Ученые Южно-Уральского государственного университета проводят свои исследования в различных областях. В рамках Проекта 5-100 конкурс «Научная перспектива» выделил лучшие идеи и разработки среди аспирантов ЮУрГУ. Одним из победителей стал аспирант кафедры «Информационные технологии в экономике» Высшей школы экономики и управления, Семён Тушев, который под руководством заведующего кафедрой, доктора технических наук Бориса Суховилова занимается разработкой инновационной фотограмметрической системы.
Фотограмметрия – научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям, которая появилась в середине XIX века, практически одновременно с появлением самой фотографии. Новый виток развития эта наука получила в последнюю четверть прошлого столетия, что было связано с появлением и массовым внедрением персональных компьютеров, средств получения, хранения и обработки цифровых изображений, методов машинного зрения и распознавания образов.
«Мы измеряем координаты точек на основе фотографий и с помощью полученных координат проводим высокоточные измерения размеров и формы объекта. Например, мы с легкостью можем узнать отклонения от заданной формы спутниковой тарелки, даже если она достигает сотни метров в диаметре. В авиакосмической индустрии или автомобилестроении наша система поможет узнать, насколько качественно изготовили объект, так как можно с высокой точностью измерить сложную форму крыла или капота», - рассказывает Семен Тушев.
Несмотря на то, что тема компьютерного зрения и фотограмметрических систем в мире достаточно популярна, ученые Южно-Уральского государственного университета вынуждены разрабатывать многие алгоритмы с нуля. В зарубежных научных журналах доступно большое количество публикаций, посвящённых общим принципам построения систем или отдельным алгоритмам. Однако добиться создания системы высокой точности только по открытым материалам нельзя, так как детали реализации, которые обеспечивают такую точность – это коммерческая тайна компаний-разработчиков.
«У нас есть свои принципиально новые разработки на эту тему, есть свои уникальные решения в области поиска соответствующих точек. Мы используем поиск точек при помощи теории графов. (прим.: граф — абстрактный математический объект, представляющий из себя множество вершин и набор рёбер, то есть соединений между парами вершин). Особенность нашей системы, в том, что она должна быть мобильной. Один из способов повысить производительность на мобильных ПК – это использование параллельных алгоритмов. Мы используем технологии, схожие с работой суперкомпьютера, но в меньших масштабах. Нам удалось создать быстрый параллельный алгоритм поиска соответствующих точек, который позволяет быстро обрабатывать полученную информацию», - делится молодой аспирант.
Работа фотограмметрической системы состоит в следующем: в назначенных точках измеряемого объекта размещают световозвращающие круговые мишени, центры которых должны совпадать с контролируемыми точками. На объекте (или вблизи него) размещают кодовые марки, предназначенные для определения положений камеры и масштабную линейку. После этого объект фотографируется «с руки» цифровой камерой, настроенной для работы в составе разработанной системы. Пространственные координаты контролируемых точек определяются при компьютерной постобработке снимков, на которых идентифицируются круговые мишени и измеряются координаты их центров на сенсоре цифровой камеры.
«В настоящее время мы работаем с отдельными маркерами, но хотелось бы, чтобы наша система позволяла автоматически выделять контуры измеряемого объекта», - объясняет Семен Тушев. – В текущем варианте человек после съемки может работать с обработанными системой фотографиями, но на 3D-модели он увидит только точки в пространстве и кодовые марки. Конечно, если он работает с чертежами в САПР-системе, то у него не возникнет никаких сложностей. А вот для строителей или криминалистов (например, при анализе ДТП) хотелось бы, чтобы система сама создавала и показывала контуры сцены в объемной модели. Это повысит привлекательность системы. Сейчас, конечно, ее покупают, но если она будет обладать такой дополнительной функцией, то круг клиентов значительно расширится».
Основным преимуществом созданной фотограмметрической системы является то что она полностью автоматизирована и бесконтактна. С ее помощью можно очень точно измерять размеры достаточно больших объектов. Разработанная система может использоваться без участия человека. Достаточно один раз оснастить объект специальными маркерами, и после этого система сможет автоматически проводить измерения. Кроме того, созданная южноуральскими учёными фотограмметрическая система отличается высокой точностью измерений: до 10 микрометров на метр.
«Важно отметить, что это импортозамещающее решение. В мире существует система V-STARS компании Geodetic Systems. Она обладает похожим функционалом, но стоимость нашей системы в аналогичной конфигурации значительно ниже. Конечно, нам еще предстоит доработать пользовательский интерфейс, добавить новые функции, но в целом система уже готова», - говорит молодой ученый.
Область применения фотограмметрической системы очень широка. Она может использоваться и в машиностроении, и в строительстве, и в авиапромышленности, и даже в археологии. Прототип системы внедрен на предприятии «УралТрансМаш» в производстве перспективного низкопольного трамвая R1. Также система уже сегодня применяется на некоторых предприятиях аэрокосмической промышленности. Ряд строительных компаний также проявляют интерес к разработке, в настоящий момент с ними ведутся переговоры.
Источник: Официальный сайт ЮУрГУ