Мельник І.В. (Украина, г. Киев, ИАН НАУ)

Теоретичні аспекти оптимізації і розрахунків основних інформаційних критеріїв для розширення можливостей сприйняття зображень пілотом на панелях візуалізації в кабіні літака є актуальною проблемою вивчення. Вирішення проблем впливу, взаємозв'язку основних інформаційних критеріїв для розрахунків і розширення можливостей сприйняття зображень пілотом на панелях візуалізації в кабіні літака потребує роз'яснення багатьох теоретичних аспектів.

Особливості проявлення, взаємозв'язку, оптимізації і розрахунків основних інформаційних критеріїв для розширення можливостей сприйняття зображень пілотом на панелях візуалізації в кабіні літака, обумовлюються неможливістю вирішенням проблем пошуку необхідної інформації в польоті без допомоги нових положень теорії й використання сучасної технології.

Вступление. В целях расширения возможностей восприятия визуальной информации пилотом [1] было разработано [2] большое число разнообразных теорий [3], которые позволяют на практике увеличить дальность видимости объектов, изменять направление визирования, увидеть изображения объектов, абсолютные линейные размеры которых настолько малы, что они с трудом могут быть различимы невооруженным глазом, или очень велики.

Цель исследования. Рассмотреть в комплексе и оптимизировать параметры и характеристики, предложить практические расчеты основных информационных критериев для расширения возможностей восприятия изображений пилотом [4]. на панелях визуализации [5], в кабине самолета. Пусть предмет, высота которого y, находится на расстоянии l от глаза. Будем считать, что по абсолютному значению l ≥ f и что, следовательно, при покое аккомодации изображение предмета будет сфокусировано на сетчатке. Построение изображения предмета на сетчатке глаза производится по правилам геометрической оптики: луч света от точки В, направленный через переднюю узловую точку глаза N, пройдет через вторую узловую точку N' параллельно первоначальному направлению. Точка же предмета А без преломления изобразится на сетчатке в точке А'. Размер изображения у'=│А'В'│=l' tg α или (ввиду малости α tg α ≈α) у' = α l', а отрезок l' находится как разность между длиной глаза и расстоянием от вершины роговицы до второй узловой точки (соответственно равными разнице между 24 мм и 7,332 мм) l'=24–7,332=16,668 мм. Линейное увеличение β_у, равное отношению у' к у, принимает вид

β_y= (1)

Так как l — величина отрицательная, увеличение β_y— отрицательное, т. е. на сетчатке глаза получается обратное уменьшенное изображение.

Анализ последних исследований, Системы визуализации в авиации и космонавтике подразделяются на две группы [3], которые применяют в тех случаях, когда угловой размер подлежащих наблюдению деталей на изображении слишком мал, меньше предельного угла разрешения. Линейный размер h детали тоже очень мал. Уточним, что это значит. Если величина аккомодации 4 дптр., пилот может ясно видеть предмет наблюдаемый гла-зами на изображении на расстояние l₀ =250 мм. Пусть предельный угол =1', или в радианной мере 2,9∙10ֿ⁴. Тогда h = l₀ = 2,9∙10ֿ⁴∙250 ≈ 0,07 мм. Если h ≤ 0,07 мм, то пилот едва видит или совсем не видит визуальную информацию на панели. Если линейный размер h может быть велик, но расстояние до объекта на изображении и его деталей l очень велико, то невооруженным глазом этой проблемы не решить. Но приближать его ближе, чем на расстояние l₀ (расстояние наилучшего зрения), нет смысла, так как дальнейшее приближение приведет к расфокусировке изображения на сетчатке. И если размер детали на изображении настолько мал, что = h/l_0<3∙10ֿ^4, мы не сможем ее отчетливо увидеть. Здесь 3∙10ֿ⁴ – предельный угол разрешения (около 1'), l₀ обычно равно 250 мм с фокусным расстоянием f, мы будем видеть деталь уже не под углом а большим углом : = h/ f и с увеличение по формуле

(2)

Формула (2) указывает на возможность получать чрезвычайно большие увеличения и таким образом видеть неограниченно малые детали визуальной информации на панели. Однако повышать увеличение выше некоторого значения Г_р нет смысла. Дифракция света ставит предел для минимального размера h детали на изображении, которую еще возможно увидеть при достаточно большом увеличении

(3)

где

, n — длина световой волны и показатель преломления среды;

и — угол между оптической осью и крайним лучом, исходящим от объекта;

Произведение называют числовой апертурой и обозначают символом А

(4)

Если значение и приближается к значению 90°, так что . При , а . Таким образом, в лучшем случае можно рассмотреть деталь на изображении размером h = . Невооруженным глазом пилот может увидеть деталь визуальной информации на панели размером . Считая, что предельный угол разрешения , найдем

(5)

Считаем, что основными характеристиками системы “глаз и визуальная информации”. в кабине самолета являются видимое увеличение , угловое поле и диаметр матрицы который реализует определенный символ при передаче изображения. Видимое увеличение системы равно ее угловому увеличению

(6)

где

и — угловое поле оптической системы в пространстве предметов на изображении соответственно;

и — диаметры входного и выходного значения системы “ глаз и визуальная информации”;

— фокусные расстояния системы “ глаз и визуальная информации”;

Линейное и продольное увеличения системы рассчитываются по формуле

, (7)

Угловое поле системы “ глаз и визуальная информации” взаимосвязано с угловым полем и видимого пилотом на панели увеличения

(8)

Предлагается панели и дисплеи для визуализации информации, в зависимости от размера поля зрения системы восприятия, условно отнести к одной из трех групп — с малым, средним или широким угловым полем. Этим группам соответствуют значения углов поля ; ; (и более с ).

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными задачами заключается в исследовании взаимосвязи эффектов восприятия изображений под разными углами, разными пилотами по возрасту и с качеством изображений и панелей визуализации в кабине самолета. Пусть на плоскости, где введена прямоугольная система координат {х, у}, задана функция f(х, у).

Проинтегрируем функцию f(х, у). по некоторой прямой, лежащей в данной пло-скости. Результат интегрирования, который обозначим R, зависит от того, но какой именно прямой проводится интегрирование. Известно [5], что всякая прямая может быть описана уравнением

(9)

Согласно (9) произвольная прямая однозначно задается двумя параметрами s и φ. Поэтому и результат интегрирования функции f(х, у) по некоторой прямой будет зависеть от этих же параметров, т. е. R=R(s, φ). Предположим, что функция f(х, у) интегрируется по всевозможным прямым. Тогда получаются всевозможные значения величины R, которая в данном случае выступает как функция двух переменных R (s, φ). Подобное интегрирование можно также рассматривать как некоторое преобразование [5] данной функции f(х, у) на плоскости {х, у}, которое ставит в соответствие функцию R (s, φ) на множестве всех прямых, задаваемую интегралами от f(х, у) вдоль прямых. Функцию R (s, φ) часто называют преобразованной функцией f(x, у). Помимо этого, о функции R (s, φ) говорят, как о проекции f(х, у) или как о функции, которая описывает проекционные данные. Последним наименованием стараются отразить геометрический смысл [4], а именно то, что в этом преобразовании все значения функции f(х, у), лежащие на прямой, как бы интегрально проецируются в соответствующую точку {s, φ}

Новый подход для решения проблем изложенный в гипотезе [3] заключается в следующем. Предположим в эксперименте, что дело в том, что в нашей постановке задача ставится следующим образом: функция f(х,у) неизвестна, но известна функция R (s, φ), являющаяся преобразованным значением f(х, у); требуется по функции R (s, φ) определить f(х,у). Пути решения задачи предлагаются следующие. В математической модели решение поставленной задачи сводится к отысканию явной формулы обращения, позволяющей по функции R (s, φ) найти f(x, у), или иначе — к поиску обратного преобразования. Полученная формула может считаться некоторым конкретным алгоритмом восстановления f(х, у) по R (s, φ). Этот алгоритм в разработанном методе преобразования в своей основе опирается на решение сформулированной выше математической задачи. Согласно определению и с учетом того, что интеграл от заданной функции вдоль прямой равен интегралу по всей плоскости произведения этой функции на δ-функцию, аргументом которой является левая часть уравнения (9), имеем

(10)

где

s — расстояние от начала координат до этой прямой;

φ — угол, образованный с осью х перпендикуляром, опущенным из начала координат на эту прямую

Личный вклад автора состоит в следующем. После многочисленных математических преобразований получим результаты моделирования процесса для решения проблем. Для большинства панелей визуализации рекомендуется значение , задавать в пределах от 0,04 до 0,12, причем, этот критерий зависит от характеристик изменения зрения пилота от возраста для оптимального восприятии информации. При восприятии изображений на панели визуализации в пространстве изображения яркость фона, угловой размер объекта и контраст объекта с фоном предлагается рассчитывать по формулам

, , (11)

где

Г, D'— увеличение изображения за счет применения определенного типа панелей визуализации и диаметр выходной матрицы панели.

— коэффициент светоотражения, (доли единицы);

q — коэффициент светорассеяния, (доли единицы);

= 1, если (увеличение меньше нормального) и , если (увеличение больше нормального).

При поиске объектов на изображении (текстов, таблиц, графиков и иллюстраций) с помощью рассмотрения их на панели визуализации вероятность обнаружения будет определяться не только вероятностью обнаружения объекта, находящегося в поле панели или дисплея (обозначим ее ), которая зависит от таких параметров, как К, ,2 , t, Г, , q и. т. д., но и от вероятности попадания объекта в угловое поле зрения пилота (обозначим ее ) Вероятность — сложная функция, зависящая от угла зрения пилота на объект на изображении, априорных сведений о местонахождении объекта в поле обзора, выбора алгоритма поиска и т. д. Но прежде всего она определяется соотношением между размерами обозреваемого поля и углового поля: чем меньше угловое поле, тем меньше вероятность попадания объекта в поле при одноразовом его поиске. Таким образом, суммарная вероятность обнаружения искомого объекта на изображении в системе “глаз и визуальная информации” определяется из выражения

(12)

ВЫВОДЫ. При поиске глазом необходимой для пилота информации в полете наиболее оптимальным образом на панели визуализации, чтобы не смешивать два различных теоретических понятия, таких как размер поля обзора и угловое поле панели, обозначим размер поля обзора (поиска) символом 2 , сохранив привычное обозначение 2 за угловым полем панели или дисплея. В общем случае поле обзора может иметь любую произвольную форму, что, впрочем не гарантирует оптимальность процесса восприятия. Обозначим угловой размер поля обзора по горизонтали , аразмер по вертикали . Здесь возможны два случая.

1. Поле обзора пилота меньше углового поля панели визуализации, т. е. и . Это означает, что при одноразовом восприятии глазом человека даже в течении короткого времени объект на изображении обязательно окажется в его поле, т. е. =1. Однако вероятность обнаружения объекта на изображении определяется целиком вероятностью . В результате экспериментов установлено, что среднее время поиска, соответствующее вероятности обнаружения 0,63, будет определяться для изображений по конфигурации протяженного одиночного объекта и одиночного точечного объекта по формуле

, (13)

2. Поле обзора пилота больше углового поля панели визуализации или дисплея, т. е. либо , либо , либо и. Для обнаружения объекта на изображении необходимо прибегнуть к помощи механиза микросканирования глаза (саккадам) человека, т. е. последовательно просмотреть поле обзора дисплея по координатам. Расчет вероятности обнаружения объекта и среднего времени поиска в этом случае значительно усложняется, что требует дефицитного в полете времени на рассмотрение деталей изображений.

Литература:

1. Анцелиович Л.Л. Надежность, безотказность и живучесть самолета. – М.: Машиностроение, 1985. – 296с.

2. Ситник О.Г. Принципи побудови пристроїв візуалізації інформації на космічних станціях для ефективного керування військами // Зб. наук. праць НАОУ. – № 35. – К.: Труди НАОУ. 2002. – С. 79–84.

3. Оптимальні процедури розпізнавання. Обґрунтування процедур індуктивного виводу / Гупал A. М., Сергієнко І. В. // Кибернетика и системный анализ. — 2003. — № 1. — С. 33–39.

4. Ідентифікація станів складних систем з оцінкою допустимої похибки вимірів при нечіткій інформації / Насібов Е. Н. // Кибернетика и системный анализ. — 2002. — № 1. — C. 63-71.

5. Ситник А.Г., Ходаковский Н.И, Особенности разработки систем технического зрения для восстановления зрительной функции человека // УСиМ. – № 2. – К.: ІК НАНУ, 2000. – С. 35–41.

Поиск по сайту: