СПОСОБ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО РАЗРЕШЕНИЯ НА МЕСТНОСТИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК G01C11/04 B64U101/32 

Изобретение относится к авиационным оптико-электронным системам (ОЭС) наблюдения, а конкретно, - к экспериментальному определению линейного разрешения на местности (ЛРМ) авиационных оптико-электронных систем наблюдения по изображениям тест-объекта.

Известные способы определения ЛРМ оптико-электронных систем наблюдения по изображениям тест-объекта в видимом и в инфракрасном диапазонах оптического излучения [1. Патент RU 2293960 от 27.05.2007 г. 2. Патент RU 2732784 от 17.03.2020] используют в качестве тест-объекта для их осуществления штриховую пассивную миру, установленную вдоль и поперек направления полета носителя оптико-электронной аппаратуры.

Недостатками известных способов являются неучет расстояния, равного размеру одного пикселя изображения, укладывающемуся между белыми штрихами миры, что снижает точность определения разрешающей способности ОЭС наблюдения и связанного с ней обратной зависимостью линейного разрешения ОЭС на местности, а также высокая стоимость эксперимента, обусловленная необходимостью выполнения нескольких единиц-десятков пролетов летательного аппарата (ЛА) с установленной на нем ОЭС над мирой на разных высотах и при разных значениях курса ЛА для получения серии ее аэроснимков, пригодных для дешифрирования.

Наиболее близким заявляемому способу является способ определения линейного разрешения на местности на пиксель оптико-электронной системы летательного аппарата по патенту RU 2732784, опубликованному 22.09.2020 г., характеризующийся размещением и закреплением на местности вдоль и поперек направления полета ЛА штриховой миры, выполнением аэросъемки миры при заданных значениях высоты полета и курса ЛА, дешифрированием аэроснимков и вычислением оценки линейного разрешения на местности оптико-электронной системы наблюдения как среднего арифметического значений оценок, полученных всеми операторами-дешифровщиками по изображениям всех штриховых групп миры, каждая из которых характеризуется минимальной шириной штриха в распознанных группах штрихов, в которых все штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине. В качестве миры использована стандартная штриховая мира, состоящая из 19 групп штрихов, расположенных в порядке возрастания ширины штрихов; каждая группа включает в себя две подгруппы трехпалых штрихов, каждая из которых состоит из трех прямоугольных и параллельных друг другу штрихов различных размеров с соотношением сторон 5:1. Полотно с нанесенной на него мирой оборудовано меткой радиочастотной идентификации.

Недостатком данного способа определения линейного разрешения на местности ОЭС наблюдения является высокая стоимость эксперимента, обусловленная необходимостью выполнения нескольких единиц-десятков пролетов ЛА с установленной на нем ОЭС над мирой на разных высотах и при различных значениях курса ЛА для получения серии аэроснимков, подлежащих дешифрированию, а также использование нестандартной штриховой миры.

Задача изобретения - повышение точности определения линейного разрешения на местности авиационной оптико-электронной системы наблюдения.

Технический результат заключается в том, что заявляемый способ экспериментального определения линейного разрешения на местности оптико-электронной системы наблюдения заключается в установке ОЭС наблюдения, снабженной объективом с измененяемым фокусным расстоянием, на беспилотный летательный аппарат (БЛА) коптерного класса, выполнении аэросъемки тест-объекта в виде штриховой миры, состоящей из 19 квадратных штриховых групп, каждая группа штрихов состоит из трех белых штрихов и двух черных промежутков между ними, при этом ширина и длина штрихов в пределах каждой группы постоянны, отношение длины штриха к его ширине составляет 5:1, с шириной штрихов в наборах миры 0,01; 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1,0 м, выполнением аэросъемки миры, дешифрированием полученных аэроснимков группой операторов-дешифровщиков и вычислением оценки разрешающей способности оптико-электронной системы наблюдения как среднего арифметического значений оценок, полученных всеми операторами-дешифровщиками по изображениям всех штриховых групп миры, каждая из которых характеризуется минимальной шириной штриха в распознанных группах штрихов, в которых все штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине (максимальная пространственная частота которой соответствует потере различимости в изображении темных и светлых штрихов), и отличается от прототипа тем, что ширина штрихов в соседних группах изменяется в раз, а расстояние между группами штрихов миры составляет не меньше ширины штриха большей группы, аэросъемку выполняют оптико-электронной системой, установленной на беспилотный летательный аппарат коптерного класса и оборудованной объективом с переменным фокусным расстоянием, при различных заданных значениях фокусного расстояния при постоянной высоте аэросъемки, изменяемого, начиная с наибольшего значения, через равные промежутки Δƒ=const, при этом беспилотный летательный аппарат оснащен лазерным высотомером или радиовысотомером, измеряющим истинную геометрическую высоту аэросъемки h_Г, а величину линейного разрешения на местности определяют по формуле:

где d_И - ширина штриха в распознанной оператором-дешифровщиком группе штрихов.

Учитывая относительно небольшую высоту полета БЛА и изменяемое фокусное расстояние его объектива для оценки линейного разрешения систем ОЭС наблюдения целесообразно использовать миру с шириной штрихов в порядке убывания размером от 1,0 м до 0,12 м.

В качестве оптико-электронной системы наблюдения могут быть использованы цифровой аэрофотоаппарат, цифровая тепловизионная система или телевизионная система. При использовании в качестве оптико-электронной системы наблюдения цифровой тепловизионной системы штрихи миры выполнены электронагреваемыми, изготовленными, например, из электронагреваемой углеграфитовой ткани.

Линейное разрешение на местности (ЛРМ), обеспечиваемое оптико-электронными системами, важно знать для прогнозирования вероятностей обнаружения и распознавания объектов наблюдения по их изображениям. Величина ЛРМ определяется по формуле:

где γ - мгновенный угол поля зрения системы наблюдения (СН);

h_г - истинная геометрическая высота полета носителя.

Для экспериментального определения зависимостей вероятностей обнаружения и распознавания объектов наблюдения (ОН) от величины ЛРМ необходимо обеспечить аэросъемку тест-объекта и каждого распознаваемого объекта с разных высот. Это требует выполнения полетов над одним и тем же объектом на разных высотах с равным превышением одной высоты полета над другой (в виде «этажерки»): h_г1, h_г2, …, h_гi, …, h_гn, - при этом Δh_г=h_гi - h_г(i-1)=const, например, в диапазоне высот от 200 м до 1000 м через 100 м или через 200 м. Такой эксперимент является материально очень затратным.

Предлагаемый авторами способ осуществления такого эксперимента основан на применении цифрового аэрофотоаппарата или оптико-электронной системы со смотрящей матрицей, снабженных объективом с переменным фокусным расстоянием, или вариообъективом. В этом случае изменение высоты аэросъемки и несколько единиц-десятков пролетов ЛА с установленной на нем ОЭС наблюдения над тест-объектом заменяются аэросъемкой с изменением фокусного расстояния, которое производится на некоторой заданной постоянной высоте, обеспечиваемой с помощью носителя класса квадро- или гексакоптера и измеряемой лазерным или радиовысотомером, который измеряет с высокой точностью истинную геометрическую высоту оптико-электронной системы над мирой. Изменение величины ЛРМ, необходимое для получения зависимостей вероятностей обнаружения и распознавания объектов наблюдения от ЛРМ, достигается дискретным изменением (с некоторым заданным интервалом Δƒ=const) фокусного расстояния ƒ вариообъектива, начиная с максимальной и заканчивая минимально возможной величиной.

ЛРМ d_M связано с линейным разрешением на изображении (в данном случае это - минимальная ширина штриха, который распознал оператор-дешифровщик) d_И через масштаб съемки m:

Мгновенный угол поля зрения γ СН равен:

откуда найдем d_M:

При этом в виде «этажерки» изменяют не высоту аэросъемки, как в прототипе, а фокусное расстояние ОЭС наблюдения: ƒ₁, ƒ₂, …, ƒ_i, …, ƒ_n, - при этом Δƒ=ƒ_i-ƒ_(i-1)=const, h_Г=const.

Заявляемый способ осуществляют в несколько этапов.

1. Аэросъемка тест-объекта с БЛА при различных значениях дискретно изменяемого фокусного расстояния ƒ при Δƒ=const, h_Г=const.

2. Регистрация, с возможностью визуализации, полученных аэроснимков.

3. Дешифрирование полученных изображений с занесением результатов в таблицу.

4. Вычисление среднего арифметического значения разрешающей способности, полученного каждым дешифровщиком по каждому дешифрированному изображению.

5. Определение ширины штриха, соответствующего разрешающей способности оптико-электронной системы.

6. Вычисление значения линейного разрешения на местности оптико-электронной системы, соответствующего среднему арифметическому значению разрешающей способности (см. этап 4) по формуле (4).

Результаты дешифрирования аэроснимков штриховой миры группой п операторов-дешифровщиков в виде ответов «Да», обозначаемых цифрой «1», или «Нет», обозначаемых цифрой «0», заносят в таблицу, в которую, в общем случае, кроме тест-объекта, могут быть занесены и изображения реальных объектов наблюдения: 1, 2, …, m.

В процессе дешифрирования реальных объектов наблюдения может быть предусмотрено несколько категорий распознавания, например: «О» - обнаружение; «В» - распознавание объекта до вида; «К» - распознавание объекта до класса; «Т» - распознавание объекта до типа. В этом случае в таблицу добавляют еще два этапа осуществления заявляемого способа:

7. Определение экспериментальных зависимостей вероятностей обнаружения и распознавания объекта по его изображению;

8. Аппроксимация экспериментальных зависимостей вероятностей обнаружения и распознавания объекта от величины линейного разрешения на местности известными аналитическими функциями.

Технический результат заключается в решении задачи изобретения, а именно, в уменьшении материальных затрат на экспериментальное определение линейного разрешения на местности оптико-электронных систем наблюдения и в повышении точности определения ЛРМ, которое позволяет прогнозировать вероятность распознавания по изображениям различных по линейным размерам объектов наблюдения с необходимой степенью подробности при их аэросъемке с разных высот.

Изобретение относится к способам определения линейного разрешения на местности (ЛРМ) авиационных оптико-электронных систем (ОЭС). Предлагаемый способ экспериментального определения ЛРМ ОЭС наблюдения, установленной на летательном аппарате, характеризуется размещением и закреплением на местности штриховой миры с соотношением длины и ширины штрихов 5:1, выполнением аэрофотосъемки миры при помощи беспилотного летательного аппарата коптерного типа, дешифрированием полученных аэрофотоснимков, вычислением оценки разрешающей способности ОЭС наблюдения. При этом ширина штрихов в соседних группах миры изменяется в раз, а расстояние между группами штрихов миры составляет не меньше ширины штриха большей группы. При этом величину ЛРМ определяют по ширине штриха в распознанной группе штрихов миры, высоте аэрофотосъёмки и фокусному расстоянию ОЭС. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения ЛРМ. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ экспериментального определения линейного разрешения на местности оптико-электронной системы наблюдения, установленной на летательном аппарате, характеризующийся размещением и закреплением на местности штриховой миры, состоящей из 19 квадратных штриховых групп, состоящих из двух подгрупп трехпалых штрихов, по три штриха одинаковой длины и ширины в каждой подгруппе, с соотношением длины и ширины 5:1, выполнением аэросъемки миры, дешифрированием аэроснимков группой операторов-дешифровщиков и вычислением оценки разрешающей способности оптико-электронной системы наблюдения как среднего арифметического значений оценок, полученных всеми операторами-дешифровщиками по изображениям всех штриховых групп миры, каждая из которых характеризуется минимальной шириной штриха в распознанных группах штрихов, в которых все штрихи наблюдаются раздельно по всей их длине, отличающийся тем, что ширина штрихов в соседних группах изменяется в раз, а расстояние между группами штрихов миры составляет не меньше ширины штриха большей группы, аэросъемку выполняют оптико-электронной системой, установленной на беспилотном летательном аппарате коптерного класса и оборудованной объективом с переменным фокусным расстоянием, при заданных значениях фокусного расстояния при постоянной высоте аэросъемки, изменяемого через равные промежутки =const, при этом беспилотный летательный аппарат оснащен лазерным высотомером или радиовысотомером, измеряющим истинную геометрическую высоту аэросъемки h_Г, а величину линейного разрешения на местности определяют по формуле: d_M=d_Иh_Г/f, где d_И - ширина штриха в распознанной оператором-дешифровщиком группе штрихов.

2. Способ экспериментального определения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптико-электронной системы наблюдения использован цифровой аэрофотоаппарат.

3. Способ экспериментального определения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптико-электронной системы наблюдения использована цифровая телевизионная система.

4. Способ экспериментального определения по п. 1, отличающийся тем, что в качестве оптико-электронной системы наблюдения использована цифровая тепловизионная система.

5. Способ экспериментального определения по любому из пп. 1, 4, отличающийся тем, что при использовании в качестве оптико-электронной системы наблюдения цифровой тепловизионной системы штрихи миры выполняют электронагреваемыми, изготовленными из электронагреваемой углеграфитовой ткани.