSIS, MANAGEMENT AND INFORMATION PROCESSINGПрименение частотного метода обработки изображения для повышения точности определения параметров визирной целиApplication of the Frequency Method of Image Processing to Improve the Accuracy of Determining Sighting Target ParametersШилинА. Н.Shilin.A. N.

Александр Николаевич Шилин - д-р техн. наук, профессор; кафедра электроники; зав. кафедрой

Волгоград

Aleksandеr N. Shilin  Dr. Sci., Professor; Department of Electronics; Head of the Dеpartment

Volgograd

eltech@vstu.ruРощинД. А.RoshchinD. A

Дмитрий Александрович Рощин - канд. техн. наук

Москва

Dmitry A. Roshchin - PhD

Moscow

whwhwh@mail.ruВолгоградский государственный технический университетVolgograd State Technical UniversityНаучно-исследовательский испытательный центр Железнодорожных войскResearch and Testing Center of the Railway Troops202326112024663200209Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/87

Представлен метод цифровой обработки изображения контура визирной цели в частотной области, позволяющий значительно повысить точность оптоэлектронного устройства при измерении угловых координат объектов. Контур визирной цели на изображении представляется в комплексной плоскости посредством построения ее профилограммы относительно базовой окружности. Для анализа и расчета погрешностей определения контура получен фурье-образ развернутой профилограммы контура визирной цели путем применения дискретного фурье-преобразования, что позволило определить характеристики рассеяния случайной составляющей погрешности измерения координат центра контура визирной цели и оценить погрешности измерения ее параметров на изображении. Параметры контура визирной цели определены по формулам Спрэгга путем решения оптимизационной задачи по вычислению минимума гладкой целевой функции. По результатам фильтрации изображения визирной цели с помощью идеального фильтра высоких частот достигнуто уменьшение абсолютной погрешности измерения угловых координат визирной цели более чем в два раза относительно результатов, полученных с помощью метода наименьших квадратов. Применение методов цифровой обработки изображения визирной цели в частотной области позволило привести погрешность измерения угловых координат оптоэлектронного устройства в пределы допускаемой среднеквадратической погрешности измерения угла для тахеометра технического класса точности.

A method for digital processing of the image of sighting target contour in the frequency domain is presented, which makes it possible to significantly improve the accuracy of the optoelectronic device when measuring the angular coordinates of objects. The contour of the sighting target image is represented in the complex plane by constructing its profilogram relative to the base circle. To analyze and calculate the errors in determining the contour, the Fourier image of the expanded profilogram of the target contour is obtained by applying a discrete Fourier transform, which makes it possible to determine the scattering characteristics of the random component of the error in measuring the coordinates of the center of the sighting target contour and to evaluate the errors of its image parameters measurement. The contour parameters of the sighting target are determined using the Spragg formulas by solving the optimization problem of calculating the minimum of a smooth objective function. According to results of target image filtering with the help of an ideal high-pass filter, the absolute error in measuring the sighting target angular coordinates is reduced by more than two times relative to results obtained using the least squares method. The application of methods of digital image processing of the sighting target in the frequency domain enables to bring the measurement error of the angular coordinates of the optoelectronic device within the limits of the permissible average square error of angle measurement for a total station of technical accuracy class.

визирная цельоптоэлектронное устройствоцифровая обработка изображенийчастотная областьфурье-преобразованиеаддитивный шумфильтр высоких частотпрофилограммаsighting targetoptoelectronic devicedigital image processingfrequency domainFourier transformadditive noisehigh-pass filterprofilogramReferencesВласов С. М., Бойков В. И., Быстров С. В., Григорьев В. В. Бесконтактные средства локальной ориентации роботов. СПб: Ун-т ИТМО, 2017. 169 с.Vlasov S.M., Boykov V.I., Bystrov S.V., Grigoriev V.V. Beskontaktnyye sredstva lokal'noy oriyentatsii robotov (NonContact Means of Local Orientation of Robots), St. Petersburg, 2017, 169 р. (in Russ.)Рощин Д. А. Погрузка гусеничной техники своим ходом на автоприцеп: управление с помощью системы технического зрения // Измерительная техника. 2022. № 1. С. 23-29. DOI 10.32446/0368-1025it.2022-1-23-29.Roshchin D.A. Measurement Techniques, 2022, no. 1, pp. 24-32.Jinwoo K., Seokho Ch., Jongwon S. Interaction analysis for vision-based activity identification of earthmoving excavators and dump trucks // Automation in Construction. 2018. Vol. 87. P. 297-308. DOI: 10.1016/j.autcon.2017.12.016.Jinwoo K., Seokho Ch., Jongwon S. Automation in Construction, 2018, vol. 87, рp. 297-308, DOI: 10.1016/j.autcon.2017.12.016.Рощин Д. А. Применение системы машинного зрения для контроля пространственного положения строительной техники // Измерительная техника. 2022. № 3. С. 29-35. DOI: 10.32446/0368-1025it.2022-3-29-35.Roshchin D.A. Measurement Techniques, 2022, no. 3, pp. 180-187.Виноградов А. В., Войтенко А. В. Современные технологии геодезических изысканий: Учеб. пособие. Омск: СибАДИ, 2012. 111 с.Vinogradov A.V., Voitenko A.V. Sovremennyye tekhnologii geodezicheskikh izyskaniy (Modern Technologies of Geodetic Surveys), Оmsk, 2012, 111 р. (in Russ.)Song Y., Fan R., Huang S. et al. A three-stage real-time detector for traffic signs in large panoramas // Computational Visual Media. 2019. N 5. P. 403-416. DOI:10.1007/s41095-019-0152-1.Song Y., Fan R., Huang S. et al. Computational Visual Media, 2019, no. 5, pp. 403–416, DOI:10.1007/s41095-019-0152-1.Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. 1072 с.Gonzalez R.C., Woods R.E. Digital Image Processing, Prentice Hall, 2008, 954 р.Di Zenzo S. A note on the gradient of a multi-image // Computer vision, Graphics, and Image Processing. 1986. Vol. 33, N 1. P. 116-125Di Zenzo S. Computer Vision, Graphics, and Image Processing, 1986, no. 1(33), pp. 116-125.Гебель И. Д. Инвариантные свойства отклонения профиля от круглой формы // Измерительная техника. 1978. № 11. С. 16-19.Gebel' I.D. Measurement Techniques, 1978, no. 11, pp. 1495-1500.Гебель И. Д. Выбор базовой окружности при измерении формы профиля тел вращения // Измерительная техника. 1971. № 10. С. 20-24.Gebel' I.D. Measurement Techniques, 1971, no. 10, pp. 1485-1492.Шилин А. Н. Анализ методов и схем измерения геометрических параметров обечаек в процессе их формообразования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2002. № 9. С. 44-52.Shilin A.N. Devices and Systems. Management, Control, Diagnostics, 2002, no. 9, pp. 44-52. (in Russ.)Авдулов А. Н. Контроль и оценка круглости деталей машин. М.: Изд-во стандартов, 1974. 175 с.Avdulov A.N. Kontrol' i otsenka kruglosti detaley mashin (Control and Evaluation of the Roundness of Machine Parts), Moscow, 1974, 175 р. (in Russ.)Spragg R. C. Accurat calibration of Surface Texture and roundness Measuring Instruments // Proc. Institution of Mech. Engineers. 1967-1968. Vol. 182. Part 3k. P. 497.Spragg R.C. Proc. Instr. Mech. Engrs., 1967–1968, vol. 182, pt. 3k, рp. 497.Spragg R. C., Whitehouse D. J. New Unified Approach to Surface Metrology // Proc. Institution of Mech. Engineers. 1970-1971. Vol. 185. P. 47-71.Spragg R.C., Whitehouse D.J. Proc. Instr. Mech. Engrs., 1970-1971, vol. 185, рр. 47-71.Гаврилова А. Н. Точность производства в машиностроении и приборостроении. М.: Машиностроение, 1973. 567 с.Gavrilova A.N. Tochnost' proizvodstva v mashinostroyenii i priborostroyenii (Production Precision in Mechanical Engineering and Instrumentation), Moscow, 1973, 567 р. (in Russ.)Сизенов Л. К. Суммирование погрешностей размеров и формы в поперечном сечении цилиндрических деталей // Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1969. № 11. С. 134-138.Sizenov L.K. Journal of Instrument Engineering, 1969, no. 11, pp. 134-138. (in Russ.)Gander W., Golub G. H., Strebel R. Least-squares fitting of circles and ellipses // BIT. 1994. Vol. 34, N 4. P. 558-578. DOI:10.1007/BF01934268.Gander W., Golub G.H., Strebel R. BIT, 1994, no. 4(34), pp. 558-578, DOI:10.1007/BF01934268.

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