<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">uprinmatus</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Proceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">2223-1536</issn><publisher><publisher-name>Юго-Западный государственный университет</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.21869/2223-1536-2024-14-3-144-156</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">uprinmatus-209</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ И ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>SYSTEM ANALYSIS AND DECISION-MAKING</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Методы навигации по данным аэроландшафта для малых БЛА</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Navigation methods using airlandscape data for small UAVs</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0008-5513-837X</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Мирошниченко</surname><given-names>А. П.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Miroshnichenko</surname><given-names>A. P.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Мирошниченко Алексей Павлович,  аспирант</p><p>ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Aleksey P. Miroshnichenko, Post-Graduate Student</p><p>50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040</p></bio><email xlink:type="simple">alexnofoget@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0009-0005-1583-6550</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Мухин</surname><given-names>И. Е.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Mukhin</surname><given-names>I. E.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Мухин Иван Ефимович, доктор технических наук</p><p>ул. 50 лет Октября, д. 94, г. Курск 305040</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Ivan E. Mukhin, Doctor of Sciences (Engineering)</p><p>50 Let Oktyabrya Str. 94, Kursk 305040</p></bio><email xlink:type="simple">alexnofoget@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Юго-Западный государственный университет</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Southwest State University</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>15</day><month>11</month><year>2024</year></pub-date><volume>14</volume><issue>3</issue><fpage>144</fpage><lpage>156</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Мирошниченко А.П., Мухин И.Е., 2024</copyright-statement><copyright-year>2024</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Мирошниченко А.П., Мухин И.Е.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Miroshnichenko A.P., Mukhin I.E.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/209">https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/209</self-uri><abstract><sec><title>Цель исследования</title><p>Цель исследования. БПЛА получили широкое распространение в  таких сферах деятельности, как военная, разведывательная, исследовательская. Как следствие, остро стоит вопрос их применения в условиях радиоэлектронной борьбы, наличия различных помех как техногенного характера, так и естественного.</p><p>Таким образом, возрастает необходимость навигации БПЛА по визуальным данным.  </p><p>Цель – исследование основных негативных факторов, влияющих на качество изображений аэрофотосъемки, и методов их устранения для построения корректного ортофотоплана для визуальной навигации БПЛА.</p></sec><sec><title>Методы</title><p>Методы. Предложены математические методы для устранения негативных искажений на снимках камеры БПЛА с помощью различных подходов трансформации изображений. После применения этих методов к исходным изображениям получаются исправленные версии, используемые для построения тайлового покрытия. Тайловое покрытие, созданное на основе обработанных снимков, обеспечивает непрерывное и единое покрытие территории, собранное во время полета БПЛА. Это позволяет получать точные координаты снимков и объектов на них.</p><p>Результаты – анализ основных методов устранения негативных факторов, искажающих изображения при аэрофотосъемке для визуальной навигации БПЛА, а также краткий обзор самих методов визуальной навигации.</p></sec><sec><title>Заключение</title><p>Заключение. Для успешной реализации визуальной навигации БПЛА необходимо применить ряд методов по преобразованию изображений аэрофотосъемки, а также применение определенных алгоритмов для визуальной навигации. Сделан вывод, что помимо применения математических и программных алгоритмов также потребуется анализ и исследование необходимых вычислительных мощностей для применения всего аппаратно-программного комплекса на борту БПЛА с учетом его массогабаритных свойств.</p></sec></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The purpose of the research. UAVs are widely used in such fields as military, intelligence, and research. As a result, the issue of their use in electronic warfare conditions and the presence of various interference, both man-made and natural, is acute. Thus, the need for UAV navigation using visual data increases.</p><p>The purpose is study of the main negative factors affecting the quality of aerial photography images and methods for eliminating them to construct a correct orthomosaic for UAV visual navigation.</p><sec><title>Methods</title><p>Methods. Mathematical methods are proposed to eliminate negative distortions in UAV camera images using various image transformation approaches. After applying these methods to the original images, corrected versions are obtained, which are used to construct the tile covering. Tiled coverage created from processed images provides continuous and uniform coverage of the area collected during the UAV’s flight. This allows you to obtain exact coordinates of images and objects on them.</p></sec><sec><title>Results</title><p>Results. An analysis of the main methods for eliminating negative factors that distort images during aerial photography for the visual navigation of UAVs, as well as a brief overview of the visual navigation methods themselves.</p></sec><sec><title>Conclusion</title><p>Conclusion. To successfully implement visual navigation of a UAV, it is necessary to apply a number of methods for converting aerial photography images, as well as the use of certain algorithms for visual navigation. It is concluded that in addition to the use of mathematical and software algorithms, it will also be necessary to analyze and study the necessary computing power for the use of the entire hardware and software complex on board the UAV, taking into account its weight-dimensional properties.</p></sec></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>ортофотоплан</kwd><kwd>тайловое покрытие</kwd><kwd>БПЛА</kwd><kwd>БЛА</kwd><kwd>малые БЛА</kwd><kwd>навигация БПЛА</kwd><kwd>визуальная навигация БПЛА</kwd><kwd>дисторсия</kwd><kwd>коррекция изображений</kwd><kwd>перспективные искажения</kwd><kwd>проективные искажения</kwd><kwd>ориентация по сторонам света</kwd><kwd>проективная трансформация</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>orthomosaic</kwd><kwd>tile covering</kwd><kwd>UAV</kwd><kwd>small UAV</kwd><kwd>UAV navigation</kwd><kwd>UAV visual navigation</kwd><kwd>distortion</kwd><kwd>image correction</kwd><kwd>perspective distortion</kwd><kwd>projective distortion</kwd><kwd>orientation to cardinal directions</kwd><kwd>projective transformation</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Степанов Д. Н. Математические модели получения стереоизображений с двухзеркальных катадиоптрических систем с учётом дисторсии объективов // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43, № 1. С. 105–114.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Stepanov D.N. Mathematical models for obtaining stereo images from two-mirror catadioptric systems taking into account lens distortion. Komp’yuternaya optika = Computer Optics. 2019;43(1):105–114. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Никитин В. Н., Семенцов А. В. Калибровка камер по снимкам плоского тест-объекта // Известия высших учебных заведений. Геодезия и аэрофотосъемка. 2014. № 2. С. 71–80.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Nikitin V.N., Semencov A.V. Calibration of cameras based on images of a flat test object. Izvestiya vysshih uchebnyh zavedenij. Geodeziya i aerofotos"emka = Proceedings of Higher Educational Institutions. Geodesy and Aerial Photography. 2014;(2):71–80. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zhang Yu-Jin. Camera Calibration // 3-D Computer Vision. Springer, 2023. P. 37–65.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhang Yu-Jin. Camera Calibration. In: 3-D Computer Vision. Springer; 2023. P. 37–65.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Ramalingam S., Sturm P. A Unifying Model for Camera Calibration // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017. Vol. 39, is. 7. P. 1309–1319.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Ramalingam S., Sturm P.A Unifying Model for Camera Calibration. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017;39(7):1309–1319.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Camera calibration using multiple unordered coplanar chessboards / L. Grammatikopoulos, K. Adam, E. Petsa, G. Karras // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Strasbourg, France, 2019. Vol. XLII-2/W18. P. 59–66.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Grammatikopoulos L., Adam K., Petsa E., Karras G. Camera calibration using multiple unordered coplanar chessboards. In: The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Optical 3D Metrology. Vol. XLII-2/W18. Strasbourg, France; 2019. P. 59–66.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Автоматическая калибровка системы видеокамер и лидаров для автономных мобильных комплексов / Ю. Б. Блохинов, Е. Э. Андриенко, К. К. Казахмедов, Б. В. Вишняков // Компьютерная оптика. 2021. Т. 45, № 3. С. 382–393.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Blokhinov Yu.B., Andrienko E.E., Kazakhmedov K.K., Vishnyakov B.V. Automatic calibration of video camera and lidar systems for autonomous mobile systems. Computernaya Optika = Computer Optics. 2021;45(3):382–393. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жимбуева Л. Д., Дамдинова Т. Ц. Исследование факторов, влияющих на дисторсию оптических систем цифровых камер // Вестник Восточно-Сибирского государственного университета технологий и управления. 2015. Т. 53, № 2. С. 38–42.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhimbueva L.D., Damdinova T.C. Issledovanie faktorov, vliyayushchih na distorsiyu opticheskih sistem cifrovyh kamer. Vestnik Vostochno-Sibirskogo gosudarstvennogo universiteta tekhnologij i upravleniya = Bulletin of the East Siberian State University of Technology and Management. 2015;53(2):38–42. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Глаголев В. М. Описание и программное устранение дисторсии объективов // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2017. Вып. 9, ч. 2. С. 188–194.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Glagolev V.M. Description and software correction of lens distortion. Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Tekhnicheskie nauki = Proceedings Tula State University. Technical Sciences. 2017; (9–4):188–194. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Холопов И. С. Алгоритм упрощенной компенсации дисторсии при проецировании видеоизображения на асферические отображающие поверхности априорно неизвестной формы // Цифровая обработка сигналов. 2014. № 3. С. 57–61.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kholopov I.S. Simplified distortion compensation algorithm for projecting video on priori unknown form aspherical reflective surfaces. Cifrovaya Obrabotka Signalov = Digital Signal Processing. 2014;(3): 57–61. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Rong J., Huang S., Shang Z., Ying X. Radial Lens Distortion Correction Using Convolutional Neural Networks Trained with Synthesized Images // Computer Vision – ACCV. 13th Asian Conference on Computer Vision, Taipei, Taiwan, November 20–24. Springer, 2016. P. 35–49.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Rong J., Huang S., Shang Z., Ying X. Radial Lens Distortion Correction Using Convolutional Neural Networks Trained with Synthesized Images. In: Computer Vision. ACCV:  Proceedings of the Southwest State University. Series: Control, Computer Engineering,  Information Science. Medical Instruments Engineering. 2024;14(3):144–156 13th Asian Conference on Computer Vision, Taipei, Taiwan, 20–24 November 2016. Springer; 2016. P. 35–49.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Холопов И. С. Алгоритм коррекции проективных искажений при маловысотной съёмке // Компьютерная оптика. 2017. T. 41, № 2. С. 284–290.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kholopov I.S. Algorithm for correcting projective distortions during low-altitude photography. Komp’yuternaya optika = Computer Optics. 2017;41(2):284–290. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Золотухин Ю. Н., Нестеров А. А. Управление угловым положением летательного аппарата // Автометрия. 2015. Т. 51, № 5. С. 35–41.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zolotukhin Yu.N., Nesterov A.A. Control of the angular position of an aircraft. Avtometriya = Autometry. 2015;51(5):35–41. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Алпатов Б. А., Ершов М. Д., Фельдман А. Б. Aлгоритм обработки изображений для системы комбинированного видения летательного аппарата // Цифровая обработка сигналов. 2015. № 3. С. 8–14.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Alpatov B.A., Ershov M.D., Feldman A.B. Image processing algorithm for combined vision system of aircraft. Cifrovaya Obrabotka Signalov = Digital Signal Processing. 2015;(3):8–14. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Белов Ю. С., Рыбкин С. В. Математические модели геометрических преобразований изображений в задаче анализа видеопоследовательностей // Электронный журнал: наука, техника и образование. 2015. № 3. С. 15–24.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Belov Yu.S., Rybkin S.V. Mathematical models of geometrical transformations of images in a problem of the analysis of video frames. Elektronnyj zhurnal: nauka, tekhnika i obrazovanie = Electron Journal: Science, Technology and Education. 2015;(3):15–24. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Захлебин А. С. Методика построения ортофотопланов местности с помощью беспилотного квадрокоптера, оснащенного навигационным геодезическим приемником // Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. 2021. Т. 24, № 3. C. 44–49.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zahlebin A.S. The technique of constructing orthophotoplanes of the terrain using an unmanned quadcopter equipped with a navigation geodetic receiver. Doklady Tomskogo gosudarstvennogo universiteta sistem upravleniya i radioelektroniki = Proceedings of TUSUR University. 2021;24(3):44–49. (In Russ.)</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">An accurate real-time uav mapping solution for the generation of orthomosaics and surface models / A. Kern, P. Fanta-Jende, P. Glira, F. Bruckmüller, C. Sulzbachner // The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Strasburg, France, 2021. Vol. XLIII-B1. P. 165–171.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kern A., Fanta-Jende P., Glira P., Bruckmüller F., Sulzbachner C. An accurate realtime uav mapping solution for the generation of orthomosaics and surface models. In: The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Vol. XLIII-B1. Strasburg, France; 2021. P. 165–171.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Tanathong S., Smith A. P., Remde S. SurfaceView: Seamless and Tile-Based Orthomosaics Using Millions of Street-Level Images From Vehicle-Mounted Cameras // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2022. Vol. 23, is. 4. P. 3482–3497.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tanathong S., Smith A.P., Remde S.  SurfaceView: Seamless and Tile-Based Orthomosaics Using Millions of Street-Level Images From Vehicle-Mounted Cameras. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems. 2022;23(4):3482–3497.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Gómez-Candón D., De Castro A. I., Lopez-Granados F. The accuracy of mosaics from unmanned aerial vehicle (UAV) imagery for precision agriculture purposes in wheat // Precision Agriculture. 2014. Vol. 15. P. 44–56.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gómez-Candón D., De Castro A. I., Lopez-Granados F. The accuracy of mosaics from unmanned aerial vehicle (UAV) imagery for precision agriculture purposes in wheat. Precision Agriculture. 2014;(15):44–56.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit19"><label>19</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Pagliari D., Pinto L., Sona G. Experimental analysis of different software packages for orientation and digital surface modelling from UAV images // Earth. Sci. Inform. 2014. Vol. 7. P. 97–107.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Pagliari D., Pinto L., Sona G. Experimental analysis of different software packages for orientation and digital surface modelling from UAV images. Earth. Sci. Inform. 2014;(7):97–107.</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
