Слайд 1 - Техническое зрение в системах управления

Оценка влияния конструктивных
и динамических факторов на
точность
измерения высоты в системе
технического зрения проекта
“Фобос-Грунт”
Гришин В. А.
Учреждение Российской академии наук
Институт космических исследований РАН
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
ТСНН – телевизионная система
навигации и наблюдения проекта
“Фобос-грунт”
Задачи:
• Съемка поверхности Фобоса.
• Информационное обеспечение процесса посадки
• выбор места посадки
• измерение дальности (дублирование измерений
лазерного высотомера)
• измерение относительной скорости
(дублирование измерений доплеровского
измерителя скорости)
В состав ТСНН входят УТК и ШТК
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Конструктивные факторы
• Три угла относительного поворота между камерами
• Величина стерео базы
• Два угла, характеризующие поворот стерео базы
относительно заданного положения.
Что может нарушить калибровку, произведенную на земле:
• Перегрузки на этапе выведения и остаточные деформации
• Температурные деформации
Можно прокалибровать в полете по результатам
визирования звездного неба три угла относительного
поворота между камерами. Далее предполагаем, что
такая калибровка произведена.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Влияние конструктивных
факторов
•Ошибки измерений
•Конфигурация областей поиска соответствия.
Область поиска меньше области, в которой могут
находиться искомые точки  Появление
аномальных ошибок установления соответствия.
Область поиска больше области, в которой могут
находиться искомые точки  Медленный рост
числа аномальных ошибок и увеличение
вычислительных затрат.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Расположение камер ТСНН
УТК
ШТК
ШТК
УТК
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Макс. относительная ошибка измерения дальности
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Выводы
•Разворот базы (при неизменной длине в 1,622 метра) порождает
ошибки измерения дальности, меньшие 1% и не является
критичным;
•Не является критичной ситуация, когда имеется одновременный
разброс углового положения камер и базы, но при фиксированном
значении величины базы;
•Значение ошибки измерения дальности, незначительно
превышающее максимально допустимую, наблюдается в случаях,
когда имеются угловые развороты камер и базы, а также меняется
значение длины стерео базы на 1 см, как в плюс, так и в минус;
•Нет необходимости вводить поправки измерения дальности в
зависимости от измеренного значения дальности;
•Нет необходимости вводить поправки измерения дальности в
зависимости от положения точки на площади кадра.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Положение областей поиска
соответствия
Невозможно скомпенсировать калибровкой.
Разброс параметров
Отклонение начальной точки
отрезка поиска по каждой
координате (бесконечность)
Изменение длины отрезка
поиска
Без учета
С учетом
калибровки калибровки
 13,2
0
-1,28 +1,37 –1,22 +1,26
пикс.
пикс.
Угол разворота отрезка поиска
2,36
1,18
Размер области поиска по
координате Y (мин. дальность
10 м)
18 пикс.
3 пикс.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Области поиска особенностей
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Выход отрезков поиска
соответствия за границы
изображения
Интервал дальностей от бесконечности до 10 м.
Учитывался запас 8 пикселов, необходимый для расчета
спектральных коэффициентов. Рассчитывалось положение 30
угловых точек областей поиска особенностей
При угловых разворотах в 1 - максимум 3-7 угловых точек
выходило за границы изображения.
При угловых разворотах, не превосходящих 0,78 точки не
выходили за границы поиска особенностей.
Уменьшение областей поиска особенностей для уменьшения
влияния разворотов нецелесообразно, поскольку уменьшается
вероятность найти точки с хорошими свойствами привязки.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Влияние асинхронности
моментов съемки стереопары
Асинхронность съемки (5 мс) эквивалентна ошибкам углов
ориентации камер и стереобазы, а также длины стереобазы.
Рассмотрены два сценария посадки ИПМ им. М. В. Келдыша:
•Сход с квазисинхронной орбиты (КСО) с упреждением
прохождения траверза точки посадки.
•Сход с квазисинхронной орбиты КСО при прохождении
траверза точки посадки.
Сценарии посадки НПО им. С. А. Лавочкина характеризуются меньшими
скоростями сближения с поверхностью Фобоса и гораздо более спокойной
угловой динамикой. По этой причине для указанных сценариев ошибки
измерения высоты, обусловленные асинхронностью съемки, будут меньше.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Сход с квазисинхронной орбиты с упреждением прохождения
траверза точки посадки. Относительные ошибки измерения.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Сход с квазисинхронной орбиты при прохождении траверза точки
посадки. Относительные ошибки измерения.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011
Выводы
• В результате анализа полученных результатов был
оптимизирован ряд параметров алгоритмов
обработки информации в стереорежиме.
• Получены оценки максимальных ошибок
измерений, порожденных конструктивнотехнологическим разбросом углового и линейного
положения камер.
• Показано, что ошибки, обусловленные
асинхронностью моментов съемки, невелики, и ими
можно пренебречь.
15-17 марта 2011
Техническое зрение в системах управления - 2011