Одним из победителей стал аспирант кафедры информационных технологий в экономике ВШЭУ Семён Тушев, который под руководством заведующего кафедрой, доктора технических наук Бориса Суховилова занимается разработкой инновационной фотограмметрической системы.
Фотограмметрия – научно-техническая дисциплина, занимающаяся определением формы, размеров, положения и иных характеристик объектов по их фотоизображениям – появилась в середине XIX века, практически одновременно с самой фотографией. Новый виток ее развития начался в последнюю четверть прошлого столетия, что было связано с появлением и массовым внедрением персональных компьютеров, средств получения, хранения и обработки цифровых изображений, методов машинного зрения и распознавания образов.
– Мы измеряем координаты точек на основе фотографий, а затем с помощью полученных координат проводим высокоточные измерения размеров, оценку формы объекта. Например, можно легко выявить отклонения от заданной формы спутниковой тарелки, даже если она достигает сотни метров в диаметре. В авиакосмической индустрии или автомобилестроении наша система поможет с высокой точностью измерить деталь сложной формы – крыло или капот, и установить, насколько качественно она изготовлена, – рассказывает Семён Тушев.
Несмотря на то что тема компьютерного зрения и фотограмметрических систем в мире достаточно популярна, ученые Южно-Уральского государственного университета вынуждены разрабатывать многие алгоритмы с нуля. В зарубежных научных журналах доступно большое количество публикаций, посвящённых общим принципам построения систем или отдельным алгоритмам. Однако добиться создания системы высокой точности только по открытым материалам нельзя, так как детали реализации, которые обеспечивают такую точность, – коммерческая тайна компаний-разработчиков.
– У нас есть свои принципиально новые разработки на эту тему, уникальные решения в области поиска соответствующих точек. Мы ведем поиск точек при помощи теории графов (граф – абстрактный математический объект, представляющий собой множество вершин и набор рёбер, то есть соединений между парами вершин. – Прим. авт.). Особенность нашей системы в том, что она должна быть мобильной. Один из способов повысить производительность на мобильных ПК – это использование параллельных алгоритмов. В нашей системе работают технологии, схожие с теми, что применяются в суперкомпьютерах, но в меньших масштабах. Нам удалось создать быстрый параллельный алгоритм поиска соответствующих точек, который позволяет в короткие сроки обрабатывать полученную информацию, – объясняет аспирант.
Как работает фотограмметрическая система? В назначенных точках измеряемого объекта располагают световозвращающие круговые мишени, центры которых должны совпадать с контролируемыми точками. На объекте или вблизи него размещают кодовые марки, предназначенные для определения положений камеры, и масштабную линейку. После этого объект фотографируется «с руки» цифровой камерой, настроенной для работы в составе системы. Пространственные координаты контролируемых точек определяются при компьютерной постобработке снимков, на которых идентифицируются круговые мишени и измеряются координаты их центров на сенсоре цифровой камеры.
– В настоящее время работаем с отдельными маркерами, но хотелось бы, чтобы наша система позволяла автоматически выделять контуры измеряемого объекта, – говорит Семен Тушев. – В нынешнем варианте человек после съемки может работать с обработанными системой фотографиями, но на 3D-модели он увидит только точки в пространстве и кодовые марки. Конечно, для того, кто работает с чертежами в САПР-системе, не возникнет никаких сложностей. А вот для строителей или криминалистов – например, при анализе ДТП – хотелось бы, чтобы система сама создавала и показывала контуры сцены в объемной модели. Это повысит ее привлекательность. Сейчас, конечно, ее покупают, но если она будет обладать такой дополнительной функцией, то круг клиентов значительно расширится.
Основным преимуществом созданной фотограмметрической системы является то, что она полностью автоматизирована и бесконтактна: чтобы автоматически производить измерения, достаточно один раз оснастить объект специальными маркерами. Кроме того, разработка южно-уральских учёных отличается высокой точностью измерений: до 10 микрометров на метр, причем измерять можно размеры довольно крупных объектов.
– Важно отметить, что это импортозамещающее решение. В мире существует система V-STARS компании Geodetic Systems. Она обладает похожим функционалом, но стоимость нашей системы в аналогичной конфигурации значительно ниже. Конечно, нам еще предстоит доработать пользовательский интерфейс, добавить новые функции, но в целом система уже готова, – поясняет молодой ученый.
Область применения фотограмметрической системы очень широка: от авиапромышленности до археологии. Прототип ее внедрен на предприятии «УралТрансМаш» в производстве перспективного низкопольного трамвая R1. Кроме того, новинка уже сегодня применяется на некоторых предприятиях аэрокосмической промышленности. Ряд строительных компаний также проявляют интерес к разработке – в настоящий момент с ними ведутся переговоры.
