Учёные ТУСУРа разработают системы для навигации беспилотных автомобилей в условиях недостаточной видимости
Разработчики ТУСУРа в рамках гранта РНФ приступили к работе над проектом «Активно-импульсные телевизионные измерительные системы для навигации автономных мобильных роботов в сложных условиях видения». В рамках работы над проектом ученые планируют создать датчик, который будет помогать роботам наземного, воздушного и морского базирования (в том числе беспилотным автомобилям) ориентироваться в условиях замутненной среды распространения оптического излучения (туман, дым, снегопад и т.д.). В основе – применение метода подавления помехи обратного рассеяния.
«Если мы в условиях тумана посветим фонариком на объект, сформированное им пятно света будет рассеиваться на частичках воды во всех направлениях, в том числе и в обратном. Для наблюдателя это означает порой критическое падение контрастности объекта, а значит и максимальной дальности его обнаружения, - рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры телевидения и управления Вячеслав Капустин. - Принцип активно-импульсного наблюдения, который мы планируем использовать для решения этой проблемы, известен достаточно давно, но мы делаем упор на разработку методов и средств для управления сигналами активно-импульсной системы особым образом, чтобы получать необходимые характеристики от датчика».
Активно-импульсное наблюдение заключается в том, что устройством подсвета излучается короткий (длительностью в десятки или единицы наносекунд) но очень мощный оптический импульс с определенной частотой. Импульс подсвета может быть излучен в разных спектральных диапазонах: если мы говорим о подводных аппаратах, то это зелёный свет (потому что именно для зеленого света наименьший показатель поглощения в морской воде), если речь идёт об атмосфере, это ИК-диапазон. После этого, через задержку стробирования, отраженный оптический импульс, принимается фотоприёмным устройством.
«Если открывать затвор фотоприёмного устройства только в конкретные моменты времени и на очень небольшую длительность (сотни или десятки наносекунд), то мы сможем как бы выделить слой из наблюдаемой области, принимая отраженные фотоны источника подсвета только от объектов с определенного диапазона дальностей и игнорируя фотоны, например, рассеянные на толще тумана, - уточняет молодой учёный. - При нахождении объекта интереса в этом подсвеченном слое (пробегающее животное, пешеход, дорожный знак, препятствие на дороге), мы сможем его детектировать алгоритмами автоматического обнаружения объектов и далее, используя нейросетевые технологии, определить к какому классу принадлежит данный объект».
Учёные ТУСУРа отмечают, что в их цели входит также задача разработки необходимых алгоритмов для того, чтобы датчик сигнализировал о наличии препятствия.
«Но мы хотим пойти дальше: не только обнаруживать препятствия, но и определять, что конкретно там находится, какого рода это препятствие и на каком оно расстоянии. Если это пешеход, то система должна знать, что перед автомобилем, на определенной дистанции в условиях тумана находится пешеход, - приводит пример Вячеслав Капустин. – Также наша система сможет распознавать дорожные знаки. Сейчас мы используем ближний ИК-диапазон излучения (850 нанометров), и картинка, которую мы получаем, отличается от той, которую можно наблюдать через обычную черно-белую камеру. Наша задача – адаптировать существующие алгоритмы распознавания и разработать новые, для их эффективной работы с видеоданными, полученными с выхода активно-импульсной системы».
В составе группы ученых, которые будут работать над проектом, вошли 8 человек: от магистрантов и аспирантов до кандидатов наук. Объединив усилия, они планируют отработать технологии, которые позволят создать систему навигации на основе активно-импульсных телевизионных измерительных систем. По-мнению автора проекта, прибор, который может появиться в результате исследований, сможет потеснить системы, которые сегодня используются на беспилотных автомобилях: камеры видимого диапазона, лидары и радары.
«Преимуществом активно-импульсной системы является ее независимость от условий освещения, возможность видеть объекты (детектировать их) в замутненных средах и измерять расстояние в каждом пикселе изображения – строить карту глубины, - поясняет Вячеслав Капустин. Благодаря этому можно получить измерительный датчик, который даст возможность беспилотному транспорту, а также системам помощи водителю эффективно оценивать дорожную обстановку в сложных условиях видения».
Российский научный фонд объявил победителей конкурсов 2021 года на получение грантов. Среди них – девять проектов молодых учёных Томского госуниверситета систем управления и радиоэлектроники. Проект «Активно-импульсные телевизионные измерительные системы для навигации автономных мобильных роботов в сложных условиях видения», доцента кафедры ТУ Вячеслава Капустина стал победителем конкурса «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых».