ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ
The article investigates the influence of the object coordinates calculation delay on the video tracking accuracy by simulating the operation of the drives control system. The data about the formalized delay for a variety of tracking algorithms is shown. References 6, figures 3.
Saved in:
| Date: | 2016 |
|---|---|
| Author Affiliations: |
|
| Keywords: | keywords |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут електродинаміки НАН України, Київ
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/855 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Technical Electrodynamics |
| Download file: |
|
Institution
Technical Electrodynamics| _version_ | 1870202584536449024 |
|---|---|
| author | Терещенко, Т.О. Ямненко, Ю.С. Лазарєв, Д.В. |
| author_facet | Терещенко, Т.О. Ямненко, Ю.С. Лазарєв, Д.В. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Т.О. Терещенко",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "Ю.С. Ямненко",
"institution": "Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. Ігоря Сікорського», пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна"
},
{
"author": "Д.В. Лазарєв",
"institution": "Державне підприємство «Державне київське конструкторське бюро «Луч», вул. Мельникова, 2, Київ, 04050, Україна"
}
] |
| author_sort | Терещенко, Т.О. |
| baseUrl_str | https://techned.org.ua/index.php/techned/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2022-12-23T18:01:58Z |
| description | The article investigates the influence of the object coordinates calculation delay on the video tracking accuracy by simulating the operation of the drives control system. The data about the formalized delay for a variety of tracking algorithms is shown. References 6, figures 3. |
| doi_str_mv | 10.15407/techned2016.05.085 |
| first_indexed | 2026-06-16T01:13:38Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5 85
УДК 62.529
ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ
Т.О.Терещенко1*, докт.техн.наук, Ю.С.Ямненко1**, докт.техн.наук, Д.В.Лазарєв2
1 − Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
пр. Перемоги, 37, Київ, 03056, Україна. E-mail: tereshhenko50@bk.ru
2 − Державне підприємство «Державне київське конструкторське бюро «Луч»,
вул. Мельникова, 2, Київ, 04050, Україна. E-mail: dvlazariev@gmail.com
Досліджено вплив затримки обчислення координат об’єкту на точність відеосупроводження об’єктів слідку-
вання шляхом моделювання роботи системи управління приводами. Наведено дані про формалізовану затримку
для різних алгоритмів відеосупроводження. Бібл. 6, рис. 3.
Ключові слова: система відеосупроводження, сигнал помилки, модель двигуна постійного струму.
Вступ. Сучасні системи супроводження об’єктів за відеосигналом будуються, як правило, на базі елек-
тротехнічних комплексів, системи керування яких розраховують прогнозовані значення координат об’єктів за
алгоритмами, точність яких залежить від затримки обчислень координат та частоти ШІМ-модуляції сигналів
перетворювачів приводів позиціонування [2,4,6]. Вибір частоти комутації силових ключів перетворювачів
впливає на точність позиціонування відеокамери спостереження, тому дослідження впливу величини затримки
на точність позиціонування і, відповідно, на вибір частоти комутації ШІМ є актуальним [1]. Метою статті є мо-
делювання та дослідження системи автоматичного регулювання приводу відеокамери спостереження за об'єк-
том для визначення передатних функцій та оцінки впливу затримки обчислень на точність позиціонування.
Структурна схема системи. Структурна схема системи відеосупроводження об’єкту представлена на
рис. 1. Відеокамера, яка слідкує за об’єктом, обертається приводами азимуту та вертикалі та передає відеосиг-
нал до блоку визначення координат положення об’єкту. Блок управління оцінює відхилення спрямованості ві-
деокамери від об’єкту та формує сигнали управління, що підсилюються та надходять до приводів, які оберта-
ють відеокамеру.
Дослідження впливу затримки у блоці визначення координат на точність позиціонування відеокамери
виконаємо шляхом моделювання роботи системи відеосупроводження.
Порівняння швидкодії алгоритмів обробки відеосигналів. Швидкодія сучасних алгоритмів супро-
водження за відеосигналом суттєво різниться в залежності від складності конкретного алгоритму, моделі
об’єкта, апаратури, на якій він виконується, та від програмної реалізації. Тому швидкодію оцінюють в еквіва-
лентних операціях фільтрації (ЕОФ) [4]. Швидкодія, виражена в ЕОФ, є безрозмірною величиною. При моде-
люванні затримки, котра спричинена обчисленням алгоритму та роботою перетворювачів з ШІМ, потрібно вра-
ховувати частоту кадрів відеосигналу fкадрів, оскільки однаковий показник ЕОФ може задовольняти вимоги до
системи з низькою частотою кадрів, але бути зовсім неприйнятним для системи з високою частотою кадрів.
Тому при побудові моделі системи відеосупроводження використовувалася відносна затримка алгоритму відео-
супроводження τВС, розрахована за формулою
кадрів
ЕОФВС
f
τ = . (1)
Якщо показник ЕОФ більший за частоту кадрів відеосигналу, відносна затримка менша одиниці.
Моделювання роботи. Два канали управління положенням відеокамери – канали азимуту та вертикалі
– є незалежними, тому розглянемо модель одного каналу (рис. 2).
Відеокамера, блок визначення координат та блок управління, представлені на рис.1, моделюються на-
ступними елементами: 1) суматором, який обчислює різницю між вхідним сигналом r (заданим кутом) та фак-
тичним кутом орієнтації відеокамери v: e = r – v; 2) ПІД-регулятором P(z); 3) елементом затримки Delay, зна-
чення якої дорівнює τВС на заданій частоті дискретизації.
© Терещенко Т.О., Ямненко Ю.С., Лазарев Д.В., 2016
ORRCID ID: * http://orcid.org/0000-0002-8534-0623 ; ** http://orcid.org/0000-0002-9796-6420
Приводи Сигнали завдання
координат
Блок визначення координат
ПІД
регулятори
Перетворю-
вачі з ШІМ
Електро-
двигуни
Відео
камера
Об‘єкт
Підсилювачі Блок
управління
Рис. 1
86 ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5
Рис. 2
Блок, позначений «Sine Wave», моделює рух об’єкту слідкування за допомогою тестового сигналу сину-
соїдальної або ступінчатої форми. Підсилювач, який перетворює сигнал управління на вхідну напругу привода,
моделюється блоком підсилення з насиченням Saturation. Виконавчим елементом приводу є електродвигун по-
стійного струму. Привід моделюється блоком Hdrv. Його модель складена з наступних міркувань. Привід має
передатну функцію
пенед
нед
п 1 WWW
WW
W
+
= , (2)
де Wед, Wн, Wпе – неперервні передатні функції електродвигуна постійного струму з ШІМ регулятором, наван-
таження та проти-ЕРС відповідно [3,5]. Передатна функція електродвигуна постійного струму визначається як
RLs
qKW
+
⋅
= м
ед , (3)
де Kм – коефіцієнт моменту електродвигуна; q – коефіцієнт редукції; L, R – індуктивний та активний опори якір-
ного кола. Передатна функція проти-ЕРС визначається як
qKW ⋅= пепе , (4)
де Kпе – коефіцієнт проти-ЕРС.
Передатна функція навантаження
12( ) ,W J q J s K
−
⎡ ⎤= ⋅ + +⎣ ⎦н р н т (5)
де Jр – момент інерції ротора; Jн – момент інерції навантаження; Kт – коефіцієнт тертя.
Блоки Radians to Degrees та dw/dt призначені для приведення кутової швидкості приводу до кута повороту.
Частота кадрів відеосигналу для моделювання була встановлена рівною 25 Гц. На цій частоті працює
блок ПІД-регулятора P(z). Всі інші блоки в моделі дискредитовані з частотою роботи ШІМ 10 кГц. Для оціню-
вання точності супроводження використовувалася абсолютна різниця між фактичним та заданим кутами, які
відповідають напряму відеокамери та напряму на об’єкт.
Результати моделювання. При моделюванні змінювалася затримка у блоці Delay та оцінювалася се-
редня та максимальна нормована похибки. Нормування здійснено до середньої похибки при τВС = 1. За тестові
сигнали використовувалися сигнал синусоїдальної форми з частотою 1 Гц та ступінчатий сигнал. Залежності
похибки від затримки на обробку зображення а) при синусоїдальному вхідному сигналі; б) при ступінчатому
вхідному сигналі показані на рис. 3.
а б
Рис. 3
Нормована похибка експоненційно зростає. При синусоїдальному вхідному сигналі при τВС < 3 зрос-
тання максимальної похибки становить близько 10 % на 1 τВС, а середня похибка починає стрімкіше зростати
після τВС > 4,5. При ступінчастому сигналі досить швидке зростання починається при τВС > 2, що спричинено
перерегулюванням. Максимальна похибка спричинена стрибком, амплітуда якого значно більша за середню
похибку, тому на графіку вона не зображена. Хоча ступінчатий сигнал не є практичним випадком, оскільки тра-
ISSN 1607-7970. Техн. електродинаміка. 2016. № 5 87
єкторія об’єкту не змінюється стрибком, він дозволяє оцінити динамічні властивості системи. В реальній сис-
темі похибка буде ближча до рис. 2, а, тому алгоритми з τВС < 3 цілком прийнятні для розглянутої системи.
На графіках середньої похибки наведено затримки відомих алгоритмів: Best Displacement Flow (BDF),
Scale Ratio Adaptive Tracker (SRAT), Distractor Aware Tracker (DAT) та Multiple Instance Learning tracker (MIL)
[4]. З графіків видно, що швидкодії алгоритму MIL недостатньо для розглянутої системи через високий рівень
похибок, в той час як швидкодії інших алгоритмів буде достатньо. Зазначимо, що у алгоритмів, які мають τВС > 1,
виникатимуть пропуски кадрів, якщо не застосовувати оптимізації алгоритму для паралельної обробки.
Висновки. Побудована модель системи відеосупровождення дозволяє оцінити вплив затримки алго-
ритмів супроводження об’єктів за відеосигналом. Отримана залежність нормованої похибки від затримки до-
зволила визначити вимоги до швидкодії блока обчислення координат: показано прийнятність алгоритмів з
τВС<1 та можливість застосування алгоритмів з τВС < 3 за умови паралельної обробки відеокадрів.
1. Жуйков В.Я., Вербицкий Е.В., Особенности управления преобразователями постоянного тока // Техн.
електродинаміка. Темат. вип. «Проблеми сучасної електротехніки». – 2012. – № 2. – С. 71-73.
2. Терещенко Т.А., Лазарев Д.В., Александров Д.C. Применение преобразования Уолша в системе видео-
сопровождения для вычисления корреляции изображений объектов // Техн. електродинаміка. Темат. вип. «Про-
блеми сучасної електротехніки». – 2012. – № 2. – С. 133-135.
3. Hughes A., Drury B. Electric motors and drives. – Newnes, 2013. – 433 p.
4. Kristan M. The Visual Object Tracking VOT2015 Challenge Results // Proceedings of the IEEE Interna-
tional Conference on Computer Vision Workshops. – 2015. – Pp. 1-23.
5. Nise N.S. Control Systems Engineering. – Jefferson City: John Wiley & Sons, 2011. – 926 p.
6. Wu Y., Lim J., Yang M.H. Online object tracking: A benchmark // IEEE Conference on Computer Vision and
Pattern Recognition (CVPR). - 2013. – Pp. 2411-2418.
УДК 62.529
ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ ВИДЕОСОПРОВОЖДЕНИЯ
Т.А.Терещенко1, докт.техн.наук, Ю.С.Ямненко1, докт.техн.наук, Д.В.Лазарев2
1 − Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»,
пр. Победы, 37, Киев, 03056, Украина. E-mail: tereshhenko50@bk.ru
2 − Государственное предприятие «Государственное киевское конструкторское бюро «Луч»,
ул. Мельникова 2, Киев, 04050, Украина. E-mail: dvlazariev@gmail.com
Исследовано влияние задержки вычисления координат объекта сопровождения на точность видеосопровож-
дения путем моделирования работы системы управления приводами. Приведены данные о формализованной
задержке для различных алгоритмов видеосопровождения. Библ. 6, рис. 3.
Ключевые слова: система видеосопровождения, сигнал ошибки, модель двигателя постоянного тока.
POSITIONING PRECISION EVALUATION OF VIDEO SYSTEMS
T.A. Tereshchenko1, Yu.S. Yamnenko1, D.V. Lazariev2
1 − National Technical University of Ukraine "Kiev Polytechnic Institute",
Peremohy str., 37, Kyiv, 03056, Ukraine. E-mail: tereshhenko50@bk.ru
2 − State Enterprise "State Kyiv Design Bureau “Luch”,
str. Melnikov, 2, Kyiv, 04050, Ukraine. E-mail: dvlazariev@gmail.com
The article investigates the influence of the object coordinates calculation delay on the video tracking accuracy by
simulating the operation of the drives control system. The data about the formalized delay for a variety of tracking
algorithms is shown. References 6, figures 3.
Keywords: system of video tracking error signal, the DC motor model.
1. Zhuyikov V.Ya., Verbitskyi E.V. Features direct current converter control // Tekhnichna Elektrodynamika.
Tematychnyi vypusk "Problemy sychasnoi elektrotekhniky". − 2012. − Part 2. − Pp. 71-73. (Rus)
2 Tereshchenko T.A., Lazariev D.V., Aleksandrov D.S. Application of Walsh transform in video-tracking sys-
tem for images correlation computation // Tekhnichna Elektrodynamika. Tematychnyi vypusk "Problemy sychasnoi
elektrotekhniky". − 2012. − Part 2. − Pp. 133-134. (Rus)
3. Hughes A., Drury B. Electric motors and drives. – Newnes, 2013. – 433 p.
4. Kristan M. The Visual Object Tracking VOT2015 Challenge Results // Proceedings of the IEEE Interna-
tional Conference on Computer Vision Workshops. – 2015. – Pp. 1-23.
5. Nise N.S. Control Systems Engineering. – Jefferson City: John Wiley & Sons, 2011. − 926 p.
6. Wu Y., Lim J., Yang M.H. Online object tracking: A benchmark // IEEE Conference on Computer Vision and
Pattern Recognition (CVPR). - 2013. – Pp. 2411-2418.
Надійшла 03.02.2016
Остаточний варіант 25.04.2016
|
| id | techned_org_ua-article-855 |
| institution | Technical Electrodynamics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-06-16T01:13:38Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Інститут електродинаміки НАН України, Київ |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | technedorgua/59/c7d5c182a5b2ba454a9446b364296259.pdf |
| spelling | techned_org_ua-article-8552022-12-23T18:01:58Z POSITIONING PRECISION EVALUATION OF VIDEO SYSTEMS ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ Терещенко, Т.О. Ямненко, Ю.С. Лазарєв, Д.В. system of video tracking error signal he DC motor model система відеосупроводження сигнал помилки модельдвигуна постійного струму The article investigates the influence of the object coordinates calculation delay on the video tracking accuracy by simulating the operation of the drives control system. The data about the formalized delay for a variety of tracking algorithms is shown. References 6, figures 3. Досліджено вплив затримки обчислення координат об’єкту на точність відеосупроводження об’єктів слідкування шляхом моделювання роботи системи управління приводами. Наведено дані про формалізовану затримку для різних алгоритмів відеосупроводження. Бібл. 6, рис. 3. Інститут електродинаміки НАН України, Київ 2016-07-07 Article Article application/pdf https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/855 10.15407/techned2016.05.085 Tekhnichna Elektrodynamika; No. 5 (2016): TEKHNICHNA ELEKTRODYNAMIKA; 085 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; № 5 (2016): ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА; 085 2218-1903 1607-7970 10.15407/techned2016.05 uk https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/855/733 Авторське право (c) 2022 ТЕХНІЧНА ЕЛЕКТРОДИНАМІКА https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | система відеосупроводження сигнал помилки модельдвигуна постійного струму Терещенко, Т.О. Ямненко, Ю.С. Лазарєв, Д.В. ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title | ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title_alt | POSITIONING PRECISION EVALUATION OF VIDEO SYSTEMS |
| title_full | ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title_fullStr | ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title_full_unstemmed | ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title_short | ОЦІНКА ТОЧНОСТІ ПОЗИЦІОНУВАННЯ СИСТЕМИ ВІДЕОСУПРОВОДЖЕННЯ |
| title_sort | оцінка точності позиціонування системи відеосупроводження |
| topic | система відеосупроводження сигнал помилки модельдвигуна постійного струму |
| topic_facet | system of video tracking error signal he DC motor model система відеосупроводження сигнал помилки модельдвигуна постійного струму |
| url | https://techned.org.ua/index.php/techned/article/view/855 |
| work_keys_str_mv | AT tereŝenkoto positioningprecisionevaluationofvideosystems AT âmnenkoûs positioningprecisionevaluationofvideosystems AT lazarêvdv positioningprecisionevaluationofvideosystems AT tereŝenkoto ocínkatočnostípozicíonuvannâsistemivídeosuprovodžennâ AT âmnenkoûs ocínkatočnostípozicíonuvannâsistemivídeosuprovodžennâ AT lazarêvdv ocínkatočnostípozicíonuvannâsistemivídeosuprovodžennâ |