abclinuxu.cz AbcLinuxu.cz itbiz.cz ITBiz.cz HDmag.cz HDmag.cz abcprace.cz AbcPráce.cz
AbcLinuxu hledá autory!
Inzerujte na AbcPráce.cz od 950 Kč
Rozšířené hledání
×

    včera 20:33 | IT novinky

    Společnost Proton AG představila novinky ve svých službách Proton Mail, Proton VPN, Proton Calendar a Proton Drive. Služby jsou přístupné z nového webu proton.me. Aktualizován byl ceník. Představen nový vizuál.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 1
    včera 19:22 | Nová verze

    Týden po vydání Red Hat Enterprise Linux (RHEL) 9.0 byl vydán jeho klon AlmaLinux 9. Podrobnosti v poznámkách k vydání.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 4
    včera 15:00 | IT novinky

    Broadcom kupuje firmu VMware za 61 miliard dolarů.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 4
    včera 09:55 | Nová verze

    Google Chrome 102 byl s verzí 102.0.5005.61 prohlášen za stabilní. Opraveno bylo 32 bezpečnostních chyb. Přehled novinek na Chromium Blogu nebo na Chrome Platform Status. Oficiální přehled novinek (New in Chrome, YouTube) zatím nebyl publikován. Přehled novinek v nástrojích pro vývojáře je bez videa.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 0
    včera 01:55 | Komunita

    The Open Source Software Security Mobilization Plan (pdf) je konsorciem The Linux Foundation zastřešen plán na zvýšení bezpečnosti open source softwaru.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 1
    včera 00:11 | Zajímavý článek

    Minulý týden proběhla hackerská soutěž Pwn2Own Vancouver 2022. Máte-li na starost bezpečnost IT, výsledky vás nepotěší. Microsoft Teams, Oracle Virtualbox, Mozilla Firefox, Microsoft Windows 11, Ubuntu Desktop, Apple Safari, Tesla Model 3 Infotainment System. Vše potopeno. Demonstrované bezpečnostní chyby ve Firefoxu jsou již opraveny ve verzi 100.0.2.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 0
    25.5. 13:22 | Nová verze

    Lokální úložiště Stratis (Wikipedie), alternativa k úložištím s ZFS a Btrfs, bylo vydáno ve verzi 3.1.0. Přehled novinek v poznámkách k vydání.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 5
    25.5. 13:11 | IT novinky

    Sdružení CZ.NIC dnes vrátilo do zóny dříve vyřazená jména domén dezinformačních webů.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 33
    25.5. 11:11 | IT novinky

    Před půl rokem představený webový vyhledávač You.com (Wikipedie) se zaměřuje také na kodéry. Vyzkoušet lze YouCode.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 1
    25.5. 08:00 | Zajímavý software

    RustDesk je open source alternativa k TeamVieweru. Zdrojové kódy jsou k dispozici na GitHubu pod licencí GPL-3.0.

    Ladislav Hagara | Komentářů: 1
    Na sociálních sítích nebo jiných webových diskuzích vystupuji pod
     (60%)
     (17%)
     (23%)
    Celkem 338 hlasů
     Komentářů: 29, poslední 24.5. 00:02
    Rozcestník

    Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    2.3.2021 17:52 | Přečteno: 6172× | Meteopress | Výběrový blog | poslední úprava: 2.3.2021 17:52

    Dnes se podíváme na to, jak z naměřených dat udělat produkt, který lze zobrazit uživateli.

    Předchozí díly seriálu:

    A-scope

    Jak jsme si řekli v předchozích dílech, (aktivní) radar vyšle signál a následně poslouchá, co se vrátilo. V nejjednodušším případě (magnetronový nemodulovaný vysílač) jde o krátký pulz a přijímač je amplitudový demodulátor/detektor obálky. Najdeme tedy na konektoru u přijímače kontakt, na kterém je výstup tohoto detektoru, zapíchneme do něj sondu osciloskopu a vyšleme impulz, tj. vybijeme kondenzátorovou banku do magnetronu.

    Získali jsme to, čemu se říká A-scope (1, 2). Vidíme tam řádkovou synchronizaci, protože je to celé nekonečně analogové, následně nějaké blízké odrazy, pak chvíli nic a pak nějaký další odraz. Ten byl přijatý po 115 μs, což znamená, že signál za tu dobu uletěl 115 μs * 300000 km/s = 35 km, a protože letí tam a zpátky, tak se jedná o cíl, který je 17 km daleko. (mimochodem technicky tohle vzniklo pomocí osciloskopu Rigol DS1054Z a RigolWFM)

    A-scope je nejjednodušší zobrazení, a zobrazení prvních radarů ze 30. let, protože se dá realizovat s primitivní technologií: stačí vám obrazovka, a uděláte sweep přes stínítko v okamžiku vyslání impulzu. Nevýhodou samozřejmě je, že se to dost špatně používá pokud vás zajímá složitější informace než „v takové vzdálenosti něco je“, a vyžaduje to zkušeného operátora.

    STC (Sensitivity time control)

    Na výše uvedeném A-scope jsme zobrazili amplitudu přijatého signálu. Problém je, že tato amplituda dost zásadně závisí na vzdálenosti cíle:

    Tuhle korekci nejspíš nechcete dělat u debugovacího zobrazení, když koukáte na surové úrovně signálu, ale jakmile chcete data jakkoli interpretovat, tak je potřeba to s touto znalostí přepočítat. Jinak se vám stane, že se k vám něco blíží, jedná se stále o ten stejný objekt, ale tím, jak se přibližuje, tak se stále zesiluje a zesiluje, pak profrčí kolem vás, a pak se zase zeslabuje. Je to velmi matoucí a alespoň já tuto korekci nedokážu aplikovat pouze myšlenkově.

    Jmenuje se to Sensitivity time control (STC) (1, 2) a lze to dělat dvěma způsoby: samozřejmě softwarově (při kreslení na obrazovku signál správně vynásobíte podle vzdálenosti) a hardwarově (to byla nutnost do nástupu počítačů, ale i dnes se to hodí, viz dále). Hardwarová implementace funguje tak, že do obvodu zapojíte řiditelný atenuátor (což se realizuje jako odporový dělič z několika odporů různých hodnot, které můžete přepínat). V okamžiku vyslání impulzu nastavíte maximální útlum, a útlum následně snižujete tak, aby vždy po dvojnásobném čase poklesl o těch 6 dB. Proto se tomu říká sensitivity time control, protože jde o změnu citlivosti přijímače v závislosti na čase od vyslání pulzu.

    Na následujícím obrázku je tento efekt „6 dB na dvojnásobnou vzdálenost“ krásně vidět (zdroj).

    Dynamika zpracovávaných signálů

    Meteorologové používají jednotky dBZ. Hodnoty, které bychom chtěli umět s radarem měřit, jsou od cca. 10 dBZ (slabé poprchávání) po 60 dBZ (krupobití), tj. dynamický rozsah 50 dB. Dále ze vzdálenosti nám vyplývá rozdíl řekněme mezi 10 km a 160 km „čtyři dvojnásobky“, tj. 24 dB. Dynamický rozsah dat je tak minimálně 84 dB, samozřejmě je potřeba nechat nějakou rezervu nahoře i dole, a najednou požadujeme systém s dynamickým rozsahem přes 100 dB, což nejde moc udělat. Proto jsem výše psal, že se hodí hardwarové STC, čímž to přispění k dynamice měnící se vzdáleností můžeme ořezat.

    B-scope

    B-scope (1, 2) je vlastně polární plot, kde na jedné ose je úhel (tím, jak se anténa otáčí kolem svislé osy), na druhé ose je vzdálenost, a barva kóduje intenzitu (na níže uvedeném obrázku je to již se STC korekcí).

    B-scope vznikne tak, že vezmete po sobě jdoucí A-scopes (resp. obrazové řádky toho video signálu výše) a nakreslíte je pod sebe (uložíte do pole). V anténním rotátoru je typicky rotační enkodér, který vám říká, k jakému azimutu zrovna tento sweep (česky se tomu asi říká odběh) patří. Protože se anténa neotáčí dokonale rovnoměrně, tak pokud chcete, aby souřadnice sloupců ve výsledném B-scope odpovídaly lineárně azimutu, musíte to nějak interpolovat.

    S B-scope už se dá rozumně pracovat a my ho používáme jako hlavní formát pro ukládání naměřených dat. Pro jeho analogovou implementaci byla potřeba „televize“ s dlouhodosvitovým luminoforem, ale analogové řízení je také celkem jednoduché (jedna osa dělá sweep s každým pulzem, druhá osa dělá sweep s potenciometrem, který je připojený na anténu).

    PPI (Plan position indicator)

    Nejsložitější a pro koncového uživatele typicky nejvhodnější je zobrazení jménem PPI (1, 2). Je to v podstatě kartézské zobrazení polárního B-scope. Je to nakreslení obrazu na mapu tak, jak člověk přirozeně vidí mapu, a také to, jak vypadají radary ve filmech. Na počítači je to celkem jednoduché (polární/kartézská transformace souřadnic), pro analogové zobrazení to vyžadovalo nějakou složitější elektroniku.

    Filtrace dat z radaru

    Následující PPI plot byl pořízen radarem umístěným kousek jižně od Prahy.

    Vidíme na něm spoustu zajímavých věcí:

    Ještě lépe to celé vynikne, pokud se podíváme na vývoj tohoto obrazu v čase. Animovaný GIF:

    Vidíme, že identifikované pozemní cíle zůstávají na místě, jenom se trochu mihotají podle toho jak se je zrovna podařilo detekovat, letadlo nad Brandýsem letí, a všechny srážkové útvary se posouvají na severovýchod.

    Protože nás zajímají srážky a ostatní věci jsou rušivé, je potřeba je nějak odfiltrovat. To bohužel nelze statickým odečtením, protože to, které kopce vidíme, se neustále mění: vlivem měnících se parametrů atmosféry se signál nešíří po přímce, ale láme se (stejně jako když ponoříte do vody brčko a vypadá divně), a tak někdy nějaké kopce vidíme a někdy ne, protože jsou za rádiovým horizontem. Dále se mění i samotná intenzita těch pozemních cílů: například podle vegetačního období (listy odráží jinak než holé stromy) nebo zmoknutí/orosení/mlhy.

    Nechtěným obrazům, které radar vidí, se říká clutter, a v našem případě je většina clutteru pozemní cíle, tedy ground clutter.

    Napsal jsem několik heuristik, se kterými to docela chodí, i když občas se to rozbije.

    Pro různé ty kopce je to úplně super, odstraní je to a nikdo si toho nevšimne, ale pro kolečko okolo radaru už to tak dobré není a občas tam buď zůstane díra (kterou se nepodaří zalepit interpolací z okolních dat), nebo tam interpolace nakreslí nějaký hnusný artefakt (protože uvnitř kolečka je málo dat ze kterých by šlo interpolovat).

    Kompozit

    Radarů v síti je více, a jejich data se pak umístí do jedné mapy a je z toho kompozit.

    Elevace

    Naše první radary (s parabolickou anténou - u tyčové to nedává smysl, protože má vertikálně velmi vysoký svazek) měly anténní rotátor pouze s jednou osou - azimutální (rotace kolem svislé osy). Elevace antény (tj. jak moc do nebe nebo naopak do země to má mířit) se nastavovala pevně při montáži pomocí šroubu. Nastavení probíhalo tak, že se to zkusmo udělalo, podívali jsme se na ground clutter který vidíme, a pak se to buď dalo trochu níž nebo trochu výš. Cílem je samozřejmě koukat pod co nejnižším úhlem (aby paprsek byl co nejvíc při zemi a neuletěl za chvíli nad mraky), ale současně nezarazit energii o první kopec. Tohle má dva problémy:

    Přidání druhé osy na anténní rotátor, díky čemuž lze elevace měnit softwarově (a to i v průběhu skenování, klidně několikrát za minutu), tyto problémy vyřešilo a navíc umožnilo přidat funkcionalitu, kterou si popíšeme dále.

    Zobrazení elevačních/3D dat uživateli

    Uděláme několik skenů s různou elevací (my aktuálně používáme 1°, 2° a 3°, ale většina radarů používá o dost větší rozsah a zvažujeme, zda to také budeme dělat tak). Tím vlastně nabereme data z téměř celého prostoru, ne jen z kruhu/kuželu těsně nad zemí. Tomu se říká volumetrická, elevační nebo 3D data.

    Teď máme několik možností, jak je zobrazit.

    Další užitečná funkce elevace je, že s vyšší elevací je méně vidět ground clutter (protože míříme nad ty kopce). Díky tomu můžeme místa, kde při odstraňování ground clutteru vznikly díry, doplnit daty z vyšší elevace.

    Kalibrace radaru

    Po postavení radaru je obtížné přesně zjistit, jak silný signál na výstupu odpovídá jak silnému odrazu od cíle: je tam příliš mnoho stupňů, jejichž vliv na signál nelze změřit úplně přesně: výkon vysílače, zisk antény, zisk a úroveň šumu jednotlivých stupňů přijímače… My bychom ale chtěli umět barevné fleky nakreslené na mapě přepočítat na nějakou fyzikální veličinu - radarový průřez (lze použít k identifikaci typu letadla), dBZ, nebo ideálně přímo na napršené milimetry. Proto je potřeba radar zkalibrovat. Tím také zjistíme, jaký nejslabší cíl dokážeme s radarem detekovat - tj. jak je kvalitní a jestli jsme při stavbě neudělali nějakou chybu, která by citlivost radaru podstatně snížila.

    V dalších dílech se podíváme na samotné deploynutí radaru, na předpovídání počasí obecně, a pak na některá pokročilejší témata ze stavby našeho vlastního radarového vysílače.

           

    Hodnocení: 100 %

            špatnédobré        

    Tiskni Sdílej: Linkuj Jaggni to Vybrali.sme.sk Google Del.icio.us Facebook

    Komentáře

    Vložit další komentář

    Bystroushaak avatar 2.3.2021 19:20 Bystroushaak | skóre: 36 | blog: Bystroushaakův blog | Praha
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Super článek.
    2.3.2021 20:54 Miriam (ta pravá)
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Je to paráda, trochu mi to připomíná časy, kdy jsi tu psal aktivněji i ty. Nechystáš se něco napsat? Rád bych si přečetla třeba něco z oblasti umělých neuronových sítí
    Bystroushaak avatar 3.3.2021 14:44 Bystroushaak | skóre: 36 | blog: Bystroushaakův blog | Praha
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    O neuronových sítích určitě nic psát nebudu, mé znalosti v tomhle oboru jsou docela chabé. Ale možná tu bude něco o 3D tisku, smalltalku, graalvm, porovnání rpythonu a javy, a nějaké obecné filosoficko-programovací záležitosti.
    3.3.2021 17:23 Miriam (ta pravá)
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    super, budu se těšit, čím víc čtu zajímavé věci, tím méně tady trollím hovnama.
    5.3.2021 12:41 Andrej | skóre: 9
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    graalvm plz
    Any sufficiently advanced magic is indistinguishable from technology. --Larry Niven
    Bystroushaak avatar 5.3.2021 17:12 Bystroushaak | skóre: 36 | blog: Bystroushaakův blog | Praha
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Momentálně dělám o volném čase přepis mého toy programovacího jazyka do javy právě s tou ideou, že by tam měla být podpora graalvm, tak tu o tom pak určitě něco bude. Ale záleží to jak moc se mi na tom bude chtít dělat, zatím je to jako privátní projekt a teprve až tam bude funkční interpreter / stdlib, tak to zveřejním. Současný stav je takový, jsem pár kroků před funkční symbolickou evaluací.
    2.3.2021 23:30 kvr
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    +1, díky!
    Gréta avatar 2.3.2021 21:37 Gréta | skóre: 35 | blog: Grétin blogísek | Stockholm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    nóóó a proč je jako u tý stc megabouřky tamta žlutá kružnice strčená už vtom voranžovým pásmu?? :O :O

    hele věčí rozlišení

    Jendа avatar 2.3.2021 22:02 Jendа | skóre: 77 | blog: Jenda | JO70FB
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    To nevím, no.
    Řešení inflace: přidat do spotřebního koše Bitcoin
    Gréta avatar 2.3.2021 22:11 Gréta | skóre: 35 | blog: Grétin blogísek | Stockholm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    v liberci jeto jakoby uplně červený na tý kružnici :O :O třeba to ňák souvisí :O :O nevim

    Jendа avatar 3.3.2021 00:14 Jendа | skóre: 77 | blog: Jenda | JO70FB
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Mimochodem ty radarové kruhy oficiálně vznikají tak, že složíte CAPPI a ty úrovně na sebe úplně nenavazují.
    Řešení inflace: přidat do spotřebního koše Bitcoin
    3.3.2021 01:25 Tentacular monster
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Ten zminovany trilobyte je o neco starsi, nez ten odkazovany Jenduv clanek. Nevim kdy presne bylo vytistene tricko, ale inspirace byla nalezena kamaradkou tusim v Barrandienu nekdy na konci minuleho tisicileti a videl jsem ji nekdy okolo let 2001-2003. Zajimave je, ze na kameni muze byt i positivni otisk i negativni.

    Jinak super clanek, diky.
    Gréta avatar 3.3.2021 22:03 Gréta | skóre: 35 | blog: Grétin blogísek | Stockholm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    v českým dabingu simpsonovejch to taky jakoby bylo vtý epizodě stim andělem vykopaným :O :O :O :O někde nazačátku to bylo si myslim :O :O

    4.3.2021 01:54 Tentacular monster
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    To me minulo.

    Ale rekneme si na rovinu, ze ta myslenka neni super originalni :-).
    Gréta avatar 9.3.2021 23:49 Gréta | skóre: 35 | blog: Grétin blogísek | Stockholm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    jj stačí troška dislalie/tumultusu a hnedka se maj jako lidi vokolo čemu smát :D :D :D :D ;D ;D

    btw jeto tam ten trilobajt v těch simpsonovejch zmíněnej ale neni tam ňák víc pitvanej už :O ;D díl Líza skeptik (S09E08) kousek před 3tí minutou :D ;D

    4.3.2021 20:10 ehmmm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Dekuji za clanek. Balzam na nervy.

    Co se tyka problemu, ze okolo Prahy to je cele zkreslene, tak predpokladam, ze vam nejak funguje, ze se holt okoli Prahy doplni podle nejakeho radaru dal od Prahy.
    JiK avatar 5.3.2021 02:05 JiK | skóre: 11 | blog: Jirkoviny | Virginia
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Skvely clanek, tahle hezky se naposledy cetlo o tom urychlovaci elektronu v kopci pod prahou...

    mam dotaz, trochu naivni, zamyslel se nekdo (urcite ano), co vsecko jde zjistit z tvaru peaku na tom A-frame, tedy z casovych dat signalu a odrazu pro jeden konkretni azimut? Z intenzity velikost cile, z prodlevy vzdalenost, ale co ten tvar? je preci rozdil jestli je to vlna nebo schod, jak moc je to rozcapene, jestli je to gausovske, jestli to je aspon symetricky peak, etc, etc,
    Jendа avatar 5.3.2021 03:03 Jendа | skóre: 77 | blog: Jenda | JO70FB
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Pro bodový cíl by to měl být nejužší peak jaký ti to dokáže udělat (délka pulzu, resp. šířka peaku autokorelační funkce když děláš pulse compression). Pro cíl který je „poloprůhledný a dlouhý“ (mrak) to bude široké odpovídající délce mraku.
    Řešení inflace: přidat do spotřebního koše Bitcoin
    9.3.2021 09:25 trekker.dk | skóre: 72
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Ad patička:
    eurozpravy.cz: Důchodový medián? Polovina českých seniorů na něj nedosáhne
    Koukám, že úroveň toho, jak neuvěřitelnej póvl jsou novináři, je ještě horší, než jsem si myslel.
    Quando omni flunkus moritati
    JiK avatar 9.3.2021 13:54 JiK | skóre: 11 | blog: Jirkoviny | Virginia
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    to musi byt nejaky april, takhle blbej nikdo neni...
    Josef Kufner avatar 9.3.2021 14:25 Josef Kufner | skóre: 70
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    U novinářů je to celkem běžné ;-)
    Hello world ! Segmentation fault (core dumped)
    9.3.2021 14:33 trekker.dk | skóre: 72
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Od vás, který nedokážete rozeznat sousloví "není možné" a "nezaznamenali jsme", to sedí.
    Quando omni flunkus moritati
    Gréta avatar 9.3.2021 23:36 Gréta | skóre: 35 | blog: Grétin blogísek | Stockholm
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu

    když dáš všem uplně stejný ho..............tovosti tak medián bude stejnej a dosáhnou naněj jakoby úúúúúplně všichni :O :D :D ;D

    Bystroushaak avatar 9.3.2021 14:26 Bystroushaak | skóre: 36 | blog: Bystroushaakův blog | Praha
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Jen tak pro zajímavost, neměl bys nějaký ten A-scope z mraků, který jsi později použil třeba v té mapě?
    Jendа avatar 9.3.2021 14:36 Jendа | skóre: 77 | blog: Jenda | JO70FB
    Rozbalit Rozbalit vše Re: Jak se dělá radar: zpracování obrazu
    Vezmi ten B-scope a vysekni si jeden sloupec :).

    (obecně tam je problém v tom, že ty produkční radary mají dementní interní zpracování signálu, které nejde obejít (FPGA s bitstreamem od výrobce ke kterému nejsou zdrojáky), a to, co z toho leze, není úplně jako A-scope, takže „hezké“ A-scope mám jenom když jsem k tomu jednou měl připojený osciloskop, a to zrovna nepršelo. Teď snad budou A-scopes a další data když cca. za týden spustíme „můj vlastní radar“.)
    Řešení inflace: přidat do spotřebního koše Bitcoin

    Založit nové vláknoNahoru

    ISSN 1214-1267   www.czech-server.cz
    © 1999-2015 Nitemedia s. r. o. Všechna práva vyhrazena.