tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТ10.31854/1813-324X-2021-7-2-69-78tuzsut-166Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИINFORMATION TECHNOLOGIES AND TELECOMMUNICATIONРазвитие теоретических основ синтеза космических адаптивных видеоинформационных системTheoretical Foundations Development of Space Adaptive Video Information Systems SynthesisБобровскийА. И.BobrovskiyA. I.

Санкт-Петербург, 191167

St. Petersburg, 191167

albob@mail.ruГосударственный научно-исследовательский институт прикладных проблемРоссияState Research Institute of Applied ProblemsRussian Federation202125092021726978Copyright © Бобровский А.И., 20212021Бобровский А.И.Bobrovskiy A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/166

Рассмотрены основные положения и принципы синтеза адаптивных видеоинформационных систем, предназначенных для регистрации и анализа изображений динамических сцен на этапах дальнего обнаружения искусственных космических объектов, баллистического и управляемого сближения с ними в средней и ближней зоне кооперации. Исходя из принципа доминантной информации, показано, что основой развития методов и алгоритмов обработки видеоинформации в бортовых системах наблюдения является совместная адаптивная обработка видеоинформации в фотоприемных матрицах и в цифровых процессорах с целью максимизации качества информации, выдаваемой потребителю. Это делается за счет подавления фоновой и шумовой информации путем адаптивного гистерезисного управления кадровой частотой, разрешением кадра и временем накопления сигнала в фотоприемной матрице, а также использование параметрических нейросетевых обнаружителей-классификаторов и адаптивных кодеров изображений доминантного объекта и фона.

The main provisions and principles of the synthesis of adaptive video information systems designed for recording and analyzing images of dynamic scenes at the stages of long-range detection of artificial space objects, ballistic and controlled approach to them in the middle and near zone of cooperation are considered. Based on the principle of dominant information, it is shown that the basis for the development of methods and algorithms for processing video information in on-board surveillance systems is the joint adaptive processing of video information in photodetector matrices and in digital processors in order to maximize the quality of information issued to the consumer by suppressing background and noise information by adaptive hysteresis control of the frame frequency, frame resolution and signal accumulation time in the photodetector matrix, as well as the use of parametric neural network detectors-classifiers.

синтезвидеоинформационная системаадаптациядоминантнаяфоновая и шумовая информациякадровая частотаразрешениевремя накоплениякодированиепараметрическая оптимизацияsynthesisvideo information systemadaptationdominantbackground and noise informationframe rateresolutionaccumulation timeencodingparametric optimizationReferencesХромов Л.И., Лебедев Н. В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. М.: Радио и связь, 1986. 184 с.Chromov L.I., Lebedev N.V., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Solid State Television. Мoscow: Radio i Svyaz Publ.; 1986. 184 p. (in Russ.)Хромов Л.И., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Видеоинформатика. М.: Радио и связь, 1991. 192 с.Chromov L.I., Tsytsulin A.K., Kulikov A.N. Video Informatics. Мoscow: Radio i Svyaz Publ.; 1991. 192 p. (in Russ.)Березин В.В., Умбиталиев А.А., Фахмин Ш.С., Цыцулин А.К., Шипилов Н.Н. Твердотельная революция в телевидении: телевизионные системы на основе приборов с зарядовой связью, систем на кристалле и видеосистем на кристалле. М.: Радио и связь, 2006. 312 с.Berezin V.V., Umbitaliev A.A., Fakhmin Sh.S., Tsytsulin A.K., Shipilov N.N. The Solid State Revolution in Television: CCD, System-on-Chip and Video-on-Chip Television Systems. Мoscow: Radio i Svyaz Publ.; 2006. 312 p. (in Russ.)Цыцулин А.К., Адамов Д.Ю., Манцветов А.А., Зубакин И.А. Твердотельные телекамеры: накопление качества информации. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2014. 272 с.Tsytsulin A.K., Adamov D.Yu., Mantsvetov A.A., Zubakin I.A. Solid State Cameras: Accumulating Information Quality. St. Petersburg: Saint Petersburg Electrotechnical University "LETI" Publ.; 2014. 272 p. (in Russ.)Умбиталиев А.А., Цыцулин А.К., Левко Г.В., Пятков В.В., Кузичкин А.В., Дворников С.В. и др. Теория и практика космического телевидения. СПб: АО «НИИ телевидения», 2017. 368 с.Umbitaliev A.A., Tsytsulin A.K., Levko G.V., Pyatkov V.V., Kuzichkin A.V., Dvornikov S.V., et al. Theory and Practice of Space Television. St. Petersburg: JSC Television Research Institute Publ.; 2017. 368 p. (in Russ.)Хромов Л.И., Цыцулин А.К. Основания космической видеоинформатики // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2011. №. 1. С. 6–31.Hromov L.I., Tsytsulin A.K. Space Videoinformation Basis. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2011;1:6–31. (in Russ.)Бобровский А.И. Адаптация прикладной телевизионной системы к динамике сюжета // Цифровая обработка сигналов. 2018. № 3. С. 3–9.Bobrovskij A.I. Adaptation of the Applied Television System to the Dynamics of the Plot. Digital Signal Processing. 2018;3:3–9. (in Russ.)Бобровский А.И. Обработка видеоинформации в адаптивной системе контроля сближения космических аппаратов // Информация и космос. 2018. № 4. С. 149–153.Bobrovskij A.I. Processing of Video Information in the Adaptive Control System for the Approach of Spacecraft. Information and Space. 2018;4:149–153. (in Russ.)Бобровский А.И. Теоретические основы синтеза космических адаптивных видеоинформационных систем // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2019. № 4. С. 42–46.Bobrovskij A.I. Heoretical Bases of Synthesis of Space Adaptive Video Information Systems. Voprosy radioelektroniki. Seriya Tekhnika televideniya. 2019;4:42–46. (in Russ.)Цыцулин А.К., Фахми Ш.С., Адамов Д.Ю., Бобровский А.И., Зубакин И.А., Черногубов А.В. Принцип доминантной информации − концептуальная основа проектирования видеоинформационных систем // Датчики и системы. 2018. № 11. С. 3–9.Tsytsulin A.K., Fahmi SH.S., Adamov D.Yu., Bobrovskij A.I., Zubakin I.A., Chernogubov A.V. Principle of Dominant Information – a Conceptual Basis for Designing Videoinformation Systems. Datchiki & Systemi (Sensors & Systems). 2018;11:3–9. (in Russ.)Цыцулин А.К., Бобровский А.И., Морозов А.В. Синтез космической системы наблюдения при широком диапазоне изменения дальности до объекта // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2020. № 2. С. 19–37.Tsytsulin A.K., Bobrovskij A.I., Morozov A.V. Synthesis of a Space Videoinformation System with a Wide Range of Changes in the Distance to the Object. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2020;2:19–37. (in Russ.)Цыцулин А.К., Павлов В.А., Бобровский А.И., Морозов А.В., Рогачев В.А. Помехоустойчивость классификации объектов по признаку скоростного смаза // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2020. № 3. С. 53−67.Tsytsulin A.K., Pavlov V.A., Bobrovskij A.I., Morozov A.V., Rogachev V.A. Objects Classification by the Speed-Smearing Feature Noise Resistance. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2020;3:53−67. (in Russ.)Цыцулин А.К., Павлов В.А., Бобровский А.И., Морозов А.В. Информационные оценки в задачах обнаружения–оценивания–передачи сигнала в космическом телевидении // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2019. № 3. С. 61–74.Tsytsulin A.K., Pavlov V.A., Bobrovskij A.I., Morozov A.V. Information Evaluations of Signal Detection-Estimation-Transfer Task in Space Television Systems. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2019;3:61–74. (in Russ.)Цыцулин А.К., Девяткин А.В., Бобровский А.И., Морозов А.В., Горшанов Д.Л., Павлов В.А. Адаптация кадровой частоты к этапам наблюдения в системе контроля сближения космических аппаратов // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2019. № 1. С. 31−38.Tsytsulin A.K., Devyatkin A.V., Bobrovskij A.I., Morozov A.V., Gorshanov D.L., Pavlov V.A. Adaption of Frame Rates for Observation Phases in the Control System of a Spacecraft. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2019;1:31−38. (in Russ.)Цыцулин А.К., Павлов В.А., Бобровский А.И., Морозов А.В., Зубакин И.А. Адаптивное кодирование изображений, разделимых на доминантный объект и фон // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2019. № 3. С. 75–85.Tsytsulin А.К., Pavlov V.A., Bobrovskij A.I., Morozov A.V., Zubakin I.A. Adaptive Coding of Images Divided into Dominant Object and Background. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2019;3:75–85. (in Russ.)Вальд А. Последовательный анализ. Пер. с англ. М.: Физматгиз, 1960. 328 с.Wald A. Sequential Analisis. Translate from English. Мoscow: Fizmatgiz Publ.; 1960. 328 p. (in Russ.)Ширяев А.Н. Статистический последовательный анализ. М.: Наука, 1976. 272 с.Shiryaev A.N. Statistical Sequential Analysis. Мoscow: Nauka Publ.; 1976. 272 p. (in Russ.)Вудворд Ф.М. Теория вероятностей и теория информации с приложением к радиолокации. Пер. с англ. М.: Сов. радио, 1955. 128 с.Vudvord F.M. Probability Theory and Information Theory with an Application to Radar. Translate from English. Мoscow: Sov. Radio Publ.; 1955. 128 p. (in Russ.)Фрэнкс Л. Теория сигналов. Пер. с англ. М.: Мир, 1974. 344 с.Franks L.E. Signal Theory. Translate from English. Мoscow: Mir Publ.; 1974. 344 p. (in Russ.)Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценивания и модуляции. В 4-х томах. Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1972–1977.Van Trees L. Detection, Estimation and Modulation Theory. In 4 vol. Translate from English. Мoscow: Radio i Svyaz Publ.; 1972–1977. (in Russ.)Хелстром К. Статистическая теория обнаружения сигналов. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит., 1963. 432 с.Helstrom C.W. Statistical Theory of Signal Detection. Oxford: Pergamon Press; 1960.Шамис А.Л. Вектор эволюции. Жизнь, эволюция, мышление с точки зрения программиста. М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2013. 200 с.Shamis A.L. Evolution Vector. Life, Evolution, Thinking from the Point of View of a Programmer. Мoscow: LIBROKOM Publ.; 2013. 200 p. (in Russ.)Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией. Пер. с англ. М.: Наука, 1964. 359 с.Bellman R. Adaptive Control Processes: a Guided Tour. Мoscow: Nauka Publ.; 1964. 359 p. (in Russ.)Васильев К.К., Крашенинников В.Р. Статистический анализ последовательностей изображений. М.: Радиотехника, 2017. 248 c.Vasil'ev K.K., Krasheninnikov V.R. Statistical Analysis of Image Sequences. Мoscow: Radiotekhnika Publ.; 2017. 248 p. (in Russ.)Умбиталиев А.А., Пятков В.В., Цыцулин А.К., Левко Г.В., Манцветов А.А., Рычажников А.Е. и др. Статистический анализ и синтез прикладных телевизионных систем // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2015. № 6. С. 4–14.Umbitaliev A.A., Pyatkov V.V., Tsytsulin A.K., Levko G.V., Mantsvetov A.A., Rychazhnikov A.E. Statistical Analysis and Synthesis of Applied Television Systems. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2015;6:4–14. (in Russ.)Красносельский М.А., Покровский А.В. Системы с гистерезисом. М.: Наука, 1983. 271 с.Krasnosel'skij M. A., Pokrovskij A.V. Systems with Hysteresis. Мoscow: Nauka Publ.; 1983. 271 p. (in Russ.)Бобровский А.И., Морозов А.В., Чепелев А.Г., Павлов В.А., Галанов В.В. Выбор архитектуры нейронной сети для обнаружения и классификации изображений космических объектов // Вопросы радиоэлектроники. Серия: Техника телевидения. 2020. № 1. С. 64–73.Bobrovskij A.I., Morozov A.V., Chepelev A.G., Pavlov V.A., Galanov V.V. Selection of Architecture of Neural Network for Space Objects Images' Detection and Classification. Voprosy radioelektroniki. Seriya: Tekhnika televideniya. 2020;1:3–13. (in Russ.)Redmon J., Farhadi A. YOLO9000: Better, Faster, Stronger // Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR, Honolulu, USA, 21–26 July 2017). IEEE, 2017. PP. 7263–7271. DOI:10.1109/CVPR.2017.690Redmon J., Farhadi A. YOLO9000: Better, Faster, Stronger. Proceedings of the IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, CVPR, 21–26 July 2017, Honolulu, USA. IEEE; 2017. p.7263–7271. DOI:10.1109/CVPR.2017.690Цыцулин А.К., Бобровский А.И., Морозов А.В., Павлов В.А., Галеева М.А. Применение свёрточных нейронных сетей для автоматической селекции малоразмерных искусственных космических объектов на оптических изображениях звёздного неба // Оптический журнал. 2019. Т. 86. № 10. С. 30–38. DOI:10.17586/1023-5086-2019-86-10-30-38Tsytsulin A.K., Bobrovskij A.I., Morozov A.V., Pavlov V.A., Galeeva M.A. Using Convolutional Neural Networks to Automatically Select Small Artificial Space Objects on Optical Images of a Starry Sky. Journal of Optical Technology. 2019;86(10):627. DOI:10.17586/1023-5086-2019-86-10-30-38

The authors declare that there are no conflicts of interest present.