КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 25-29-00958
НазваниеМетод повышения качества формирования и обработки изображений орбитальной системы для мониторинга космического мусора
Руководитель Баранов Павел Сергеевич, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" , г Санкт-Петербург
Конкурс №102 - Конкурс 2025 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-706 - Радио- и телевизионные системы, радиолокация и связь
Ключевые слова Система компьютерного зрения, космический мусор, мониторинг космического мусора, метод оценки эффективности, формирование изображений, обработка изображений
Код ГРНТИ47.51.00
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Ожидаемые результаты
Значимость данного проекта заключается в том, что на базе данного программного комплекса возможно дать объективную оценку разрабатываемой конфигурации системы компьютерного зрения до ее физической реализации и запуска в околоземное пространство, что, в свою очередь, потенциально позволит сэкономить время и ресурсы процесса разработки, а также повысит эффективность данной системы во время ее эксплуатации в рамках решаемой задачи мониторинга космического мусора.
Основными результатами предлагаемого проекта являются:
• критерий объективной оценки эффективности орбитальной системой компьютерного зрения для мониторинга космического мусора малых размеров;
• метод определения оптимальных значений основных параметров орбитальной системы компьютерного зрения, при заданных ограничениях, по предложенному критерию оценки эффективности;
• модель распределения доли размеров изображений объектов космического мусора от их общего детектируемого числа орбитальной системой компьютерного зрения с заданными параметрами, что в свою очередь предъявит новые требования к алгоритмам обработки этих изображений;
• метод обработки изображений космического мусора, который отличается от известных тем, что устраняет разрывы большого размера без увеличения ширины кластера на изображении космического мусора, при малых значениях отношений радиуса кружка рассеяния к размеру пиксела;
• метод построения траекторий на основе видеоряда изображений объектов космического мусора с учетом выявленных оптимальных значений параметров системы компьютерного зрения и выбранного конвейера программной обработки;
Материально-техническая база учреждения, опыт коллектива, а также имеющийся задел по проекту подтверждают возможность получения запланированных результатов в указанные сроки.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В рамках выполнения первого года проекта разработан и реализован комплекс моделей и методов, направленных на оценку эффективности орбитальных систем компьютерного зрения для мониторинга космического мусора в околоземном пространстве.
В отчётном периоде уточнена и расширена математическая модель пространственного распределения объектов космического мусора с учётом высоты орбиты, размеров объектов в диапазоне 1–10 см и статистики относительных скоростей между космическим аппаратом и объектами наблюдения. Реализованы функциональные зависимости, описывающие геометрию наблюдения и условия регистрации объектов, а также сформирован вычислительный модуль генерации пространственных выборок объектов космического мусора.
Разработана математическая модель формирования изображений объектов космического мусора в орбитальной системе компьютерного зрения, учитывающая параметры оптической системы, фотоприёмника и основные источники шумов. Получены количественные зависимости числа фотоэлектронов и отношения сигнал/шум от размеров объектов и дистанции наблюдения. Для миссий «КОРОНАС-Ф» и «КОРОНАС-ФОТОН» выполнено сопоставление результатов теоретического моделирования с экспериментальными данными, показавшее отклонение не более 10 %.
Проведён анализ параметров орбитальной системы компьютерного зрения по критерию количества объектов космического мусора, регистрируемых в одном кадре изображения. Показано существование оптимального значения угла поля зрения оптической системы, при использовании которого для ряда конфигураций достигается увеличение числа регистрируемых объектов примерно в пять раз по сравнению с исходными параметрами.
Получены распределения доли размеров изображений объектов космического мусора, включая распределения по длине смаза и углу взаимного движения. Установлено, что доля объектов с однопиксельным смазом составляет от 70 % до 95 % в зависимости от аппаратной конфигурации, что оказывает существенное влияние на требования к алгоритмам обработки изображений.
На основе полученных результатов сформированы требования к алгоритмам обнаружения, сегментации и вычисления координат объектов космического мусора, учитывающие энергетические характеристики изображений и преобладание короткосмазанных и однопиксельных объектов. Результаты первого года формируют основу для дальнейшей интеграции моделей формирования и обработки изображений и развития метода оценки эффективности орбитальных систем компьютерного зрения.
Публикации
1.
Баранов П.С., Сирый Р.С.
Method for Assessing the Efficiency of Space Debris Image Formation and Processing by Orbital Computer Vision Systems
2025 27th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA), 2025 27th International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA) (год публикации - 2025)
10.1109/DSPA64310.2025.10977860