Камаев А.Н.   Карманов Д.А.   Сухенко В.А.   Смагин С.И.  

Использование синтетических данных для тестирования и отладки систем технического зрения АНПА

Докладчик: Смагин С.И.

   Сложность точной навигации под водой и невозможность организации связи с передачей больших объемов данных между АНПА (автономным необитаемым подводным аппаратом) и оператором приводят к необходимости развития бортовых систем технического зрения для повышения автономности необитаемых подводных аппаратов. От таких систем требуется высокая надёжность и качественная работа в самых разнообразных условиях. Их разработка и последующее использование невозможно без тщательной отладки и тестирования. На данном этапе серьезной проблемой оказывается получение тестовых данных и организация процесса тестирования.
   В настоящее время для задач тестирования и отладки используются тестовые полигоны с различными размещёнными на дне маркерами или мишенями, а также специально оборудованные бассейны. Такие методы хорошо подходят для тестирования приборов и оборудования АНПА, но не способны предоставить достаточного количества и разнообразия данных, необходимых для отладки систем технического зрения. Кроме того, время получения тестовых данных оказывается слишком долгим, что неприемлемо, особенно на начальном этапе разработки.
   Для решения проблемы тестирования и отладки систем технического зрения АНПА предлагается использовать виртуальные полигоны, построенные с помощью методов процедурной компьютерной графики. Предлагаемая система для тестирования состоит из трёх основных частей: генератора виртуального полигона, интерфейса между разрабатываемой системой и виртуальным АНПА, симулятором АНПА:
1. Генератор виртуального полигона – самая важная подсистема. В её задачи входит построение и раскраска синтетической модели дна. Процесс генерации контролируется оператором путём задания небольшого количества параметров, определяющих внешний вид дна. Само дно строится путём совмещения трёх уровней детализации: глобальной карты высоты низкого разрешения (строится процедурно на основе параметров), трёхмерной сетки (стоится на основе глобальной карты высоты и трёхмерного «умного шума» с использованием метода марширующих кубов) и высокочастотной фрактальной шумовой составляющей (генерируется и добавляется в процессе вывода). Полигон раскрашивается процедурно, на основе характеристик неровностей и средних уклонов отдельных участков поверхности. При генерации обеспечивается отсутствие повторяющихся текстурных паттернов, разнообразие генерируемых поверхностей и их сходство с реальными, встречающимися на морском дне, поверхностями.
2. Интерфейс между системой технического зрения и виртуальным АНПА обеспечивается путём передачи управляющих сообщений (запросы на фотографии с камер и сигналы управления АНПА) от системы технического зрения и получения информационных сообщений (фотографии с отладочной информацией, данные о реальном положении и ориентации АНПА) от виртуального АНПА.
3. Симулятор АНПА обеспечивает простейшую физическую модель перемещения АНПА, а также возможность визуализации тестового полигона с позиций камер, расположенных на борту.

   Использование синтетических тестовых полигонов позволяет получить следующие преимущества относительно реальных полигонов:
1. скорость и низкая стоимость получения тестовых данных,
2. возможность получать тестовые данные на самых разных типах поверхности: от песчаных равнин до каменистых каньонов,
3. возможность определить точность работы системы технического зрения, так как точно известна поверхность исследуемого дна,
4. возможность прервать работу системы в момент возникновения ошибки и быстро найти её причину,
5. повторяемость результатов тестирования.

   Очевидно, что использование синтетических тестов не позволяет полностью отказаться от реальных экспериментов, но оно существенно сокращает требуемое их количество. В результате сокращается время разработки и повышается надёжности систем технического зрения.