В Томском госуниверситете систем управления и радиоэлектроники создали компактную систему, которая строит карту глубин — определяет расстояние до каждого объекта — и помогает роботам ориентироваться в тумане, дыму или под водой. Разработка пригодится в робототехнике, автономном транспорте и подводных аппаратах, а в перспективе — для интеллектуального 3D-сканирования.
В 2025 году коллектив ученых кафедры телевидения и управления получил патент на способ формирования изображения карты дальностей до наблюдаемых объектов в рассеивающих средах. В этом году ученые завершили работу над компактным устройством, которое может стать «глазами» роботов — оно строит карты глубин в режиме реального времени.
«Карты глубин нужны, чтобы видеть расстояние до каждого наблюдаемого объекта. Это активно используется в робототехнике, чтобы роботы понимали, где препятствие и как построить траекторию, чтобы его объехать», — рассказывает доцент кафедры телевидения и управления, заведующий лабораторией «Телевизионная автоматика» Вячеслав Капустин.
Большинство существующих приборов для построения карт глубин работают только при хорошей видимости. Есть системы, которые упрощают видимость в тумане, но они либо не строят карты глубин, либо делают это с низкой детализацией. Ученые ТУСУРа создали систему, которая строит карту глубин с высокой детализацией и скоростью — причем в условиях плохой видимости: без освещения, в тумане, задымлении и под водой.
Ранее ученые успешно испытали лабораторный образец в аэрозольной камере Института оптики атмосферы им. В. Е. Зуева СО РАН, где создавались условия плотного тумана и задымления. В этом году завершена работа над опытным образцом малогабаритной системы — его можно будет испытывать в реальных условиях.
«В этом году мы поставили задачу глубокой модернизации, миниатюризации и корпусирования прибора. Задача непростая, так как нужно было компактно расположить сложную оптическую схему и серьезную компонентную базу в небольшом корпусе. Кроме того, если раньше обработка данных выполнялась на ноутбуке, то при создании миниатюрной версии пришлось оптимизировать все алгоритмы так, чтобы они работали на вычислительных мощностях встроенного микрокомпьютера в режиме реального времени», — рассказывает Вячеслав Капустин.
Сейчас система строит карту глубин со скоростью 25 кадров в секунду.
«Скорость обусловлена тем, что для построения карты глубин нужно сформировать минимум два кадра, а затем выполнить расчет их отношения, фильтрацию и аппроксимацию для привязки яркости элемента изображения к дальности. При дальнейшей оптимизации ПО и уменьшении разрешения кадров мы можем достичь 50 кадров в секунду и более — приемная часть это позволяет», — поделился аспирант и участник проекта Илья Мусихин.
Устройство полностью закорпусировано, оснащено выходом HDMI и возможностью беспроводного подключения через Wi-Fi. После того как будет готово мобильное приложение, параметры системы можно будет регулировать со смартфона.
Одно из перспективных направлений дальнейшей работы ученые связывают с внедрением нейросетевых моделей — чтобы использовать устройство как интеллектуальный 3D-сканер высокой точности.
Устройство разработано в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
