Научная работа

Здесь представлены основные направления научных исследований кафедры. Также вы можете ознакомиться с темами кандидатских диссертаций аспирантов и сотрудников и с подробным списком научных публикаций.

В последнее десятилетие основные научно-исследовательские работы кафедры РЛ-2 совместно с НИИ РЛ МГТУ им. Н.Э.Баумана направлены на обоснование научных принципов и технических путей построения лазерных систем видения с импульсным подсветом, систем технического зрения для мобильных роботов, приборов дистанционной поляриметрии для идентификации структурных признаков объектов, оптико-электронных биполярных нейросетей для идентификации зашумлённых среднеформатных изображений в реальном времени, лазерных и оптико-электронных систем мониторинга природной среды, голографических оптико-электронных приборов для записи и считывания закодированных оптических изображений с использованием радужных голограмм.

Коллектив кафедры участвует в выполнении Федеральных научно-технических программ «Оптика», «Приборы для научных исследований», «Фундаментальная метрология», «Астрономия». В соответствии с решениями Правительства РФ и директивных органов в 1995-1997 г.г. выполнено пять международных проектов (совместно с учёными Китая, Бахрейна, Сирии) по созданию перспективной оптической научно-исследовательской аппаратуры и повышению квалификации специалистов указанных стран.

В настоящее время НИР проводятся кафедрой РЛ-2 совместно с НИИ РЛ по следующим направлениям:

Исследование и разработка новых методов лазерного зондирования для обнаружения, селекции и идентификации современных оптических и оптико-электронных систем наблюдения, разработка лазерных ОЭП

Руководители научного направления: д.т.н., проф. В.Е.Карасик, директор НИИ РЛ, д.т.н., доцент Н.В.Барышников, д.т.н., проф. В.Б.Немтинов, к.т.н., доцент В.Б.Бокшанский, к.т.н., доцент М.В.Вязовых. к.т.н., доцент И.В.Животовский, к.т.н, ст.преп. Е.Е. Мухина , к.т.н., доцент Д.Г. Денисов

По результатам научно-исследовательских работ данного направления защищены 8 кандидатских диссертаций, получены 14 патентов, 5 золотых медалей научных выставок. Среди разработок коллектива можно выделить систему «АнтиСВИД» и систему обнаружения камер скрытого видеонаблюдения.

Система «АнтиСВИД»

Принцип действия прибора основан на использовании физического явления световозвращения, возникающего при дистанционном зондировании лазерным пучком поля обзора зрительного кинозала с последующей регистрацией ретроотраженного излучения инспектируемой системой скрытой видеокамеры и индикацией ее положения на экране монитора в виде яркого блика на фоне интерьера помещения в широком диапазоне освещенностей, а также в условиях пассивных помех.

Основной задачей, решаемой системой «АнтиСВИД», является формирование на экране монитора изображения блика, обусловленного ретроотраженным от световозвращающего объекта излучением на фоне окружающих объектов, а так же при наличии шумов и помех. В данном случае световозвращающим объектом является скрытая видеокамера, ведущей несанкционированную видеосъемку.

При регистрации отраженного излучения качество формируемого изображения таково, что и человек оператор и система автоматического обнаружения встроенная в прибор с высокой вероятностью (не ниже 0,99) обнаруживает скрытую видеокамеру, а так же определяет ее пространственное положение в зрительном зале.

Технические характеристики

Дальность действия, м 0,5...35
Диаметр объектива скрытой видеокамеры, мм, min 1
Минимальный показатель световозвращения обнаруживаемой видеокамеры, см2/cp 100
Мгновенное угловое поле зрения, ° 30
Диапазон уровней естественной фоновой освещенности, лк 0,5...500
Спектральный диапазон работы прибора ближний инфракрасный λ=0,808 мкм
Излучаемая мощность, мВт 35
Потребляемая мощность, Вт 2
Формат выходного телевизионного видеосигнала стандарт CCIR
Система обнаружения камер скрытого видеонаблюдения

Система является аналогом системы «АнтиСВИД» и работает по такому же принципу. Основным отличием является возможность обнаружения скрытых видеокамер с диаметром входного зрачка менее 1 мм.

Алгоритм работы активной системы обнаружения камер скрытого видеонаблюдения выглядит следующим образом. Измеряется дальность до объектной сцены, после чего производится регулировка мощности лазерного излучения. Затем формируется активный и пассивный кадры, из которых синтезируется разностный кадр, который подвергается морфологической обработке, позволяющей определить координаты камеры скрытого видеонаблюдения.

Технические характеристики

Поле обнаружения, ° 17° х 12,75°
Дистанция обнаружения, м до 50
ПСВ, м2/срад от 10-4
Вероятность обнаружения не менее 90%

Исследования и разработка методов и перспективных лазерных систем для дистанционного контроля объектов и состояния окружающей среды

Руководители научного направления: д.т.н. В.А. Городничев, проф., д.т.н. М.Л. Белов, доцент, к.т.н. Ю.В. Федотов, к.т.н., доц. Л.Н. Еременко).

Основные научные результаты этого направления, активно развивающегося последние 10 лет:

  • Разработка лазерных систем экомониторинга окружающей среды – обнаружение газовых и аэрозольных загрязнений атмосферы и загрязнений водной поверхности и толщи воды, в частности обнаружения и измерения толщины пленок нефтепродуктов на водной поверхности.
  • Повышение точности и надежности лидарных измерений, определение новых возможностей дистанционного контроля потоков воздушных и водных масс.
  • Разработка лазерных систем локации подводных объектов, лазерных дальномеров, лазерных измерителей скорости ветра.

В настоящее время ведутся исследования по вновь разрабатываемым направлениям:

  • Контроль толщины нанопленок для технологических задач.
  • Разработка лазерных дистанционных неконтактных приборов, основанных на регистрации флуоресцентного излучения.

Опубликованы научная монография «Лазерный оптико-акустический газоанализ многокомпонентных газовых смесей», 4 учебных пособия, защищены 2 докторских и четыре кандидатских диссертации, получены более 10 патентов.

Разработка оптико-электронных систем инфракрасного диапазона (тепловизионных, пеленгационных, систем технического зрения)

Руководитель научного направления: д. т. н., доц. В.Я. Колючкин

Исследование и разработка методов и алгоритмов распознавания человека по двумерным (2D) и трёхмерным (3D) изображениям лица, разработка оптико-электронных систем видеонаблюдения со сверхширокими полями зрения. Получены 2 патента, золотая медаль выставки в Южной Корее, защищены 2 канидатские диссертации.

Потребность в регистрации трехмерных образов объектов возникает при решении многих задач машинного зрения:

  • Распознавание целей.
  • Идентификация личности (распознавание лиц, формы черепа и кистей рук).
  • Зрение мобильных роботов.
  • Контроль поверхностей фасонных деталей.
  • Дефектоскопия.
  • Медицина.
  • Трехмерное телевидение.
  • Компьютерная анимация.
Панорамная система видеонаблюдения

В целом ряде задач видеонаблюдения требуется получение изображения в большом угловом поле. Такие изображения называются панорамными. Панорама с полным угловым обзором по азимуту и углу места называется сферической. Сферическая панорама представляет особый интерес, так как она содержит информацию обо всем пространстве, окружающем точку наблюдения.

Разработанная система базируется на использовании широкоугольных объективов типа «рыбий глаз», имеющих угловое поле, превышающее 180°. Сферическая панорама в этом случае может быть синтезирована всего из двух изображений. Для этого съемка производится двумя камерами из одной точки в противоположных направлениях.

Изображения, полученные широкоугольными объективами, имеют значительные геометрические искажения, усложняющие их восприятие человеком. В последнее время все большее распространение получают так называемые виртуальные панорамы, которые позволяют пользователям компьютеров рассматривать изображение постепенно, плавно перемещаясь в навигационном окошке от одного его фрагмента к другому, причем в каждом фрагменте исправляются геометрические искажения. Этим достигается имитация работы поворотной камеры с малым угловым полем. Оператор получает для наблюдения на экране только часть пространства, однако, в любой момент времени он может изменить направление наблюдения.

Для создания сферических панорам в НИИ РЛ при сотрудничестве с ООО «Лаборатория трехмерного зрения» был разработан специальный объектив типа «рыбий глаз», имеющий уникальные характеристики. Главной особенностью этого объектива является его угловое поле, составляющее 186° при высоком качестве, обеспечивающим работу с телевизионными камерами высокого разрешения. Разработано специальное программное обеспечение (ПО), необходимое для синтеза и просмотра сферической панорамы человеком-оператором.

Программная коррекция изображений позволяет практически полностью исключить геометрические искажения. Остаточные искажения (дисторсия и проективные искажения) составляют менее одного пикселя.

Разработка методов расчета лазерной оптики и проектирования оптико-электронных лазерных систем

Руководители научного направления: начальник отдела НИО-3, к.т.н., доцент А.Ф. Ширанков, д.т.н., профессор О.В. Рожков, к.т.н., доцент А.М. Хорохоров

В рамках этого направления в настоящее время работает Центр оптических разработок фирмы «Самсунг Электроникс», руководитель Центра – доцент каф. РЛ-2 А.Ф. Ширанков.

Разрабатываются высококачественные оптические системы для цифровой видео и фототехники, программное обеспечение для моделирования работы оптических систем в разных условиях. Получены 10 патентов, подготовлены 6 диссертаций на степень кандидата технических наук.

Разработка электронно-оптических преобразователей (ЭОП)

Руководитель научного направления: д.т.н., профессор кафедры РЛ-2, зам.генерального директора по научной работе НПО «Геофизика НВ» Ю.К.Грузевич

Разработка электронно-оптических преобразователей (ЭОП) – ключевой элементной базы современной техники ночного видения (ТНВ), на основе которых созданы приборы ночного видения нового поколения.

За цикл этих работ в 2003 г. авторскому коллективу присуждена Государственная премия РФ в области науки. В настоящее время более 25 образцов ЭОП и ТНВ на их основе приняты на снабжение силовых ведомств РФ.

Разработка, исследование и создание оптико-голографических систем различного назначения

Руководители научного направления: д.т.н., профессор С.Б.Одиноков, к.т.н., доцент Н.М.Вереникина

За последние годы на кафедре создана и оснащена современной техникой учебно-научная лаборатория «Оптико-голографические системы». В лабо­ратории проводятся ла­бораторные работы и НИР, связанные в пер­вую очередь с исследо­ванием защитных голо­грамм с кодированными скрытыми изображениями. Ниже приведены резуль­таты научной работы и основные научные направления в области голографии, которыми занимается лаборатория.

Обеспечение задач технологий безопасности: разработка, исследование и создание оптико-электронных приборов и устройств для контроля подлинности защитных голограмм с изменяемыми во времени скрытыми кодированными изображениями и идентификации документов строгой отчетности.

Обеспечение задач Минобороны РФ, МВД РФ: разработка, исследование и создание голографических коллиматорных прицелов, обеспечивающих легкость и оперативность прицеливания, в том числе в процессе движения стрелка; голограммных и дифракционных оптических элементов (ГОЭ-ДОЭ), обеспечивающих минимальные массогабаритные параметры оптических систем нового поколения; оптико-голографических объективов для формирования сложных изображений.

Обеспечение задач по созданию новейших систем памяти и хранения цифровой информации сверхвысокой ёмкости: разработка, исследование и создание оптико-голографических систем записи сверхбольших объемов цифровой информации и их сверхскоростного считывания на основе микро и нанооптоэлектронной элементной базы.