WWW.KONF.X-PDF.RU
БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Авторефераты, диссертации, конференции
 

«Исследование и разработка оптико-электронных информационноуправляющих систем на основе метода теневой локации. ...»

На правах рукописи

Литманович Андрей Михайлович

Исследование и разработка оптико-электронных информационноуправляющих систем на основе метода теневой локации.

Специальность: 05.13.06 - „„Автоматизация и управление

технологическими процессами и производствами

(в приборостроении)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012 г.

Работа выполнена на кафедре «Системы автоматического управления и



контроля» национального исследовательского университета «МИЭТ».

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент кафедры САУиК, В.И. Демкин

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Лисов Олег Иванович Кандидат технических наук, Чистяков Игорь Михайлович

Ведущая организация: Институт системного анализа РАН.

Защита диссертации состоится «17» мая 2012 г. в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д212.134.04 при Национальном исследовательском институте «МИЭТ» по адресу: 12449 Москва, Зеленоград, проезд 4806, д. 5, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИЭТ.

Автореферат разослан «___»________________2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор А. И. Погалов Актуальность проблемы.

Удешевление жидкокристаллических мониторов, интегрированных с сенсорными панелями, выполненными на основе ультразвуковых, инфракрасных и емкостных технологий, способствовало широкому использованию интуитивно понятного взаимодействия с программным обеспечением. Появились системы, анализирующие изображение окружающей сцены в непосредственной близости от экрана монитора и распознающие набор определенных жестов оператора.

Для игровой индустрии впечатляющим прорывом стала разработанная Microsoft консоль Kinect, осуществляющая измерения пространственного положения человеческого тела. Эта система позволяет фактически осуществить «погружение» человека-оператора в виртуальное пространство, дает новые формы взаимодействия с программным обеспечением. Это тем более становится актуальным в связи с появлением 3D дисплеев. Становится возможным «придать объем» управляющим элементам (кнопкам, переключателям и т.п.), расположить их на разных уровнях и глубине виртуального пространства.

Принципы построения управляющих систем, использующих в контуре обратной связи стереотелевизионный датчик пространственного положения, рассматривался еще в ставшей классической монографии Г.

П. Катыса «Оптические системы роботов-манипуляторов», изданной в 1977 году. Еще более давнюю историю имеют системы измерения пространственного положения, основанные на использовании зондирующего излучения, обозначаемые термином «оптиколокационные». Эти системы позволяют решать задачи наведения на цель в военных и космических приложениях (угловые координаты цели) и измерять ориентацию кооперированных (оборудованных отражателями) объектов. Использование в этих системах фазовых или импульсных методов оптического зондирования позволяет измерить, кроме того, и дальность до объекта, отражающего это излучение.

Появление высокопроизводительных однокристальных процессоров, ориентированных на потоковую обработку видеоинформации, позволило решить огромное число практических задач. На рынке появилось большое число фирм, предлагающих системы технического зрения, ориентированные как на простые задачи типа обнаружения, так и на структурирование, логический анализ, выявление дефектов механических заготовок и управления процессами металлообработки и сборки.

Однако использование зондирующего излучения не потеряло своей актуальности. Использование специального типа подсветки, получившей в настоящее время название «структурированная», в сочетании с новыми типами приемников оптического сигнала позволило получить практически значимые технические решения.

К таким системам относится, например, 3D-сканер, позволяющий восстановить форму объектов трехмерной сцены, выполненный на основе позиционно-чувствительного диода (PSD), оптически сопряженного с лазерной сканирующей системой.

В сенсорных системах роботов нашли применения датчики препятствий, выполненные на основе PSD оптически сопряженного с лазерным излучателем.

Появление специальных фоточувствительных матриц, измеряющих фазовый сдвиг принятого сигнала относительно зондирующего, позволило решить задачу определения фазовой задержки от отдельных точек объекта контроля, подсвечиваемого матрицей светоизлучающих диодов.





Управление фазовым сдвигом зондирующего излучения с помощью MEMS-устройств позволило получить субпиксельную точность измерения координат изображения объекта на ПЗС-матрице.

Генерация псевдослучайного распределения зондирующего излучения, позволило обойти проблему нахождения идентичных точек на изображениях стереопар.

Из отечественных разработок можно назвать работу, проведенную в институте математики и механики Уральского отделения РАН. В этой работе предложена система, обеспечивающая взаимодействие пользователя с объектами виртуальной реальности. В Московском государственном техническом университете им. Баумана разработан ряд устройств на основе структурированной подсветки, предназначенных для задач идентификации личности. В Центральном НИИ Робототехники и технической кибернетики (С.-Петербург) разрабатывается система пространственного измерения положения космического аппарата в ближней рабочей зоне, основанная на принципах структурированного освещения.

Таким образом, использование специальных зондирующих подсветок трехмерной сцены позволяет упростить алгоритмы обработки видеоданных, повысить точность и помехоустойчивость, что в итоге приведет к удешевлению конечного устройства, а создание информационно-управляющих систем для построения пользовательских интерфейсов, основанных на теневой локации, позволяющих обеспечить новые типы взаимодействия человека с «виртуальной реальностью», можно уверенно считать актуальной задачей.

Цель и задачи диссертационной работы Целью диссертационной работы является исследование и разработка оптико-электронных информационно–управляющих систем, позволяющих определять пространственное положение (координаты, ориентацию и скорость) указателя (в частности пальца кисти руки) на основании информации о его теневых составляющих. Должна быть разработана математическая модель этого процесса и проведен анализ его технической реализации. В диссертации рассмотрена возможность использования этой системы в составе пользовательского управляющего интерфейса, который может служить формальной «заготовкой» для создания перспективных методов трехмерного манипулирования.

Методы исследования

Для решения поставленных задач в работе использованы:

программный пакет «Matlab» для имитационного моделирования, среда разработки Embarcadero Delphi, САПР MentorGraphics, пакет разработки проектов ПЛИС на базе кристаллов XILINXISE и EDK ver.10.03, система моделирования цифровых устройств ModelSim.

Научная новизна диссертации состоит в том, что автором, на основе впервые введенного в практику измерений понятия “поверхность теневой локации”, рассмотрен вопрос определения пространственного положения объекта контроля.

В ходе решения этой задачи:

- получено матричное уравнение, описывающее процесс формирования теней от двух пространственного разнесенных точечных излучателей;

- показано, что его решение позволяет определить положение пространственного объекта;

- разработаны оптико-геометрические схемы устройств для определения пространственного положении объекта контроля, в которых может отсутствовать функция построения изображения;

- разработаны функциональные схемы оптико-электронных информационно-управляющих систем, использующие поверхность теневой локации;

- созданы математические модели их функционирования;

- разработано математическое обеспечение специализированных вычислительных устройств обработки видеоинформации, входящих в состав информационно-управляющих систем, позволяющее определить пространственое положение (координат и ориентации) объекта контроля;

- предложены принципы взаимодействия человека-оператора с информационно-управляющей системой.

Новизна предложенных автором технических решений подтверждена патентом РФ № 2362216 от 12.05.2008 г.

Практическая значимость работы заключается в следующих результатах:

- разработаны новые типы оптико-геометрических и функциональных схем информационно-управляющих систем пространственного положения, работающих на основе анализа теневых составляющих, формируемых на поверхности теневой локации;

- предложены алгоритмы и созданы модели построения интерфейсов трехмерного взаимодействия человека-оператора с программным обеспечением информационно-управляющих систем;

- разработано программное обеспечение специализированного устройства обработки видеоинформации и формальное описание аппаратных модулей информационно-управляющей системы;

- разработана библиотека программ для построения специализированных интерфейсов пространственного манипулирования данными;

- проведено натурное испытание прототипа информационноуправляющей системы пространственного положения, реализованного на основе идеологии «система на кристалле»;

- проведено моделирование работы отдельных функциональных модулей информационно-управляющей системы.

Достоверность полученных результатов подтверждается хорошей сходимостью результатов моделирования с результатами натурного испытания информационно-управляющей системы.

Личный вклад автора.

Результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично. Проанализированы существующие и разработаны новые оптико-геометрические и функциональные схемы управляющих устройств пространственного положения, получены математические формулы и построены модели ошибок.

Основными результатами являются:

- оптико-геометрические и функциональные схемы информационно-управляющих систем, использующих для получения информации о пространственном положении объекта управления «поверхность теневой локации»;

- решения по интеграции информационно-управляющей системы в интерфейс пространственного манипулирования графическими элементами интерфейса персонального компьютера;

- принципы построения интерфейсов пространственного манипулирования для человека-оператора, взаимодействующего с трехмерными виртуальными пультами управления;

- модели функционирования информационно-управляющих систем пространственного положения на основе пакета MatLab;

- статистический анализ результатов натурных испытаний.

Внедрение результатов Результаты разработок и исследований, полученные в диссертационной работе, нашли следующее внедрение:

- оптико-геометрические и функциональные схемы информационно-управляющих систем, используются при выполнении ОКР (шифр «Сфера»), выполняемой ОАО «Ангстрем»;

- модели функционирования информационно-управляющих систем, используются при проведении лабораторных работ по курсу «алгоритмические и технические средства обработки сигналов» кафедры САУиК НИУ МИЭТ.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. Метод использования теневых составляющих пространственного объекта, формируемых не менее чем двумя пространственно разнесенными оптическими излучателями;

2. Матричное уравнение, представляющее модель образования теневых составляющих пространственного объекта;

3. Алгоритмы обработки теневых состовляющих, для извлечения данных о пространственном положении объекта контроля.

4. Оптико-электронные и функциональные схемы устройств, использующие поверхность теневой локации для извлечения информации о пространственном положении.

5. Метод организации взаимодействия оператора в системах виртуальной реальности, использующий пространственное положение указателя.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

1. «Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов». Институт космических иследований.

г.Таруса 2008 г.

2. 16-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика - 2009» МИЭТ г.Зеленоград 2009 г.

3. 17-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика - 2010» МИЭТ г.Зеленоград 2010 г. Награжден дипломом за 1-ое место в конкурсе работ аспирантов по секции «Информационно-управляющие и вычислительные системы и приборы».

4. Конференция «Зеленоград-космосу». г.Зеленоград 2010 г.

5. 8-ая научно-техническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли» г.Адлер 2010 г.

6. 18-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Микроэлектроника и информатика - 2011» МИЭТ г.Зеленоград 2011 г. Награжден дипломом за 1-ое место в конкурсе работ аспирантов по секции «Информационно-управляющие и вычислительные системы и приборы».

7. 3-я Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов, г.Зеленоград 2011 г.

8. 2-ая Ярмарка научно-технических и инновационных идей и проектов молодежи «РИТМ Зеленоград», г.Зеленоград 2011 г. Награжден дипломом за 2-ое место в конкурсе проектов среди аспирантов и специалистов.

Публикации по работе Основные положения диссертационной работы опубликованы в 10 печатных работах, в том числе 2 работы в журналах входящих в список, утвержденный ВАК. По 1 работе получен патент РФ на изобретение. Кроме того 2 заявки приняты к рассмотрению и проходят этапы экспертизы по существу. Без соавторов опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 94 наименований, 3 приложений и 2 актов использования результатов диссертационной работы. Работа содержит 121 страницу основного текста и 106 рисунков.

Содержание работы Во введении показаны актуальность темы диссертации, цель и задачи диссертационной работы, научная новизна, практическая значимость, достоверность полученных результатов, апробация и публикации работы, приведено краткое содержание по главам.

В первой главе дается анализ существующих методов обработки видеоинформации в системах построения пользовательских интерфейсов.

Рассматриваются известные оптико-геометрические структуры и методы обработки информации в системах пространственных измерений.

Предлагается расширенная классификация оптико-электронных систем пространственного положения, которая охватывает как системы технического зрения, так и системы, использующие специальные виды зондирующего излучения.

Рассмотрены получившие наибольшее распространение методы анализа трехмерного пространства, основанные на обработке изображений стереопар, восстановлении формы по фокусировке, измерении времени пролета световых пучков до отдельных точек объекта контроля и на использовании специального вида структурированного освещения рабочего пространства. Приводятся оптико-геометрические схемы этих систем и примеры технической реализации в коммерческих и экспериментальных устройствах.

В рамках поставленной в диссертации цели, а именно для построения пользовательских интерфейсов, от информационноуправляющей системы требуется ряд специфических качеств, а именно:

- необходимость размещения сенсорной части системы на минимально близком к пальцам оператора расстоянии и организации рабочего объема, позволяющего комфортное пространственное манипулирование;

- большой динамический диапазон освещенности рабочего объема;

- размещение измерительной системы в пределах рабочего стола, либо ее интеграция в клавиатуру или монитор.

Во второй главе проведен анализ системы измерения пространственных координат, удовлетворяющий поставленным выше требованиям.

На рис. 1 предлагаются варианты организации рабочих мест оператора при наличии 3D-фрагментов, (рабочих зон) в которых обеспечивается взаимодействие оператора с программным интерфейсом (рассматриваемым в главе 4) и называемым далее в тексте «3Dинтерфейсным пространством».

–  –  –

Так на рис. 1(а) представлен пример расположения «3Dинтерфейсного пространства» вблизи стандартной клавиатуры, а на рис.1(b), эта зона находится в непосредственной близости от экрана монитора. На рис.1(с) приведен пример использования человекомоператором 3D-очков, благодаря которым происходит формирование изображения виртуального рабочего пространства W. Одновременно с этим информационно-управляющая система должна формировать аппаратное рабочее пространства F, в котором осуществляется измерение положения пространственного указателя (в частности пальца кисти человека-оператора).

Данное расположение «3D-интерфейсного пространства», диктует специфические требования к оптической схеме устройства. Необходимо обеспечить открытый для оператора обзор рабочей зоны, т.е. эту рабочую зону не должны загораживать никакие оптические датчики и излучатели.

Малый объем свободного нижнего пространства, да и занимаемого устройством пространства вообще, затрудняет съем первичной оптической информации (обзор рабочего пространства).

Для решения этих проблем автором введено понятие поверхности «теневой локации», которая представляет гибкую сенсорную поверхность, охватывающую часть рабочего пространства и оборудованную расположенными на ее поверхности фотоприемниками.

Сенсорная поверхность должна воспринимать значения освещенности и позволять их передачу в центральный процессорный модуль информационно-управляющей системы.

Вычисление пространственных координат производиться на основе известного метода стерео-измерений, причем роль фотоприемных матриц выполняет «поверхность теневой локации», на которой формируется световое поле от двух, пространственно разнесенных излучателей. Таким образом, формируется теневой аналог параллакса, в котором в данной схеме является смещение теней, отбрасываемых объектом, при его подсветке пространственно разнесенными излучателями.

На рис. 2. приведена оптико-геометрическая схема данного способа измерений.

Рис. 2.

Оптико-геометрическая схема вычисления пространственных координат методом теневой локации, где:

и – излучатели инфракрасного излучения;

L – объект контроля (указательный палец оператора);

и - тени, образуемые действием излучателей;

- сенсорная поверхность.

Предложены два варианта функциональных схем устройства для измерения пространственных координат, изображенные на рис.3 и рис.4.

Рис. 3.

1-й вариант функциональной схемы системы для измерения пространственных координат, где:

– сенсорная поверхность, организованная в виде матрицы фотоприемников;

и – оптические излучатели;

C – специализированное вычислительное устройство;

L – объект контроля.

Специализированное вычислительное устройство C осуществляет поочередное включение излучателей и, ввод оптического состояния фототранзисторов сенсорной поверхности при включенном состоянии каждого из излучателей и расчет пространственного положения объекта контроля L по соответствующим ему затененным участкам поверхности.

–  –  –

Рис. 4.

2-й вариант функциональной схемы системы для измерения пространственных координат, где:

– поверхность теневой локации;

и – оптические излучатели;

P – пентапризма;

H – объектив;

M – фотоприемная матрица;

C – специализированное вычислительное устройство;

Загрузка...

L – объект контроля.

В данном случае поверхность теневой локации выполнена из оптически прозрачного, рассеивающего излучение материала.

Рассмотрим математическую модель, описывающую предлагаемый способ измерений.

На рис. 5 представлена его оптико-геометрическая схема, где:

- излучатели, используемые для получения теневых, образов;

u(x, y, z)- точка принадлежащая объекту контроля;

и первая и вторая проекции точки u(x, y, z), формируемые излучателями и.

Выбрав положение излучателя в системе координат XYZ на оси

Z, получим очевидные соотношения:

{ (1) где:

xp, yp – координаты точки, и в более привычном виде имеют вид:

(2) { Однородные координаты точки = (x, y, z) определяются с помощью формулы ( ), где - произвольная константа. Причем, действительные декартовы координаты точки могут быть получены из ее однородных координат путем деления каждой из первых трех компонент однородного вектора на четвертую компоненту.

–  –  –

Прямое перспективное преобразование, заданное формулами (1) и (2), является линейным, когда оно записано в однородных координатах и имеет вид:

(3) где:

P- матрица линейного преобразования;

– однородные координаты точки ;

– однородные координаты точки u.

Для оптико-геометрической схемы, изображенной на рис.2, автором получено, что матрица, имеет вид:

–  –  –

[ ].

(10) а обратная:

[ ].

(11) где:

x0, y0, z0 – координаты излучателя в системе XYZ.

Решение системы:

–  –  –

В третьей главе приводятся результаты по разработке и исследованию математической модели информационно-измерительной системы. Данная модель, разработанная в среде Matlab, позволяет проанализировать влияние геометрических параметров системы на ее точностные характеристики.

На рис.

6 приведена математическая схема измерительной системы пространственного положения, где:

– поверхность теневой локации;

– отображаемая поверхность;

– первый и второй излучатели;

– фотоприемник с координатами i, j, на поверхности теневой локации;

– расстояние между фототранзисторами;

– номер строки;

– номер пикселя вдоль строки;

– координаты фотоприемника на плоскости (в системе координат 0xyz).

Рис. 6. Математическая схема измерительной системы.

На рис. 6 показан пример отображения фотоприемника в точку с координатами в системе.

При этом учитывается дискретный характер преобразования координат тени, отбрасываемой пространственным указателем, в дискретные значения номера фотоприемника, из множества ( ),где:

n – количество строк, в которые организованны фотоприемники;

m – количество фотоприемников в строке.

Ниже представлен процесс преобразования пространственного положения указателя в аппаратные значения в виде диаграммы, приведенной на рис.

7, где:

A – матрица (3 х 2) пространственного положения указателя (координата точки А и углов);

B – матрица (3 х 2) пространственного положения первого и второго излучателей;

C – матрица координат центра теней пространственного указателя на плоскости ;

D – матрица координат центра теней пространственного указателя на плоскости ;

E – матрица аппаратных значений пространственного положения указателя (координаты точек A и B);

Q – матрица аппаратных значений пространственного положения указателя (координаты кончика пальца А и направляющие углы).

Рис. 7. Диаграмма преобразований.

Для моделирования точностных характеристик первоначально были определены конструктивные ограничения на выполнение сенсорной поверхности. На рис. 8 представлен фрагмент поверхности теневой локации, в которой использованы фототранзисторы типа KPP3CSMD, имеющие размер 1.2мм на 0.6мм.

Рис. 8. Фрагмент поверхности теневой локации, где:

– расстояние между центрами фототранзисторов в линейке;

– расстояние между линейками.

В результате моделирования были получены зависимости распределения ошибки в рабочем пространстве.

–  –  –

В четвертой главе описана техническая реализация оптикоэлектронной системы для определения пространственного положения на базе ПЛИС Spartan-3E (XILINX), встраиваемого процессора Microblaze и фоточувствительной поверхности на основе ЧИП-фототранзисторов, выполненной на основе гибкой печатной платы. Разработана структурная схема системы на кристалле.

–  –  –

8

Рис.10. Структурная схема системы на кристалле, где:

1 – IP-модуль аппаратного вычисления координат теневой зоны на выбранной линейке фототранзисторов;

2 – IP-модуль сканирования матрицы фототранзисторов;

3 – IP модуль управления включением излучателей;

4 – IP модуль управления видео-сенсором;

5 – видео-сенсор;

6 – IP модуль UART для связи с компьютером по RS232;

7 – IP модуль модуль 32 разрядного процессора MicroBlaze;

8 – IP модуль локальной процессорной шины PLB;

9 – поверхность теневой локации, с фототранзисторной матрицей 10;

11 – излучатели.

Процессор является центральным узлом, на который ложатся задачи управления модулем сканирования (в случае выполнения сенсора в виде фототранзисторной матрицы), либо вводом информации с БИС видео-сенсора, фильтрации входных данных, управления излучателями и обмена информацией с персональным компьютером.

Разработанные IP-модули, входящие в состав системы на кристалле, обеспечивают решение следующих задач:

обеспечивает сканирование

- LINE_SCANNER фоточувствительной линейки «бегущим нулем», он осуществляет позонный опрос фоточувствительной линейки. При этом интервал сканирования должен уложиться в длительность импульса включения излучателя;

- LED_CONTROLLER осуществляет управление излучателями, обеспечивает их поочередное импульсное включение в соответствии с тем, какая строка в данный момент опрашивается модулем LINE_SCANER;

- MID_POINT определяет середину области затенения на поверхности теневой локации и работает на частоте большей, чем основной модуль, что обеспечивает возможность определения областей затенения от каждого из выключателей до того момента, когда будет просканирована следующая линейка;

- CAM_CONTROLLER осуществляет опрос оптического сенсора для получения изображения. Эта информация служит для определения положения тени на поверхности теневой локации способом, проиллюстрированным на рис. 3 и 4.

IP-модули «SPI» и «RS232» входят в состав стандартных IPмодулей EDK XILINX и не нуждаются в адаптации, если не считать настройки скоростей передачи и приема данных. Процессы, исполняемые в модулях «LINE_SCANNER» и «MID_POINT», протекают параллельно с программным кодом, исполняемым процессором.

Предложен принцип, который может использоваться при практическом использовании информационно-управляющей системы для взаимодействия оператора с прикладным ПО. Его основой является псевдотрехмерный оконный интерфейс и трехмерный интерфейс «пространственно вложенных кубов», являющихся логическим расширением мульти-оконной системы.

Пример, поясняющий сказанное, изображен на рис. 11, где набор {S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8} представляет открытые «окна» интерфейса, причем, все они, кроме «окна» S3, имеют показатель прозрачности 100%, и поэтому не отображаются на экране монитора и не активны для пользовательских действий. «Окно» S3 выбрано пользователем для работы погружением указателя U (пальца) вглубь рабочей зоны устройства над сенсорной поверхностью.

Рис. 11. Схематическое изображение пространственного «листания окон».

Таким образом, формальное описание этих действий имеет вид:

() (13) где:

– номер выбранного окна;

– глубинная координата точки пространственного указателя;

- таблично заданная функция переходов к выбранному «окну».

Более глубокое «погружение» пользователя в интерфейсное пространство, достигается с помощью формирования сегмента поверхности цилиндра, на котором размещены управляющие элементы, или отдельные «окна». Вид на этот цилиндр извне «виртуального пространства» приведен на рис. 12.

Рис. 12. Фрагмент цилиндра с размещенными на нем «окнами»

Sj.

С поворотом этой фигуры относительно пользователя, перед ним будут появляться различные пункты меню. Сказанное иллюстрируется на рис. 13. Набор «окон» * + находится на поверхности цилиндра. Поворот осуществляется поворотом указателя U в горизонтальной плоскости, а выбор требуемого окна осуществляется наклоном U вниз (аналог «клика»).

Рис. 13. Геометрическая схема организации листания «окон».

Формальное описание этих действий имеет вид:

() (14) где:

– номер выбранного окна;

– угол направления на требуемое окно;

- таблично заданная функция переходов к выбранному «окну».

Объединение этих функций дает возможность выбора i, jвариантов выбора «окон»:

() { (15) () Создание интуитивно понятного интерфейса становится возможным путем объединения 2D и 3D технологий управления прикладной программой. Реализация такого интерфейса может быть осуществлена в системе разработки программного обеспечения высокого уровня, в которой возможно создание оконного приложения. Для этого была использована среда разработки Delphi 2010, входящая в состав пакета Embarcadero RAD Studio 2010.

На рис. 14 схематически изображено пространство виртуальной реальности с пятью доступными для пользователя интерфейсными окнами, представленными в виде полупрозрачных прямоугольников. Их выбор осуществляется посредством наклона пространственного указателя в направлениях, обозначенных тонкими стрелками. «Проход»

сквозь окно виртуального пространства отмечен толстой стрелкой.

–  –  –

«Погружение» в «окно» может осуществляться движением пальца внутрь рабочей зоны устройства, а возврат на предыдущий уровень осуществляется движением указателя из глубины рабочей зоны. Если возникает необходимость «погрузиться» в окно, расположенное, например, выше текущего, то надо выбрать верхнее окно путем соответствующего движения пальца вверх, а затем «погрузиться» в него, как это было описано выше.

Пример подобного взаимодействия с окнами в виртуальном пространстве изображен на рис. 15, где видны связи между окнами в виртуальном пространстве пользовательского взаимодействия.

Рис. 15. Межоконные связи в виртуальном пространстве.

В заключении сформулированы основные выводы и полученные результаты.

Основные выводы и результаты работы

В ходе выполнения диссертационной работы:

1. Проведен анализ существующих оптико-электронных измерительных систем, проанализировано их применение в задачах управления объектами.

2. Предложен новый принцип построения оптико-электронной информационно-управляющей системы. Его новизна подтверждается полученным автором патентом РФ №2362216.

3. Разработаны оптико-геометрические и функциональные схемы оптико-электронных информационно-управляющих систем на основе предложенного автором принципа «теневой локации».

4. Разработана математическая модель построения теневых составляющих от двух пространственно разнесенных излучателей в виде системы матричных уравнений.

5. Разработаны алгоритмы обработки информации «теневых составляющих» и принципы построения управляющих интерфейсов, использующих информацию о положении пространственного указателя.

6. На основе математической схемы информационноуправляющей системы и диаграммы ее матричных преобразований сигналов, создана модель функционирования, позволяющая оценить точностные характеристики, связанные с геометрией ее конструктивного исполнения.

7. Проведено макетирование основных узлов данной системы, а именно «поверхности теневой локации» и специализированного вычислительного устройства.

8. Разработан прототип устройства, объединяющий аппаратные и программные модули в «систему на кристалле».

9. Построены модели графических управляющих интерфейсов пользователя, для перспективного трехмерного манипулирования.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях:

1. Литманович А.М. Модуль сжатия видеоинформации методом ДИКМ с прореживанием. Современные проблемы определения ориентации и навигации космических аппаратов. Институт космических иследований. Тезисы докладов. - г.Таруса 2008 г., с.58.

2. Литманович А.М., Литманович М.Г. Устройство для трехмерной манипуляции. Патент РФ № 2362216 от 12.05.2008 г.

3. Литманович А.М. Предварительное сжатие потокового видеоизображения попиксельным прореживанием в шахматном порядке в системах дистанционого зондирования Земли. Микроэлектроника и информатика – 2009. 16-ая Всероссийская межвузовская научнотехническая конференция. Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2009 г., с.159.

4. Литманович А.М. Метод вычисления координат объекта, основанный на методе теневой локации, в системах взаимодействия человек-машина. Микроэлектроника и информатика – 2010. 17-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. – М.: МИЭТ, 2010 г., с.202.

5. Литманович А.М. Устройство определения трехмерных координат объекта основанное на методе теневой локации. 7-ая научнотехническая конференция «Системы наблюдения, мониторинга и дистанционного зондирования земли». Тезисы докладов.- г.Адлер 2010 г.,с.343-347.

6. Литманович А.М., Литманович Д.М. Измерение положения пространственного указателя методом теневой локации.

Микроэлектроника и информатика – 2011. 18-ая Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция. Тезисы докладов.

– М.:

МИЭТ, 2011 г., с.191.

7. Литманович А.М., Демкин В.И. Оптико-электронная измерительная система для определения пространственого положения объекта на основе метода теневой локации. Известия вузов: Электроника 2011 г., № 3, c.69-74.

8. Литманович А.М. Измерение положения пространственого указателя основанное на методе теневой локации. Зеленоград-космосу.

Тезисы докладов.- г.Зеленоград 2011 г.,с.109.

9. Литманович А.М., Литманович Д.М. Измерение положения пространственого указателя в специализированных интерфейсах управления. Естественные и технические науки. 2011 г., №3, c.316-319.

10. Литманович А.М., Евтешин Д.Н. Метод вычисления координат объекта основанный на теневой локации в системах взаимодействия человек-машина. 3-я Научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов. Тезисы докладов.- г.Зеленоград 2011г., с. 30.

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1,5. Тираж 100 экз. Заказ № 23 Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.



Похожие работы:

«Великовский Дмитрий Юрьевич КРИСТАЛЛЫ СЕМЕЙСТВА КАЛИЙ-РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ВОЛЬФРАМАТОВ КАК МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ АКУСТООПТИКИ Специальность: 01.04.01 «Приборы и методы экспериментальной физики» АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук Москва – 2015 2 -Работа выполнена в ФГБУН «Научно-технологический центр...»

«ФРОЛОВ Михаил Алексеевич ЕМКОСТНЫЕ ДАТЧИКИ ДАВЛЕНИЯ С ПОВЫШЕННОЙ НАДЕЖНОСТЬЮ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ И УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ДВИГАТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2015 Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский...»

«БОЛДЕНКОВ ЕВГЕНИЙ НИКОЛАЕВИЧ РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ В АППАРАТУРЕ СПУТНИКОВОЙ НАВИГАЦИИ Специальность 05.12.14 — Радиолокация и радионавигация Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук Москва — 2007 Работа выполнена на кафедре радиотехнических систем Московского Энергетического института (ТУ). Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Перов Александр Иванович Официальные оппоненты:...»

«АЛИМУРАДОВ Алан Казанферович АЛГОРИТМЫ И УЗЛЫ ОБРАБОТКИ РЕЧЕВЫХ КОМАНД ПОДСИСТЕМ ГОЛОСОВОГО УПРАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ Специальность 05.11.16 – Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение) Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук ПЕНЗА 2015 Работа выполнена на кафедре «Информационно-измерительная техника и метрология» Федерального государственного бюджетного образовательного...»









 
2016 www.konf.x-pdf.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, диссертации, конференции»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.