\subsection{Основные этапы функционирования системы мониторинга}
\begin{enumerate}
\item Активация внешних модулей (получение первоначальных данных);
\itemсбор информации об исследуемом объекте;
\item мониторинг процесса получения первоначальных данных и общего состояния системы;
\item отслеживание и контроль параметров качества;
\item обеспечение персонала и оборудования необходимой информацией;
\item установление взаимодействия между персоналом и оборудованием (также между различными модулями системы);
\item изменение параметров фото- и видеофиксации объекта контроля, в зависимости от параметров внешней среды (например, освещённость) или характеристик состояния и поведения самого объекта контроля.
\caption{Регистрация цифрового изображения в устройстве}
\end{figure}
\subsection{Основные характеристики камеры}
Есть камеры, хранящие набор пикселей, но есть и «векторные» которые могут менять свою точку фокусировки и хранить набор пикселей для каждого из фокусов. Удобно менять точку фокусировки уже после создания снимка.
\begin{itemize}
\item Характеристики оптической системы.
\begin{enumerate}
\item Основная характеристика -- фокусное расстояние (способность собирать в одну точку лучи света, параллельных оптической оси)
\item угол поля зрения (обратная зависимость от фокусного расстояния) -- угол между двумя лучами, пороходящими через центр входного зрачка объектива к наиболее удалённым точкам попадающим на изображения.
\item апертура объектива -- это диаметр светового пучка на входе в объектив, полностью проходящего через диафрагму (есть входная и выходная, чаще всего считают одинаковыми). от этого будет сильно зависеть характеристики изображения.
\item разрешающая сила объектива (характеристики, отображающие его возможность передачи изображения, зависит от предыдущих параметров).
\[\frac{1}{K}=\frac{1}{N}+\frac{1}{M}\]
где $K$ -- это общая разрешающая сила, $N$ - разрешающая сила оптической системы, $M$ - разрешающая сила системы преобразования
\[ K =\frac{NM}{N+M}\]
\end{enumerate}
\item характеристики светочувствительной матрицы
\begin{enumerate}
\item отношение сигнал/шум (часто рассматривается вместе с усилителем) физическая величина, определяющая средние колебания в определённых пределах;
\item физический размер пикселя светочувствительной матрицы;
\item физический размер всей светочувствительной матрицы (ширина на высоту);
\item выдержка -- интервал времении, в течение которого свет попадает на участок светочувствительной матрицы;
\item глубина резкости (глубина резкозти изображаемого пространства) - расстояние вдоль оптической оси линзы.
\end{enumerate}
\end{itemize}
Зная характеристики камеры мы можем по размытому изображению определить расстояние.
Удалённость от камеры, размеры объекта, кинематические характеристики (скорость, направление движения).
Метод пропорций -- должны быть априорные данные об объекте, для которого мы хотим определять характеристики. Если нет данных об объекте -- должны быть размеры объектов в сцене (дорожные знаки, разметка, и так далее), на основе данных о сцене и изображения объекта на сцене можем вычислить нужные параметры.
Исходные данные:
\begin{itemize}
\item$H_{\text{объекта}}$ -- например, высота объекта в пикселях $h$ -- априорная высота;
\item$\alpha_{\text{кадр}}, \beta_{\text{кадр}}$ -- характеристики камеры -- углы обзора по вертикали и горизонтали, соответственно.
\item$H_{\text{кадр}}$, $W_{\text{кадр}}$ -- высота и ширина кадра
\end{itemize}
найти $l$ -- расстояние до объекта, $v$ -- скорость.
(1)
для вычисления скорости нужно взять два кадра с известным временем между ними.
(2)
$v_x$ тоже касательный считается по аналогии
\[ v_x =\frac{\beta_k *\Delta_o * l}{W_k * N \tau}\]
(3)
Недостаток в том, что нам нужны априорные знания об объектах.
Метод pinhole
(4)
мы знаем, что все лучи проходят через одну точку, тогда стоит задача по координатам $(X,Y,Z)$ получить двумерные координаты $(u, v)$.
(5)
(6) - матрица поворота
вектор $T$ отвечает за центр масс объекта.
Координаты $(X, Y, Z)$ приводятся к двумерным $x', y'$, масштабируются $f(x)$ и делаем сдвиг $c(x)$.
\[x' = x/Z; y' = y/Z\]
\[u = f_x*x' + c_x; v = f_y*y'+c_y\]
(7)
$P$ -- проекционная матрица.
В данной задаче возникает проблема искажений (аберрации, дисторсия).
По изображению можем получить все коэффициенты и посчитать координаты $u, v$. Коэффициенты находятся путём калибровки камеры. И используются для обратного вычисления координат.
(8) цель минимизировать ошибку, видеале = 0
(uia via) = P(xi,yi,zi)
Зная, что матрица P - это проекционная матрица мы можем варьировать матрицы поворота и сдвига(R, T), которые входят в её состав. Perspective Points Problem - проблема того что реальная точка может восстановиться в две и нужно понять у какой коэффициент ошибки меньше.
Определение на изображении планарных (плоских) объектов -- гомография.
(9)
Как понять, что объект плоский. Все точки объекта связаны определёнными геометрическими преобразованиями и возможно построить между ними зависимостями.
