И.Р. Кабиров1, В.Г. Бондарев2, Д.В. Лопаткин3, С.В. Ипполитов4

1–4 ВУНЦ ВВС «ВВА им. проф. Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж, Россия)

1 ilsur@inbox@gmail.com; 2 bondarevstis@mail.ru; 3 dimkaao@yandex.ru; 4 s_ippolitoff@mail.ru

Постановка проблемы. Решение задачи компенсации дисторсии фотокамер с вариофокальными объективами направлено на повышение качества изображений в системах технического зрения и обусловлено необходимостью использования оптико-электронных систем в качестве измерителя навигационных параметров. От качества получаемого посредством фотокамеры изображения зависит точность измерения координат. Вместе с тем известные алгоритмические методы компенсации дисторсии не обеспечивают необходимого уровня устранения данной погрешности, что не позволяет использовать фотокамеры в качестве прецизионного измерителя. Кроме того, в связи с изменчивостью условий применения систем технического зрения на беспилотных летательных аппаратах возникает необходимость применения вариофокальных объективов с моторизацией, компенсация дисторсии которых является еще менее решенной задачей.

Цель. Создать математическую модель дисторсии фотокамер с вариофокальными объективами и на ее основе разработать методику алгоритмической компенсации дисторсии во всем диапазоне изменения фокусного расстояния.

Результаты. Проведено исследование дисторсии систем технического зрения с вариофокальными объективами посредством разработанного программно-аппаратного комплекса калибровки фотокамер. Показано, что изменение значений коэффициентов при разложении составляющих дисторсии имеют гладкую зависимость от значения фокусного расстояния. Разработана математическая модель дисторсии, в которой эти коэффициенты представляются функциями фокусного расстояния и описываются полиномами степенного ряда третьей степени. Использован косвенный метод для прецизионного вычисления фокусного расстояния с помощью представленного программно-аппаратного комплекса.

Практическая значимость. Полученные результаты исследования дисторсии позволяют осуществлять алгоритмическую компенсацию дисторсии для выбранной конфигурации системы технического зрения с вариофокальными объективами во всем диапазоне изменения фокусного расстояния в задаче навигации, требующей прецизионных измерений. Оптико-электронная система может использоваться в качестве бортовой автономной системы глобальной навигации в маловысотном полете, устойчивой к радиотехническим воздействиям.

Кабиров И.Р., Бондарев В.Г., Лопаткин Д.В., Ипполитов С.В. Математическая модель дисторсии фотокамер с вариофокальными объективами // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2025. Т. 23. № 3. С. 15−26. DOI: https://doi.org/ 10.18127/j20700814-202503-02

1. Бондарев В.Г. Видеонавигация летательного аппарата // Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации. 2015. № 213 (3). С. 65−72.
2. Крынин Л.И. Основы проектирования и юстировки объективов переменного фокусного расстояния. СПб: СПбГУИТМО. 2008. 124 с.
3. Zhang Z. A flexible new technique for camera calibration // IEEE Transactions on pattern analysis and machine intelligence. 2002. Т. 22. № 11. С. 1330−1334.
4. Bouguet J.Y. Camera calibration toolbox for matlab. URL: https://robots.stanford.edu/cs223b04/ JeanYvesCalib/ (дата обращения: 20.02.2025).
5. Wang Z. et al. A flexible, generic photogrammetric approach to zoom lens calibration // Remote Sensing. 2017. Т. 9. № 3. С. 244.
6. Fang W., Zheng L. Distortion correction modeling method for zoom lens cameras with bundle adjustment // Journal of the Optical Society of Korea. 2016. Т. 20. № 1. С. 140−149.
7. Chen Y.S. et al. Simple and efficient method of calibrating a motorized zoom lens // Image and vision computing. 2001. Т. 19. № 14. С. 1099−1110.
8. Пат. 2790055 РФ. № 2022113770. Способ компенсации дисторсии объектива / Батуков А.В., Бондарев В.Г., Ипполитов С.В., Лопаткин Д.В., Проценко В.В., Роговенко О.Н.; заявл. 23.05.22; опубл. 14.02.23. Бюл. № 5. 15 с.
9. Проценко В.В. Субпиксельная обработка изображений для вычисления координат инфракрасных ориентиров на фотоматрице в задаче автоматической посадки беспилотных летательных аппаратов // Транспорт: наука, техника, управление: Сб. ОИ/ ВИНИТИ. 2021. № 4. С. 38–44.