Opracowano system rozpoznawania obiektów dla małych samolotów bezpilotowych

Amerykańscy naukowcy opracowali mały komputerowy system rozpoznawania obiektów na ziemi przeznaczony dla lekkich samolotów bezpilotowych, stosowanych przez hobbystów i instytucje badawcze – poinformował portal i blog naukowy ArXiv.

UAV (Unmanned Aerial Vehicles), czyli bezpilotowe maszyny latające, stają się coraz popularniejsze nie tylko jako modele latające dla hobbystów, ale także w zastosowaniach naukowych, np. w archeologii do wykonywania zdjęć stanowisk, w geologii czy ochronie środowiska.

Ich słabą stroną są systemy nawigacyjne. Mają co prawda tanie komputery pokładowe, zwykle zawierające tani mobilny procesor, jednak bardziej złożone zadanie - np. rozpoznanie obiektu naziemnego czy też podążanie za jadącym na ziemi samochodem - jest dla takiego systemu komputerowego niewykonalne – przekracza jego możliwości obliczeniowe. Komputer pokładowy o większych możliwościach obliczeniowych byłby cięższy i wymagałby lepszego zasilania bateryjnego, co znowu oznacza wzrost wagi maszyny, a to jest niemożliwe przy ich tanich silnikach małej mocy i lekkiej, taniej konstrukcji laminatowej.

Problem ten omijano zwykle, sterując zdalnie UAV-em przy pomocy kamery i łącza radiowego, co pozwalało na przekazywanie obrazu wideo do panelu kontrolnego na ziemię. Umożliwiało to proste sterowanie, lot i lądowanie – pod warunkiem, że łącze radiowe było przez cały czas sprawne.

Zespół naukowców z University of North Dakota, pod kierownictwem dr. Ashrafa Qadira, realizując program Departamentu Obrony USA, zbudował tani, prosty i lekki system komputerowy przetwarzania danych. Można go zamontować w każdym nieco silniejszym UAV-ie, w którym montowano dotychczasowe procesorowe układy sterowania. System może rozpoznawać samodzielnie obiekty czy śledzić jeden określony, co oznacza np. podążanie za jadącym samochodem.

Konstruując system przetwarzania danych naukowcy stwierdzili, że obiekty widziane z samolotu, np. samochody czy domy, nie zmieniają kształtu, zmieniając jedynie pozycję i orientację w stosunku do kamery zamontowanej na maszynie. Wobec tego, sprzężony z kamerą program określa pozycję obiektu w określonym wycinku czasu (na „ramce” elektronicznej aparatu, zastępującej tradycyjną klatkę filmu), zaś procesor wylicza, gdzie znajdzie się w następnym wycinku czasu (na następnej „ramce”).

Drugim parametrem jest rotacja śledzonego obiektu. Kiedy komputer pokładowy po raz pierwszy poprzez kamerę go znajdzie, prosty układ przetwarzania obrazu stworzy szereg „ramek”, pokazujących poszczególne etapy rotacji obiektu o 10 stopni. Łącznie dla każdego obiektu tworzona jest biblioteka 36 takich „ramek”, pokazujących jego wygląd w każdej orientacji względem kamery. Naukowcy opracowali prosty protokół umożliwiający porównanie rzeczywistych obrazów każdego obiektu z wytworzonymi w ten sposób obrazami wirtualnymi, co umożliwia szybkie śledzenie i rozpoznawanie.

Testowane rozwiązanie, składające się z prostego jednoprocesorowego komputera, pracującego pod kontrolą wbudowanego systemu operacyjnego Linux, kamery cyfrowej oraz żyroskopowego systemu sterowania, zostało zamontowane na lekkim UAV-ie Super Hauler. Była to przebudowana wersja hobbystycznej maszyny, zdalnie sterowanej, o konstrukcji metalowo-laminatowej, rozpiętości skrzydeł 350 cm i udźwigu ładunku 11 kg.

W trakcie testu operator z ziemi poprzez kamerę wybierał cele do śledzenia dla samolotu – samochody i budynki. Na wysokości 200 m system śledzenia celu pracował z wydajnością 25 ramek na sekundę, co oznacza namierzanie niemal w czasie rzeczywistym. System ma pewne ograniczenia – łatwiej jest śledzić pojedynczy samochód poruszający się po pustej drodze niż jeden z wielu jadących w korku – nawet jeśli jedzie wolno. Trudniej też rozpoznawać dom na przedmieściu stojący wśród innych, wyglądających dokładnie tak samo domów.

Naukowcy pracują nad stworzeniem dokładniejszego i szybszego systemu rozpoznawania, w którym prawdopodobnie zastosują ulepszony komputer oparty na procesorze i płycie głównej ze smartfonu. Taki system mógłby być, ze względu na cenę, standardowo montowany w lekkich UAV-ach, a Departament Obrony chętnie widziałby go w projektowanych mikrosamolotach rozpoznawczych dla US Army. UAV-y z takim systemem będą zapewne jednak najczęściej stosowane w instytucjach naukowych, gdzie bardzo ważnym czynnikiem będzie ich niska cena. (PAP)

mmej/ agt/