Підвищення ефективності телевізійної системи керування автомобіля

Дисертаційна робота присвячена підвищенню ефективності телевізійної системи керування автомобілем. Актуальність теми. В даний час комп'ютеризація в нашому суспільстві розвивається швидкими темпами і відіграє величезну роль в житті людини. За допомогою комп'ютерних технологій автоматизується широке коло процесів, які в недалекому минулому покладалися на людину. А з використанням оптико-електронних пристроїв вдається вирішувати задачі, які неможливо вирішити іншими шляхами. Рішення проблеми розпізнавання і обробки зображень і, як наслідок, запобігання аварійної ситуації на дорозі є досить важливим аспектом безпеки і контролю дорожньої ситуації. Системи активної безпеки дозволяють коригувати помилкові дії водія, уникати екстрених ситуацій, підвищити безпеку дорожнього руху. «Електронні асистенти», в основному, використовують ультразвукові датчики. Вони дозволяють тільки визначити наявність перешкоду і відстань до нього. А введення оптичних сенсорів дає цілий спектр корисної інформації, від наявності перешкоди до його розмірів, відстані, траєкторії руху. Актуальною, затребуваною і цікавою темою цього проекту є аналіз і розробка власного універсального приладу «консультування» водія (ADAS) в питанні активної безпеки. Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є досягнення максимального узгодження оптичної системи телевізійних систем керування автомобілем, покращення роздільної здатності і якості отримуваного зображення за рахунок вибору параметрів об’єктива, підвищення ефективності та адаптація під всі види транспортних засобів. Для досягнення поставленої мети в дисертаційній роботі поставлені наступні задачі: 1. Обґрунтувати вимоги до характеристик телевізійних систем керування автомобілем. 2. Досягти критерію узгодження просторової роздільної здатності об’єктива і ПЗЗ приймача для телевізійних оптичних систем та впливу кута нахилу системи відносно дороги на кінцеве зображення. 3. Вдосконалити математичну модель обробки вихідного сигналу методами DSP обробки. 4. Розробити стартап-проект оптико-електронного детектора дорожньої розмітки. Об’єкт дослідження. Процес реєстрації оптичного випромінювання приймачем випромінювання та його подальша обробка. Предмет дослідження. Телевізійні системи керування автомобілем. Наукова новизна. Вперше розроблена швидка методика детектування та локалізації дорожньої розмітки за допомогою алгоритмів згортки та кореляції сумісно із атермальним об’єктивом. Розроблено програмне забезпечення для автоматичної обробки зображень для локалізації розмітки. Проведено аналіз розрахованих методик на реальних даних. Методи дослідження. У дисертаційній роботі для розв’язання даних поставлених задач використовується: 1. Аналітичні методи, засновані на застосуванні апарату геометричної оптики, теорії аберацій оптичних систем, проектування та контролю телевізійних систем, алгоритми розпізнавання дорожньої розмітки. 2. Використання програмного пакета «MatLab» та «Python» для моделювання різноманітних дорожніх ситуацій та розробки алгоритму розпізнавання розмітки, досягнення вдосконалення критеріїв. 3. Комп’ютерне моделювання і оптичний розрахунок різних телевізійних оптичних систем в програмі «PODIL» з абераційним і енергетичним аналізом якості отримуваного зображення. 4. Використання різних методик оцінки роздільної здатності та якості отримуваного зображення телевізійних систем з ПЗЗ приймачем. Магістерська дисертація складається з чотирьох розділів. У першому розділі проаналізовано основні переваги і недоліки існуючих систем керування автомобілем та методів цифрової обробки зображень. У другому розділі приведено загальну фізико-математичну модель телевізійної системи керування автомобілем та розроблено атермальний об’єктив. Третій розділ присвячено огляду, аналізу та вибору методу цифрової обробки зображень для задачі детекції дорожньої розмітки. Четвертий розділ присвячено розробці стартап-проекту «Телевізійна система керування автомобілем» і аналізу перспектив входження розробки на ринок з маркетологічної точки зору.The dissertation is devoted to increase of efficiency of the television control system of the car. Actuality of theme. Nowadays, computerization in our society is developing at a rapid pace and plays a huge role in human life. Computer technology automates a wide range of processes that have relied on humans in the recent past. And with the use of optoelectronic devices it is possible to solve problems that cannot be solved in other ways. Addressing image recognition and processing and, as a consequence, preventing an accident on the road is a very important aspect of road safety and control. Active safety systems allow you to correct driver misconduct, avoid emergencies, and improve road safety. "Electronic assistants" mainly use ultrasonic sensors. They only allow you to determine the presence of an obstacle and the distance to it. And the introduction of optical sensors gives a whole spectrum of useful information, from the presence of obstacles to its size, distance, trajectory. A topical, sought-after and interesting topic of this project is the analysis and development of our own Active Driver Advice (ADAS) device in active safety. The purpose and objectives of the study. The aim of the dissertation is to achieve the maximum harmonization of the optical system of television control systems of the car, to improve the resolution and quality of the image obtained by selecting lens parameters, improving efficiency and adaptation to all types of vehicles. In order to achieve this goal in the dissertation the following tasks are set: 1. To substantiate the requirements for the characteristics of television control systems of the car. 2. Achieve the criterion of spatial resolution of the lens and the CCD of the television optical systems and the effect of the inclination of the system relative to the road on the final image. 3. Improve mathematical model of output signal processing by DSP processing methods. 4. To develop a startup project of opto-electronic road marking detector. Object of study. The process of registration of optical radiation by the radiation receiver and its subsequent processing. Subject of study. Car TV systems. Research methods. In the dissertation the following tasks are used to solve the data of the given tasks: 1. Analytical methods based on the application of geometric optics apparatus, theory of aberrations of optical systems, design and control of television systems, algorithms for recognition of road marking. 2. Using MatLab and Python software to simulate various road situations and to develop a markup recognition algorithm to achieve criteria improvement. 3. Computer simulation and optical calculation of various television optical systems in the PODIL program with aberration and energy analysis of the image quality. 4. The use of different methods of estimating the resolution and quality of the resulting image of television systems with CCD receiver. The master's thesis consists of four sections. The first section analyzes the main advantages and disadvantages of existing car control systems and digital imaging techniques. The second section presents a general physics and mathematics model of a car television system and a thermal lens. The third section deals with the review, analysis and selection of the digital image processing method for the task of detecting road marking. The fourth section is devoted to the development of a startup project "TV Car Control System" and to analyze the prospects for market entry from a marketing point of view