Системы улучшенного видения для самолетов гражданской авиации

Материал из Техническое зрение
Перейти к: навигация, поиск

Как показывают исследования Всемирного фонда безопасности, почти 75\% аварий самолетов при заходе на посадку и посадке происходят в аэропортах, где недоступны или отсутствуют приборы точного захода на посадку, в условиях плохой видимости. В связи этим одним из важных направлений совершенствования бортовой авионики является разработка аппаратно-программных комплексов "улучшенного видения" ($\textit{Enhanced Flight Vision Systems, EFVS}$). По функциональным характеристикам системы улучшенного видения разделяются на три типовых класса: системы улучшенной визуализации, системы синтезированного видения и системы автоматизированного видения.

$\textit{Системы улучшенной визуализации}$ ($\textit{Enhanced Vision System, EVS}$) формируют улучшенное изображение внешней среды по изображениям с телевизионного и тепловизионного канала и отображают его на индикаторе на лобовом стекле (ИЛС) или многофункциональном индикаторе-дисплее (МФИ). На улучшенном изображении пилот может визуально идентифицировать объекты окружающего ландшафта и ВПП, которые в условиях ограниченной видимости невидны невооруженным глазом.

$\textit{Системы синтезированного видения}$ ($\textit{Synthetic Vision System, SVS}$) помимо улучшенных изображений внешней среды визуализируют данные о рельефе. Благодаря этому летчик лучше информирован об окружающих физических ограничениях, что позволят ему с большей эффективностью действовать в случае внезапной необходимости отклониться от заданной траектории. Для информационного обеспечения систем SVS используются базы данных рельефа местности вдоль маршрутов полета, базы данных аэропортов и объектов взлетно-посадочной полосы (ВПП). Часто реализуется т. н. режим визуализации "коридор в небе", указывающий летчику диапазон возможных положений самолета при движении по заданной траектории полета.

$\textit{Системы автоматизированного видения}$ ($\textit{Automated Vision System, AVS}$) в дополнение к функциям улучшенного видения автоматизируют обнаружение ВПП и других объектов интереса при заходе на посадку и посадке, а также обнаружение потенциально опасных препятствий при рулежке самолета на ВПП

В настоящее время на рынке присутствует ряд известных систем улучшенного видения (EVS, EFVS).

Компания Kollsman Inc. (США) предлагает два EVS решения - Kollsman All Weather Window и Kollsman Night Window. Первая система предназначена для работы во всепогодных условиях. В состав системы входят: охлаждаемый ИК-датчик (cooled FLIR), спецвычислитель,дисплей с подогревом, ПО обработки и визуализации изображений. Система Kollsman Night Window представляет собой более компактное и дешевое решение, предназначенное для работы в темное время суток, но при хороших погодных условиях. В состав системы входит неохлаждаемый микроболометр, работающий в диапазоне $8$ - $14$ мкм.


Компанией Gulfstream Aerospace Corporation разработана EVS в составе: ИК-датчика Kollsman FLIR с сапфировым экраном; ИЛС компании Honeywell, оргинального ПО обработки и визуализации изображений.

Компания CMC Electronics (Канада) предлагает два вида систем: CMA-2600 I-Series{\texttrademark} и более компактный и дешевый вариант CMA-2610 M-Series{\texttrademark}. В I-Series используется охлаждаемый, двухдиапазонный ($1$ - $3$ мкм и $3$ - $5$ мкм) ИК-датчик, в случае M-Series - неохлаждаемый, работающий в диапазоне $8$ - $14$ мкм. В стадии разработки находится система на базе миллиметрового радара. Индикация изображений выполняется на ИЛС и/или МФИ дисплеи. Также может устанавливаться подсистема синтезированного зрения (SVS), предоставляющая данные о рельефе местности.


Компания Max-Viz Inc. (США) предлагает систему EVS $2500$ на базе двух ИК-датчиков: длинноволнового - для формирования изображений рельефа и потенциальных препятствий, и коротковолнового - для обнаружения ярких сигнальных огней ВПП. Информация с обоих датчиков поступает на спецвычислитель, где комплексируется и выдается на МФИ летчику. Благодаря использованию неохлаждаемых ИК-датчиков EVS $2500$ имеет компактные размеры, небольшой вес и достаточно проста в установке. Кроме того, отсутствие криогенной системы охлаждения значительно уменьшает ее стоимость. Компания также предлагает более дешевое решение на базе одного неохлаждаемого ИК-датчика EVS $1000$ для вертолетов и бизнес-самолетов.

7-1-12.jpg

Примеры работы системы Kollsman All Weather Window. "EVS View" - синтезированное изображение, "Window View" - вид из кабины пилота

7-1-13.jpg

Примеры работы системы Gulfstream EVS. Показаны изображения, формируемые EVS (With EVS), и вид из кабины пилота без EVS (Without EVS)

7-1-14.jpg

Пример работы системы Rockwell Collins EVS


Rockwell Collins EVS формирует ИК-изображения внешней среды, которую видит пилот, и выводит их на дисплей навигационной системы на лобовом стекле $\mbox{HGS}^\circledR\mbox{-4000}$ разработки этой же компании. Интерфейс EVS-системы обеспечивает взаимодействие ИК-датчика и навигационной системы HGS с целью предоставления пилоту оптимального по качеству ИК-изображения.


Следует отметить, что все перечисленные сертифицированные коммерческие системы EVS первого поколения представляют собой простые неинтеллектуальные системы "датчик - дисплей", обеспечивающие передачу на индикатор в кабине изображения, полученного от датчиков. Лишь некоторые системы предоставляют возможность визуализации синтезированных географических данных с использованием GPS. Лишь в одной из систем используется комплексирование изображений от различных датчиков, причем оба датчика ИК (различных диапазонов). Задача комплексирования и отображения данных, одновременно поступающих от ДРФП, не рассматривается и не решается ни в одной из этих систем. Также ни в одной из коммерческих систем EVS не рассматриваются задачи автоматического выделения ВПП, препятствий и распознавания объектов из базы геопространственных данных. Тем более не рассматриваются задачи стыковки EVS с системой автоматического управления посадкой. В то же время, известно, что работы по всем указанным направлениям активно ведутся. Таким образом, на повестке дня сейчас стоит создание EVS следующего поколения, представляющих собой авиационные системы многоспектрального технического зрения и улучшенной компьютерной визуализации закабинной обстановки, существенно превосходящие ныне известные EVS гражданского назначения по набору функций комплексирования, и особенно - в части интеллектуальной обработки видеоданных.

Важнейшую роль в таких EVS нового поколения должна играть система технического зрения (СТЗ), выполняющая следующие основные функции:


  1. получение и оцифровка многоспектральной видеоинформации;
  2. комплексирование многоспектральной видеоинформации;
  3. автоматическая привязка оперативной видеоинформации к априорной информации о закабинной обстановке с учетом имеющихся навигационных данных;
  4. автоматическое обнаружение ВПП и других типовых объектов интереса в отсутствие навигационных данных и априорной информации о закабинной обстановке;
  5. автоматическое обнаружение препятствий на ВПП.


В состав аппаратного обеспечения СТЗ могут входить: телевизионные видеодатчики (ТВ) различного разрешения; инфракрасные (ИК) видеодатчики различных диапазонов; миллиметровые радары (МР); лазерные локаторы (ЛЛ); специализированные бортовые вычислители.


7-1-15.jpg

Прения элементов ВПП на основе преобразования Хафа: $\textit{а}$ - изображение аккумулятора, $\textit{б}$ - выделенные прямые линии


В состав программно-алгоритмического обеспечения перспективной бортовой многоспектральной системы технического зрения должны входить следующие основные модули: модули управления видеодатчиками различных диапазонов; модули обмена информацией с другими бортовыми подсистемами; модуль организации информационного обмена, синхронизации захвата и обработки многоспектральных видеоданных; модули раздельной поканальной обработки видеоданных; модуль комплексирования многоспектральной видеоинформации; модуль автоматической привязки оперативной двумерной видеоинформации к априорной двумерной или трехмерной информации с учетом текущих навигационных данных; модули автоматического обнаружения ВПП и других типовых объектов интереса в отсутствие навигационных данных и априорной информации; модуль автоматического обнаружения препятствий на ВПП.

На протяжении последних лет необходимые для решения перечисленных задач методы, подходы и алгоритмы были реализованы, опробованы и протестированы сотрудниками ГосНИИАС. В частности, на рис. 15 приведен пример автоматического обнаружения ВПП с использованием модифицированного преобразования Хафа.


Накопленный к настоящему моменту практический задел позволяет с уверенностью говорить о том, что реализация описанных модулей перспективной СТЗ для EVS действительно возможна и должна обеспечить необходимые характеристики функционирования такой системы.

Полезные ссылки

  1. ☝ К началу
  2. ☜ Авиационные и космические приложения
Личные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты