Автономная видеосистема предупреждения столкновения БЛА с препятствиями представляет собой оптический тракт, включающий в себя фокусирующий объектив и детектор излучения, а также программируемую логическую интегральную схему для приема и обработки изображений и выдачи корректирующих команд в управляющие системы беспилотного летательного аппарата (БЛА). Для автономной видеосистемы предупреждения столкновения БЛА с препятствиями нами был разработан новый комбинированный алгоритм обработки изображений в режиме реального времени на основе контурного анализа и частотной фильтрации разностных изображений с помощью быстрого Фурье-преобразования (БФП).

К отличительным особенностям видеосистемы, разрабатываемой с использованием данного алгоритма, можно отнести:

• пассивный режим наблюдений, то есть не требующий активного зондирования подстилающей поверхности, а, следовательно, и источников излучения;
• отсутствие необходимости наличия геолокационных данных;
• возможность обнаружения протяженных препятствий с малым угловым размером вдоль одной из осей, таких как воздушные провода.

Отсутствие необходимости наличия геолокационных данных позволяет существенно повысить автономность летательного аппарата, что особенно важно в случае применения БЛА в удаленных районах с плохими условиями связи.

Использование пассивного режима наблюдений без зондирования местности позволяет упростить саму систему (из-за отсутствия необходимости использования источника излучения), а также сделать БЛА менее заметным.

Особенностью автономной видеосистемы предупреждения столкновения БЛА с препятствиями является возможность обнаружения малых объектов, поскольку практически все существующие автоматические системы по предотвращению столкновений летательных аппаратов с препятствиями неспособны различать объекты с малым угловым размером по любой из осей. Обнаружение такого рода препятствий критически важно, особенно в городских условиях с большим количеством различных электрокоммуникаций.

Основные характеристики автономной 3D-видеосистемы предупреждения столкновения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с препятствиями:

Габаритные размеры - 165,5 × 97,4 × 69,1 мм;

Масса - 0,373 кг;

Энергопотребление - 1,3 Вт;

Поле зрения – 21° по вертикали, 13° по горизонтали;

Пространственное разрешение - 0,97 угл. мин.

Автономная 3D-видеосистема предупреждения столкновения беспилотных летательных аппаратов (БЛА) с препятствиями имеет в своем составе 2 блока: блок формирования изображений и блок электроники.

Блок формирования изображений предназначен для регистрации светового излучения оптического диапазона и состоит из 2-х основных элементов: объектива и приемника излучения.

Блок электроники предназначен для обработки поступающего видеосигнала и принципиально состоит из 2-х плат: платы оцифровки сигнала и платы цифровой обработки. Главным функциональным элементом блока электроники является ПЛИС, предназначенная для реализации математических алгоритмов распознавания.

Основное внимание было уделено разработки алгоритмов распознавания препятствий. Основными этапами работы предложенного алгоритма являются первичная обработка изображений, вычисление времени до соударения, вычисление вероятности столкновения и определение оптимальных параметров маневра уклонения. Для определения времени до соударения было предложено использовать комплексный подход основанный на 2-х методах: дальномерном и масштабном. Кроме того, для ускорения расчетов был разработан новый метод поиска ключевых точек на изображениях.

Объектив 3D-видеосистемы состоит из пяти линз в трёх группах. Первые два компонента являются склеенными. Силовым элементом схемы является склеенный компонент из линз 3 и 4. Первый склеенный компонент, состоящий из линз 1 и 2, формирует входной зрачок. Линза 5 применяется для уменьшения влияния полевых аберраций. Материалами линз являются стекла оптические К8 (с относительно низким показателем преломления и высоким коэффициентом дисперсии) и ТФ4 (с относительно высоким показателем преломления и низким коэффициентом дисперсии), их совместное применение в склеенных компонентах позволяет компенсировать хроматические аберрации.