Matn PDF fayldan avtomatik ajratilgan, shuning uchun formatlash buzilgan bo‘lishi mumkin. To‘g‘ri ko‘rinish uchun PDF nusxani oching.
Generatsiya. Oqim generatori holat registrlari qiymatining 4 bitini o‘zgartirish uchun 64 bitli
boshlang‘ich holat registrlarining 8 bitining qiymatlaridan va kalit oqimining 1 bitini hisoblash 28
bitining qiymatlaridan foydalanadi. 2048 iteratsiyadan iborat initsializatsiya jarayonidan keyin
mazkur 28 bitning qiymatiga kalit va initsialiatsion vektorning qiymatlari to‘liq ta’sir qilib bo‘ladi.
Shifrlash uchun zarur 𝑁 (𝑁 ≤ 264 ) bit kalitni generatsiya qilish jarayonini quyidagi psevdokod
yordamida ifodalash mumkin.
𝑓𝑜𝑟 𝑖 = 0 𝑡𝑜 𝑁 𝑑𝑜
𝑎5 ⨁𝑎10 → 𝑡0
𝑏7 ⨁𝑏14 → 𝑡1
𝑐4 ⨁𝑐8 → 𝑡2
𝑑6 ⨁𝑑10 → 𝑡3
𝑡0 ⨁𝑡1 ⨁𝑡2 ⨁𝑡3 → 𝑐ℎ𝑖𝑞𝑖𝑠ℎ𝑖
𝑎5 ⨁𝑎8 ∙ 𝑎9 ⨁𝑎10 ⨁𝑎14 ⨁𝑎16 ⨁𝑏10 → 𝑡0
𝑏7 ⨁𝑏12 ∙ 𝑏13 ⨁𝑏14 ⨁𝑏16 ⨁𝑏18 ⨁𝑐9 → 𝑡1
𝑐4 ⨁𝑐6 ∙ 𝑐7 ⨁𝑐8 ⨁𝑐10 ⨁𝑐12 ⨁𝑑11 → 𝑡2
𝑑6 ⨁𝑑8 ∙ 𝑑9 ⨁𝑑10 ⨁𝑑12 ⨁𝑑14 ⨁𝑎13 → 𝑡3
(𝑡3 , 𝑎0 , … , 𝑎15 ) → (𝑎0 , … , 𝑎16 )
(𝑡2 , 𝑏0 , … , 𝑏17 ) → (𝑏0 , … , 𝑏18 )
(𝑡1 , 𝑐0 , … , 𝑐11 ) → (𝑐0 , … , 𝑐12 )
(𝑡0 , 𝑑0 , … , 𝑑13 ) → (𝑑0 , … , 𝑑14 )
𝑒𝑛𝑑 𝑓𝑜𝑟.
Yuqorida keltirilgan psevdokodlarda qo‘shish (⨁) va ko‘paytirish (∙) amallari 2 modul
bo‘yicha qo‘shish va ko‘paytirishni amalga oshiruvchi XOR va AND amallari hisoblanadi.
Mazkur algoritm yordamida bitta kalit va initsializatsion vektor yordamida 264 bit
uzunlikdagi kalitlarni generatsiya qilish tavsiya qilinadi.
NewHSA - bu asosan apparatga yo‘naltirilgan moslashtirilgan algoritm. U gate (element) lar
soni boʻyicha cheklovlar boʻlgan muhitlarda ixcham boʻlishga, cheklangan quvvat manbalariga ega
platformalarda quvvatni tejaydigan va yuqori tezlikdagi shifrlashni talab qiladigan ilovalarda
tezkorlikni ta’minlashga qaratilgan.
Ixcham amalga oshirish talabi bitga yo‘naltirilgan yondashuvni taklif qiladi. Bundan tashqari,
kalit oqimi generatorining chiqishida ichki holat registrlarining chiziqsiz bog‘liqliligini ta’minlash
talab qilinadi. Energiyani samarali sarflash va tezkor amalga oshirishni ta‘minlash imkoni ham
mavjud bo‘lishi kerak.
NewHSA algoritmining apparat arxitekturasi
Taklif etilgan NewHSA oqimli shifrlash algoritmi apparat darajasida yuqori samaradorlik va
past murakkablik tamoyillariga asoslangan holda ishlab chiqilgan. Algoritmning yadro qismini
tashkil etuvchi apparat arxitekturasi — to‘rtta siljitish registri, kombinatsion mantiqiy elementlar
(XOR va AND), va umumiy sinxronizatsiya sxemasidan iborat. Ushbu komponentlar bitlarga
yo‘naltirilgan yengil apparat dizaynini hosil qilib, oqimli shifrlash uchun kerakli gamma oqimini
generatsiya qiladi.
40
Ichki holat va initsializatsiya mexanizmi
Algoritm 64 bitli boshlang‘ich holatdan iborat bo‘lib, bu holat to‘rtta alohida siljitish
registrlari orqali taqsimlanadi:
• RA (17 bit),
• RB (19 bit),
• RC (13 bit),
• RD (15 bit).
Har bir registr o‘zining qayta aloqa zanjiriga ega bo‘lib, bu zanjir XOR va AND elementlari
yordamida chiziqli va chiziqsiz transformatsiyalarni amalga oshiradi.
Initsializatsiya bosqichida 128 bitli kalit ikkita bosqichda registrlarga yuklanadi:
1. Birinchi 64 biti registrlarga bevosita yuklanadi va algoritm 1024 sikl davomida ishga
tushiriladi.
2. Qolgan 64 bit kalit 2 modul bo‘yicha registrlar bilan birlashtiriladi (XOR), so‘ngra
algoritm yana 1024 sikl davomida takrorlanadi.
Bu ikki bosqichli yuklash mexanizmi gamma oqimining har bir biti kalit va initsializatsiya
vektoriga to‘liq bog‘liqligini ta’minlaydi. Bunday yondashuv boshlang‘ich holatni maksimal
darajada diversifikatsiya qilishga imkon beradi.
Gamma oqimining generatsiyasi
Initsializatsiya tugaganidan so‘ng, algoritm har bir soat impulsida (clock cycle) gamma
oqimining yangi bitini generatsiya qiladi. Chiquvchi bit to‘rtta registrdan olinadigan tanlab olingan
bitlar kombinatsiyasidan, XOR va AND amallari orqali hosil qilinadi. Bu bit shifrlanayotgan ochiq
matn biti bilan XOR qilinib, shifrlangan matn hosil qilinadi.
Oqimli shifrlashning ushbu prinsipi real vaqt rejimida kam kechikish bilan ishlashga imkon
beradi. Qayta ishlash operatsiyasi simmetrik bo‘lib, deshifrlashda aynan shu gamma oqimi
yordamida ochish amali amalga oshiriladi.
t0
t3
a0 a1 a2 a3 a4 a5 a6 a7 a8 a9 a10 a11 a12 a13 a14 a15 a16
t0
t1
b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 b11 b12 b13 b14 b15 b16 b17 b18
output
t1
t2
c0
c1
c2
c3
c4
c5
c6
c7
c8
c9
c10
c11
c12
t2
t3
d0 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 d11 d12 d13 d14
3-rasm. Algoritmning umumiy tuzilishi
41
Arxitekturaning sxematik tuzilishi
Apparat sxemasi D-triggerlar va ularni boshqaruvchi kombinatsion elementlar asosida tashkil
etilgan. Har bir registrning keyingi holati:
• avvalgi sikldagi tanlangan bitlar kombinatsiyasi,
• qayta aloqa zanjirining XOR va AND elementlari orqali bajariladigan mantiqiy amallari
bilan belgilanadi.
Soat impulsi yordamida barcha registrlar sinxron ravishda yangilanadi. Bu sxema apparatda
barqaror ishlashni va minimal mantiqiy kechikishni ta’minlaydi.
5.4. Misol sifatida ishga tushirish va holat dinamikasi
Quyida algoritmning ishga tushirilishiga oid namunaviy holatlar keltiriladi:
Kiruvchi kalit (128 bit):
00011100000001100011011000011001000010110001001001100000001000110011101100110101
000100100101111100011110000111010000111000101111
Initsializatsiyadan oldingi registrlar qiymati:
• RA: 00011100000001100
• RB: 0110110000110010000
• RC: 1011000100100
• RD: 110000000100011
Initsializatsiyadan keyingi registrlar qiymati:
• RA: 10101001101000001
• RB: 1111111100101110010
• RC: 0000100110010
• RD: 110100111001100
Chiqarilgan gamma oqimi:
00010010111100100100100111111010001000010010001100011111000100011001011111101111
...
Arxitekturaning texnik xususiyatlari 1-jadvalda keltirib o‘tilgan.
1-jadval. Arxitekturaning texnik xususiyatlari
Ko‘rsatkich
Qiymat
Kalit uzunligi
128 bit
Ichki holat uzunligi
64 bit (RA⨁RB⨁RC⨁RD)
XOR elementlar soni
23
AND elementlar soni
3
D-triggerlar soni
64
Umumiy apparat murakkabligi
830 ta element (gate)
42
Ushbu apparat arxitekturasi yengil shifrlash talab qilinadigan past quvvatli muhitlar uchun
optimallashtirilgan bo‘lib, ixchamlik, yuqori ishlash tezligi va kriptografik xavfsizlik talablari
o‘rtasida samarali muvozanatni ta’minlaydi.
4-rasm. Umumiy apparat ta’minotining ifodalanishi
Ikkinchidan, NHSA ichki holati teskari tarzda yangilanadi va (𝑐0 , . . , 𝑐96 ) registrining ishga
tushirilishi holatning 96 iteratsiyadan kamroq aylanishining oldini oladi. Agar NHSA yetarli
miqdordagi iteratsiyadan (mazkur holatda 269*4=1076 iteratsiya) so‘ng tasodifiy almashtirish
sifatida harakat qiladi deb hisoblansa, u holda 2269 gacha bo‘lgan barcha sikl uzunliklari teng
ehtimolga ega bo‘ladi va shuning uchun berilgan kalit/IV juftligining 2128 dan kichik siklni keltirib
chiqarishi ehtimoli 2269-128=2141 ga teng bo‘ladi.
Shunday bo‘lsa ham, yuqorida generatsiya qilingan kalitlarning ishonchliligini maksimal
ta’minlanishini sug‘urtalash maqsadida bir kalit/IV juftligi yordamida 264 bit kalit generatsiya qilish
tavsiyasi keltirildi.
Eksperimental natijalar va tahlil
NewHSA algoritmining samaradorligi va kriptografik barqarorligi uning apparat darajasidagi
resurs talablari, ishlash sikllari va gamma oqimining statistik xususiyatlari orqali baholandi. Quyida
eksperimental natijalarning texnik tahlili, NIST SP800-22 statistik testlari asosidagi ishonchlilik
darajasi va algoritmning mavjud ilg‘or oqimli shifrlash algoritmlari bilan qiyosiy bahosi keltirilgan.
Apparat murakkabligi va resurslar talabi
Algoritmning apparat darajasida ishlashi uchun zarur bo‘lgan mantiqiy elementlar soni
maxsus mezonlar asosida hisoblab chiqildi. Quyidagi 2-jadvalda o‘rtacha baholash ko‘rsatkichlari
asosida umumiy apparat murakkabligi aniqlandi:
43
Mantiqiy element turi
1 ta D-trigger
1 ta XOR
1 ta AND
2-jadval. Umumiy apparat murakkabligi ko‘rsatkichi
Ekvivalent elementlar soni (gate)
12
2.5
1.5
Shunga ko‘ra, umumiy apparat implementatsiyasi quyidagi resurslar asosida baholandi:
• D-triggerlar: 64 × 12 = 768 gate
• XOR: 23 × 2.5 = 57.5 gate
• AND: 3 × 1.5 = 4.5 gate
Jami: 830 ta mantiqiy element.
Bu natijalar NewHSA algoritmining apparatda resurs tejaydigan va amaliy qurilmalarda joriy
etish uchun qulay arxitekturaga ega ekanligini ko‘rsatadi.
Gamma oqimining statistik bahosi (NIST SP800-22)
NewHSA tomonidan generatsiya qilingan gamma oqimlarning kriptografik tasodifiylik
darajasi NIST SP800-22 statistik testlar to‘plami orqali tahlil qilindi. Har bir test gamma oqimining
tasodifiy naqshlardan holiligi, ehtimollik nazariyasiga muvofiqligi va kriptobardoshligini baholaydi.
Quyida 5-rasmda NIST testlarining 15 ta asosiy testning p-qiymatlari va natijalari keltirilgan:
5-rasm. NewHSA algoritmi uchun NIST testlaridan olingan natijalari
Natijalar shuni ko‘rsatadiki, NewHSA algoritmi tomonidan generatsiya qilingan ketmaketliklar tasodifiy xossalarga to‘liq javob beradi va barcha testlardan muvaffaqiyatli o‘tgan.
Yuqorida siz ko‘rgan diagramma — NewHSA algoritmi uchun NIST SP800-22 statistik
testlarining p-qiymatlarini ko‘rsatadi. Bu grafik har bir test bo‘yicha algoritm tomonidan
generatsiya qilingan gamma oqimining tasodifiylik darajasini tasdiqlaydi.
Qizil chiziq — statistik ahamiyat chegarasini (α = 0.01) bildiradi. Barcha ustunlar bu
chiziqdan yuqori bo‘lgani sababli, algoritm barcha testlardan muvaffaqiyatli o‘tgan deb
hisoblanadi.
Qiyosiy tahlil: Trivium va A5/1 bilan solishtirma
44
NewHSA algoritmi mashhur oqimli shifrlash algoritmlari — Trivium va A5/1 bilan apparat
darajasidagi murakkablik, kalit uzunligi, ichki holat hajmi va elementlar soni kabi mezonlar asosida
taqqoslab baholandi. Qiyosiy tahlil algoritmlarning apparat samaradorligini va resurs talablarini
ob’ektiv baholash imkonini beradi.
Amaliy hisob-kitoblar kriptografik apparat tizimlarida keng qo‘llaniladigan standart texnik
yondashuvga asoslangan: bunda har bir flip-flop (surish registri elementi) uchun taxminan 12 ta
NAND element, har bir XOR elementi uchun 2,5 gate, va har bir AND elementi uchun 1,5 gate
ekvivalent qiymat sifatida olinadi. Ushbu texnik mezonlar ilgari ko‘plab apparatga yo‘naltirilgan
yengil kriptografiya tadqiqotlarida asos sifatida qabul qilingan.
Shunga asosan, NewHSA, A5/1 va Trivium algoritmlarining apparatga joriy etilishi uchun
talab qilinadigan umumiy mantiqiy elementlar soni aniqlanib, ularning samaradorlik ko‘rsatkichlari
3-jadvalda jamlangan. Ayniqsa, eSTREAM tanlovida eng samarali oqimli shifrlash algoritmlaridan
biri sifatida tan olingan Trivium bilan o‘tkazilgan taqqoslash NewHSA algoritmining afzalliklarini
yaqqol ochib beradi.
3-jadval. NewHSA, A5/1 va Trevium algoritmlarining apparat tatbiqi uchun zarur gatelar soni
Ko‘rsatkich
Trivium
A5/1
NewHSA
Kalit uzunligi (bit)
80
64
125
IV uzunligi (bit)
80
Ichki holat
288 × 12 = 3456
64 × 12 = 768
64 × 12 = 768
AND elementlar soni 3 × 1.5 = 4.5
3 × 1.5 = 4.5
3 × 1.5 = 4.5
XOR elementlar soni 11 × 2.5 = 27.5
17 × 2.5 = 42.5
23 × 2.5 = 57.5
Jami gate soni
3488
815
830
Qiyosiy tahlil shuni ko‘rsatadiki, NewHSA algoritmi Triviumga nisbatan deyarli 4 baravar
kam apparat resursini talab qiladi, A5/1 ga nisbatan esa xavfsizlik darajasi (kalit uzunligi va gamma
oqimi strukturasida chiziqsizlik) sezilarli darajada yuqori.
Algoritm davri va barqarorlik bahosi
NewHSA algoritmi ichki holatining chiziqli bo‘lmagan evolyutsiyasi tufayli uning davrini
aniq belgilash matematik jihatdan murakkab. Biroq, eksperimental kuzatishlar asosida quyidagi
xulosalarga kelingan:
• Algoritm minimal 2²⁸³−1 uzunlikdagi sikllarni hosil qilishi mumkin.
• Tasodifiy almashtirishga o‘xshash xatti-harakatlar ≥ 2¹⁰⁷⁶ iteratsiyadan so‘ng kuzatiladi.
• Bir kalit/IV juftligi uchun maksimal tavsiya etilgan kalit oqimi uzunligi 2⁶⁴ bit deb
belgilanadi.
Bu esa algoritmning yuqori entropiyaga ega va barqaror gamma generator sifatida ishlashini
tasdiqlaydi.
Xulosa
Ushbu tadqiqotda apparat darajasida samarali ishlaydigan va resurslari cheklangan muhitlar
uchun moslashtirilgan yangi oqimli shifrlash algoritmi — NewHSA ishlab chiqildi va har
tomonlama tahlil qilindi. Algoritmning asosiy ustunligi — uning soddaligi, apparatda ixcham
amalga oshirilishi, yuqori ishlash tezligi va kriptografik jihatdan tasdiqlangan xavfsizlik darajasidir.
45
NewHSA algoritmining apparat arxitekturasi to‘rtta siljitish registri va ularni boshqaruvchi
XOR hamda AND elementlari asosida tashkil etildi. Arxitektura bitlarga yo‘naltirilgan bo‘lib,
umumiy hisobda atigi 830 ta mantiqiy element (gate) talab qiladi, bu esa uni yengil kriptografiya
(lightweight cryptography) mezonlariga to‘liq moslashtiradi. Ushbu soddalik algoritmni IoT, RFID,
simsiz sensor tarmoqlari kabi past quvvatli va real vaqtga asoslangan tizimlar uchun istiqbolli
nomzodga aylantiradi.
Statistik baholash natijalari shuni ko‘rsatadiki, NewHSA algoritmi tomonidan generatsiya
qilingan gamma oqimlari NIST SP800-22 testlar to‘plamining barcha bandlari bo‘yicha
muvaffaqiyatli natijalarni qayd etdi. Bu esa gamma oqimining haqiqiy tasodifiylik xususiyatlariga
ega ekanligini tasdiqlaydi.
Shuningdek, algoritm Trivium va A5/1 kabi mashhur oqimli shifrlash algoritmlari bilan
apparat darajasidagi samaradorlik va xavfsizlik ko‘rsatkichlari bo‘yicha qiyoslandi. Natijalar
NewHSA algoritmining kalit uzunligi, apparat murakkabligi va gamma oqimi sifati bo‘yicha
optimal muvozanatni ta’minlashini ko‘rsatdi.
Adabiyotlar
1. Good T., Benaissa M. Hardware performance of eSTREAM Phase-III stream cipher candidates
// State of the Art of Stream Ciphers Workshop (SASC). Lausanne, 2008.
2. Canniere C., Preneel B. Trivium Specification // eSTREAM, ECRYPT Stream Cipher Project.
2006. URL: https://www.ecrypt.eu.org/stream
3. Golic J.D. Cryptanalysis of Alleged A5 Stream Cipher // Advances in Cryptology –
EUROCRYPT ’97. Lecture Notes in Computer Science. Vol. 1233. Springer, 1997. P. 239–
255.
4. Bernstein
D.J.
Salsa20
specification
//
eSTREAM
Project.
2005.
URL:
https://www.ecrypt.eu.org/stream/salsa20
5. Rukhin A. et al. A Statistical Test Suite for Random and Pseudorandom Number Generators for
Cryptographic Applications. NIST SP 800-22 Rev. 1a. National Institute of Standards and
Technology. Gaithersburg, MD, 2010.
6. Babbage S., et al. The eSTREAM Portfolio. ECRYPT II Project. Brussels: European Network
of Excellence in Cryptology II, 2008.
7. Katz J., Lindell Y. Introduction to Modern Cryptography. 3rd ed. CRC Press, 2020. 579 p.
8. Zheng Y., Huang M. Design and Implementation of Lightweight Stream Ciphers for Lowresource Devices // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 161104–161113. DOI:
10.1109/ACCESS.2019.2949168.
9. Rakhmatullaevich R. I., Mardanokulovich I. B. Analysis of cryptanalysis methods applied to
stream encryption algorithms //Artificial Intelligence, Blockchain, Computing and Security
Volume 1. – CRC Press, 2023. – С. 393-401.
10. Rahmatullayev I., Abduraximov B. Chacha20 oqimli shifrlash algoritmining raund
funksiyasining modifikatsiya variantlarini baholash //digital transformation and artificial
intelligence. – 2024. – Т. 2. – №. 5. – С. 18-26.
46
AVTONOM HARAKATLANISH TIZIMLARIDA OBYEKTGACHA MASOFANI
O‘LCHASH ANIQLIGINI OSHIRISH YECHIMINI ISHLAB CHIQISH
Turgunov Bekzod
Kommunikatsiya va raqamli texnologiyalar kafedrasi, “University of management and future
technologies” universiteti
bekzodmirzoturgunov@gmail.com
Annotatsiya: Ushbu maqolada sun’iy intelekt asosidagi avtonom harakatlanish tizimlarida
harakat yo‘nalishida aniqlangan obyektlargacha bo‘lgan masofani aniqlashda qo‘llaniluvchi stereo
kamera tizimlari uchun masofani hisoblash aniqligini oshirish yechimlari taklif qilinadi. Xususan,
stereo kamera tizimlari yordamida kuzatuvdagi obyektgacha masofani hisoblash aniqligiga salbiy
ta’sir qiluvchi stereo kamera optik o‘qlarini parallelligini buzilishi omilini ta’sirini e’tiborga olgan
xolda masofani yuqori aniqlikda hisblash imkonini beruvchi matematik formula taklif etiladi.
Taklif etilgan masofani hisoblash formulasi yordamida hisoblash aniqligi eksperimental tajriba
yordamida taxlil qilinadi va taxlil natijalari bayon qilinadi.
Kalit so‘zlar: avtonom harakatlanish tizimlari, stereo kamera tizimlari, optik o‘qlar og‘ishi,
stereo kalibrlash jarayoni.
Kirish
Bugungi kunda avtonom harakatlanish tizimlarida harakat yonalishida bo‘lgan obyektlarni
aniqlashda turli sun’iy intelektning modellaridan foydalanish bilan bir qatorda, tanib olingan
obyektgacha masofani o‘lchash ham muxim masala hisblanadi. Kuzatuv sahnasidagi obyektgacha
masofani o‘lchas maqsadida qo‘llash mumkin bo‘lgan bir necha texnologiyalar mavjud va ular
o‘zaroi bir-biridan ishlash tamoyili, masofani o‘lchash aniqligi, ol’hcmlari va elektr energiya sarfi
kabi ko‘rsatkichlari bo‘yicha farqlanadilar. Xususan bugungi kunda avtonom xarakatlanish
tizimlarida quyidagi usullar keng qoʻllaniladi [1]:
• Ultra tovushli sensorlar yordamida toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchash usuli;
• LiDAR (Light Detection and Rending) texnologiyasi yordamida toʻsiq yoki ob'ektgacha
masofani oʻlchash usuli;
• Stereo kameralar yordamida paralaks tasvirlar asosida toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani
oʻlchash usuli.
Yuqorida sanab oʻtilgan toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchash usullaring oʻziga xos
afzallik va kamchiliklari mavjud. Xususan, toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchashning
ultratovushli sensorlar yordamida amalga oshirish usuli eng sodda va qoʻllanilish murakkab
boʻlmagan usul xisoblansada, ma'lum kuzatuvdagi ob'ektgacha masofani oʻlchashda jiddiy
muammolar kelib chiqadi. Chunki bu usulda nafaqat kuzatuvdagi ob'ekt balki kuzatuv yoʻnalishida
mavjud boʻlgan boshqa ob'ektlar ham sensordan uzatilgan ultra tovushli toʻlqinni akslantirishi
mumkin va bu oʻlchash xatoligini keskin ortib ketishiga sabab boʻladi.
LiDAR texnologiyasi, toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchash usullari ichida oʻlchash
aniqligi yuqori boʻlgan usul xisoblanadi. Chunki bu usulda kuzatuvdagi ob'ektgacha masofani
oʻlchashda optik diapazondagi lazer nurlanishidan foydalaniladi. Lazer nurlatgichdan uzatilgan
toʻlqin juda tor yoʻnalganlik diagrammasiga ega boʻlganligi sababli uzatilgan lazer nuri kuzatish
yoʻnalishida mavjud boʻlgan boshqa ob'ektlardan emas balki aynan kuzatuvdagi ob'ektdan qaytishi
47
yuz beradi. Ammo bu usulning ham oʻzaga xos kamchiliklari mavjud. Xususan, optik diapazondagi
lazer nurlarining shaffof ob'ektlardan qaytishi katta quvvat yoʻqotishlari bilan amalga oshadi, Ya'ni
qaytgan nurning quvvati keskin kamayib ketadi. Bu mazkur usulning shaffof ob'ektlargacha boʻlgan
masofani oʻlchashda samaradorligini kamaytiradi. Shuningdek mazkur usulda qaytgan lazer
nurlanishini qabul qilish uchun optiq qabul qiluvchi qurilmani doimiy ravishda xarkatlanishini talab
qiladi. Demak bunday qurilmalarda mexanik xarakat amalga oshadi. Bu esa qurilmaning gabarit
oʻlchamlari va elektr energiya sarfini ortib ketishiga sabab boʻladi.
Stereo kamera tizimlari yordamida kuzatuv sahnasidagi ob'ektgacha masofani oʻlchash
usulida yuqorida koʻrib oʻtilgan usullardagi kabi muammolar mavjud emas. Chunki ushbu usulda
toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchashda elektromagnit toʻlqin uzatish va qabul qilish amalga
oshirilmaydi. Mexanik xarakatlanuvchi elementlari ham mavjud emas. Stereo kamera tizimi ikkita
bir xil parametrli kameralardan tashkil topgan boʻlib, bu tizimda kuzatuvdagi ob'ektning har ikki
kamerasi matrisalarida xosil qilgan paralaks tasvirlarni koordinatalarini solishtirish orqali
ob'ektgacha masofani xisoblash orqali aniqlanadi. Shuning uchun ham ushbu maqolada stereo
kameralar yordamida paralaks tasvirlar asosida toʻsiq yoki ob'ektgacha masofani oʻlchash usulining
samaradorligini oshirish yechimlarini ishlab chiqish lozim. Bu maqsadda ko‘plab ilmiy tadqiqot
ishlari olib borilgan va xozir ham olib borilmoqda.
Adabiyotlar taxlili
Yuqorida takidlanganidek stereo kamerlar yordamida paralaks tasvirlar asosida kuzatuvdagi
ob'ektlarni kuzatishning fizik va texnik asoslarini tadqiq qilishga, bu oʻlchash usulining aniqligini
oshirish echimlarini ishlab chiqishga qaratilgan koʻplab ilmiy tadqiqot ishlari olib borilgan va
borilmoqda. Olimlar L.Shapiro va D.Stokmanlar oʻzlarining risolasida [1] uch oʻlchamli ob'ektlarni
oʻlchov parametrlari va koordinatalarini oʻlchashning turli usullari, bu usullarning ishlash
tamoillarini yoritganlar. Foydalanilgan adabiyotlar roʻyxatida keltirilgan [2, 3] adabiyotlarda
bugungi kundagi uch oʻlamli ob'ektlarni fazodagi oʻlcham parametrlari va koordinatilarini olishda
stereo kamera juftliklaridan foydalanish echimlari bayon qilingan. Navbatdagi tadqiqot ishida [4]
stereo kamera tizimlaridan koʻzi ojiz insonlarni mustaqil xarakatini ta'minlash qurilmasida
echimlari keltirilgan. Shuningdek navbatdagi ilmiy tadqiqot ishida [5] kamera matrisalari oʻrtasida
oʻzaro OY oʻqi boʻyicha siljish mavjud bulganda bu salbiy omilni bartaraf etishda rektifikasiya
usulida foydalanish taklif qilingan. Ammo bu echim emas. Chunki rektifikasiya jarayonida ikki
paralaks tasvirdagi ob'ekning ma'lum bir nuqtasi umumiy gorizontal tekislikka keltiriladi. Bu esa
tasvirning sifatiga salbiy ta'sir koʻrsatada. Natijada ob'ektning asl oʻlchamlari haqidagi ma'lumot
buziladi. Yana bir tadqiqot ishida [6] stereo kamera tizimlari yordamida ob'ektgacha masofani
oʻlchash aniqligini oshirishda kalibrlash metodlarini qoʻllash taklif qilingan. Shuningdek yana bir
qator tadqiqot ishlarida [7, 8] stereo kamera tizimi yordamida ob'ektgacha masofani oʻlchash
aniqligini oshirish uchun distorsiya omilini bartaraf etish kerak ekanligi taklif qilinadi. Yuqorida
koʻrib oʻtilgan tadqiqot ishlarida uch oʻlchamli ob'ektlarni fazodagi oʻlcham parametrlari va
koordinatalarini aniqlash usullari va echimlari xususidagi tadqiqit natijalarini bayon qilingan.
Ammo stereo kameralar tizimi yordamida fazodagi ob'ektgacha boʻlgan masofani oʻlchash
aniqligiga ta'sir qiluvchi omillar batafsil yoritilmagan. Xususan, koʻrib chiqilgan ishlarning birida
kamera matrisalarini vertikal siljishi ta'sirini kamaytirish uchun rektifikasiya algoritmidan
foydalanishni taklif qilingan boʻlsa, yana birida oʻlchov sifatiga ta'sir qiluvchi asosiy omil sifatida
distorsiya keltirilgan va uni bartaraf etish echimlari taklif qilingan. Shuning uchun ham stereo
48
kameralar tizimi yordamida fazodagi ob'ektgacha boʻlgan masofani oʻlchash aniqligiga ta'sir
qiluvchi omillar fizik asoslarini aniqlash, omillar ta'sirini baxolash va bu omillar salbiy ta'sirini
kamaytirish boʻyicha yechimlar taklif qilish lozim.
Tadqiqot metodologiyasi
Aynan shu maqsadda avtonom harakaltlanish tizimlarida kuzatuv sahnasidagi obyektgacha
masofani oʻlchash jarayonida eng maqbl texnolgiya sifatida tanlab olingan stereo kamera
tizimlarinini masofani o‘lchash aniqligini oshirish maqsadida olib boriladigan tadqiqot ishining
amalga oshirlishish metodologiyasini ishlab chiqish lozim. Buning uchun avvalo mazkur
texnologiyaning ishlash tamoyilini taxlil qilish lozim. Bu usul yordamida obyektgacha masofa
oʻlchash jarayonida obyektning stereo kameraning ikki kamerasida hosil boʻlgan obyekt
tasvirlarining koordinatalari farqi, ya’ni disparatlik darajasi aniqlanadi. Aynan shu disparatlik
darajasiga bogʻliq ravishda obyektgacha masofa geometrik triangulyatsiya usulida hisoblab topiladi.
Avvalo paralaks tasvirlar asosida stereo triangulyasiya usulida masofani xisoblash jarayonini
batafsil koʻrib chiqamiz. Quyida shu maqsadda qoʻllaniluvchi stereo kamera tizimi tasvirlangan (1rasm). Rasmda kuzatuvdagi ob'ekt (1) A nuqtada joylashgan va uning tasviri mos ravishda chap (3)
va oʻng (4) tomondagi kameralar matrisalarning gorizontal OX oʻqidagi x1 va x2 koordinatalaridagi
fotosezuvchi elementlarida xosil boʻladi. Aynan shu x1 va x2 koordinatalari farqi disparatlik
qiymatini beradi.
1-rasm. Stereo kamera xosil boʻladigan paralaks tasvirlar asosida triangulyasiya usulida
masofani oʻlchash uchun stereo optik tizim
Bu oʻxshash uchburchaklarni oʻxshashlik xususiyatidan kelib chiqib quyidagi tenglikni yozish
mumkin:
49
𝑍=
𝐿𝑓
𝐿𝑓
=
(𝑎2 − 𝑎1 )
𝑤𝑥 (𝑥2 − 𝑥1 )
(1)
Ammo bu usul yordamida obyektgacha masofani hisoblash jarayoni natijasining aniqligiga
salbiy ta’sir qiluvchi omillar borki, ularning tas’irida stereo kamera tizimi yordamida masofani
aniqlash xatoligi ortadi va bu butun bir tizimning ishlash samaradorligiga salbiy ta’sir ko‘rsatadi
[1]. Yuqorida takidlab o‘tilgani kabi, stereo kamera tizimlarida kuzatuv sahnasida aniqlangan
obyektgacha masofani aniqlashda geometrik triangulyatsuya usulidan keng foydalaniladi. Bunda
hisblash oddiy geometrik formula (1) asosida amalga oshirlganligi sababli butun bir tizimning real
vaqt rejimida ishlash tezkorligiga salbiy tasiri bo‘lmaydi. Ammo geometrik triangulyatsiya usulida
hisoblash natijalarining aniqligi ko‘p jihatdan stereo kamera tizimining chap va o‘ng kameralaridan
olingan tasvirlar orasidagi disparatlik qiymatining aniqligiga bog‘liq, Ya’ni, o‘lchash jarayonida
disparatlik qiymati qanchalik to‘g‘ri aniqlansa, bu qiymat asosida hisoblangan masofa qiymati ham
shunchalik to‘g‘ri bo‘ladi. Ammo qo‘llanilish jarayonida doim ham chap va o‘ng kameralardan
olingan tasvirlar orasidagi disparatlik qiymati to‘g‘ri aniqlanmaydi. Bunga nafaqat qo‘llanilish
sharoyitining (maslan obyektni yuzasining textura darajasining pastligi, kuzatuv sahnasini
yoritilganlik darajasini pastligi kabi) noqulayligi, balki stereo kamera tizimining konstruktiv
nomukammalligi ham sabab bo‘lishi mumkin. Masalan, stereo kamera tizimini qo‘llanilish
jarayonida tasvirlar orasidagi disparatlikni noto‘g‘ri aniqlanishiga sabab bo‘ladigan omillardan biri
bu stereo kamera tizimidagi o‘ng va chap kamera optik o‘qlarining o‘zaro paralleligini mukammal
bo‘lmasligidir. Ya’ni, kameralar optik o‘qlari o‘zaro ma’lum bir gradusdagi burchakga og‘gan
bo‘lishi mumkin. Bu ka bi nuqson har bir stereo kamera tizimlarini ishlab chiqarish va
tranpartirovka qilish jarayonidagi nomukammalik sabab yuzaga keladi. Aynan bu nuqson
disparatlikni aniqlanishida xatolik darajasini ortishiga, natijada esa kuzatuv sahnasidagi
obyektgacha masofani hisoblash xatoligining ortib ketishiga sabab bo‘ladi.
Stereo kamera tizimidagi bunday nuqsonlar undan foydalanish jarayonida kalibrlash jarayoni
natijalarika aks etadi. Xususan, tajriba jarayonida IMX-219-83 stereo kamera tizimini stereo
kalibrlash natijasida olingan R matritsada kameralar o‘ptik o‘qlari vertikal tekislikda o‘zaro qanday
burchakda og‘ishga ega ekanligi ma’lum bo‘ldi [9-12].
0.9999705
𝑅 = [0.00274479
0.00717452
−0.00262446
0.99985663
−0.01672801
−0.0072194
0.01670869 ]
0.99983434
(2)
Agar R matritsa birlik matritsa bo‘lsa bu ideal xolat bo‘lasdi. Ya’ni, matritsada bosh diagonal
elementlari qiymatlari 1 ga, boshqa barcha elemetlari qiymatlari 0 ga teng bo‘lsa. Bu xolatda
Kameralar optik o‘qlari o‘zaro ideal darajada parallel bo‘ladi. Ammo real tizimlarda doim bunday
bo‘laydi. Demak kalibrlash jarayoni natijasida olingan R matritsa (2) elementlari qiymatlari osasida
og‘ish burchagini hisoblash aylanma matritsaning elementlaridan trigonometrik funksiyalar
yordamida amalga oshiriladi:
𝜃𝑝 = arcsin(−𝑅2,0 ) = arcsin(−0.00717452) ≈ −0.411°
50
(3)
Demak yuqoridagi (3) xisoblash natiasiga asoslanib takidlash mumkinki, mazkur tajribada
foydalanilgan stereo kamera tizimining o‘ng kamerasining optik o‘qi chap kamerasining optik
o‘qiga nisbatan (unga tomon) 0.411° ga og‘gan.
Stereo kamera tizimi yordamida kuzatuv sahnasidagi obyektgacha masofani hisoblash
aniqligigga salbiy ta’sir qiluvchi ko‘p omillar mavjud [13]. Mazkur tadqiqot ishida aynan stereo
kamera tizimidagi kameralarning optik o‘qlarini parallellik darajasini buzilishi kabi omilni masofani
xisoblash aniqligigga salbiy ta’sir darajasini tadqiq qilish natijalari va bu omilni salbiy ta’sirini
kamaytirish echimi taklif qilinadi. Tajribaviy ma’lumotlarga asoslanib stereo kamera tizimi
yordamida kuzatuv sahnasidagi obyektgacha masofani standart (1) formula bo‘yicha hisoblash
xatoligi ∆ Z ning qiymatini stereo tizim o‘ng kamerasining chap kameraga nisbatan o‘gish
burchagining turli qiymatlariga bog‘liqligi grafigi quyidagi 2-rasmda aks ettirilgan.
2-rasm. Stereo kamera yordamida triangulyasiya usulida masofani oʻlchash xatoligini kamera
optik o‘qi og‘ishiga bog‘liqligi
Grafikdan ko‘rinadiki o‘ng kameraning chap kameraga nisbatan og‘ish burchagining ortishi
bilan kuzatuvdagi obyektgacha masofani hisoblashdagi xatolik qiymati ham ortib boradi.
Demak ushbu salbiy omilni etiborga olgan xolda masofani tug‘ri hisoblash imkonini beruvchi
formulani ishlab chiqish lozim. Bu formuladan foydalangan xolda og‘ishning ma’lum bir
chegaradagi har qanday qiymatida ham obyektgacha masofani tug‘ri hisoblash imkoni paydo
bo‘ladi.
Bunday matematik formulani ishlab chiqish uchun stereo kamera tizimidagi kameralardan
birini, xususan stereo kameraning o‘ng kamerasini OY o‘ptik o‘qini ichki tomonga og‘gan holati
uchun stereo kamera yordamida paralaks tasvir asosida triangulyatsiya usulida ob’yektgacha
masofani o‘lchash sxemasini chizilishi lozim (3-rasm).
51
3-rasm. O‘ng kamerasi α burchakga ichki og‘ishga ega stereo kamera tizimida kuzatuvdagi
ob’yektgacha masofani o‘lchash sxemasi
Stereo kamera yordamida tiangulyatsiya usulida masofani xisoblash jarayonini kamera optik
o‘qini α og‘ishini inobatga olgan holda amalga oshirishning matematik ifodasini ishlab chiqish
uchun dastlab ABC va ADE uchburchaklarni o‘zaro o‘xshashligiga asoslanib quyidagi tenglikni
yozib olishimiz mumkin.
𝑍+𝑓
𝑍
=𝐿
𝑡+𝐿+𝑚
1
(4)
𝑥
Yuqoridagi (4) tenglikdan Z – kuzatuvdagi ob’yektgacha masofani aniqlash formulasini
keltiirb chiqarish lozim. Buning uchun avvalo yuqoridagi (4) tenglikdagi Z dan boshqa
nomalumlarni aniqlab olish lozim. Bu tenglikdagi t, m1,Lx larni aniqblab olish lozim.
𝑙
𝑡 = 2 − 𝑎1
(5)
Bu yerda:
l – Stereo kameradagi har bir matritsani gorizontal OX o‘qidagi o‘lchami, mm.
a1 – bu stereo kamera tizimidagi chapdagi kamera matritsasida kuzatuvdagi ob’yektni tasviri
xosil bo‘layotgan foto sezgir elementni koordinatasini uzunlik o‘lchov birligidagi qiymatini oladi.
Aslida a1 = wx x1 ga teng bo‘lib wx - bu matritsadagi foto sezgir elementlar orasidagi masofa, x1 –
chap kamera matritsasida ob’yekt tasviri xosil bo‘layotgan foto sezgir elementning koordinatasidir.
Yuqoridagi (4) tenglamadagi nomalumlarni aniqlash uchun 3-rasmdan optik o‘qi og‘gan o‘ng
kamera matritsasida tasvir xosil bo‘lishi chizmasini aloxida tasvirlab olish qulaylik yaratadi (4rasm):
52
4-rasm. OY optik o‘qi α burchakga og‘gan kamera matritsasida tasvir xosil bo‘lishi.
Keltirilgan (4) tenglikdagi m1 – aniqlash yuqorida keltirilgan 4-rasmga asoslanib quyidagicha
amalga oshiriladi:
𝑚1 = 𝑛2 𝑡𝑔𝜑
(6)
Bu erda:
𝑓𝑠𝑖𝑛𝑎
𝑓
𝑛2 = 𝑏2 − 𝑛1 = 𝑓𝑐𝑜𝑠𝑎 − 𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔𝜑 (𝑐𝑜𝑠𝑎 ∗ 𝑡𝑔𝜑 − 𝑠𝑖𝑛𝑎);
𝑏2 = 𝑓𝑐𝑜𝑠𝑎;
𝑘
𝑓𝑠𝑖𝑛𝑎
𝑛1 = 𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔𝜑 ;
𝜑 = 𝛼 + 𝛾;
𝑐
𝑎2′ −
𝑙
2
𝛾 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 𝑓 = 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔( 𝑓 );
𝑎2′ −
𝑙
𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔(𝛼 + 𝛾) = 𝑡𝑔 (𝛼 + 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔 ( 𝑓 2)) ;
ekanliklarini xisobga olib:
𝑓
𝑚1 = 𝑛2 𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔𝜑 (𝑐𝑜𝑠𝑎 ∗ 𝑡𝑔𝜑 − 𝑠𝑖𝑛𝑎) ∗ 𝑡𝑔𝜑 = 𝑓(𝑐𝑜𝑠𝑎 ∗ 𝑡𝑔𝜑 − 𝑠𝑖𝑛𝑎)
(7)
tenglikni keltirib chiqarish mumkin.
Yuqoridagi (4) tenglikdagi Lx ni quyidagicha aniqlash mumkin:
𝐿𝑥 = 𝐿 − 𝑘 − 𝑚2
Bu yerda:
𝑘 = 𝑓 𝑠𝑖𝑛𝑎,
f –kameraning fokus masofasi,
53
(8)
𝑚2 = 𝑏1 𝑡𝑔𝜑 = 𝑓 ∗ 𝑡𝑔𝜑(1 − 𝑐𝑜𝑠𝑎)
𝑏1 = 𝑓 − 𝑏2 = 𝑓 − 𝑓𝑐𝑜𝑠𝑎 = 𝑓(1 − 𝑐𝑜𝑠𝑎)
bo‘lsa. Demak:
𝐿𝑥 = 𝐿 − 𝑘 − 𝑚2 = 𝐿 − 𝑓 ∗ 𝑠𝑖𝑛𝑎 − 𝑓 ∗ 𝑡𝑔𝜑(1 − 𝑐𝑜𝑠𝑎)
(9)
kelib chiqadi. Agar (6) va (7) matematik ifodalarni (4) ifodaga qo‘yilsa:
𝑍+𝑓
𝑍
𝑡+𝐿+𝑓(𝑐𝑜𝑠𝑎∗𝑡𝑔𝜑−𝑠𝑖𝑛𝑎)
= 𝐿−𝑓∗𝑠𝑖𝑛𝑎−𝑓∗𝑡𝑔𝜑(1−𝑐𝑜𝑠𝑎)
(10)
Yuqoridagi (8) matematik ifodadan Z – kuzatuv ob’yektigacah masofani xisoblash
formulasini keltirib chiqarish mumkin:
𝑧=
𝐿𝑓−𝑓 2 (𝑠𝑖𝑛𝑎−𝑡𝑔𝜑(1−𝑐𝑜𝑠𝑎))
𝑡+𝑓𝑡𝑔𝜑
(11)
Bu yerda:
𝑡𝑔𝜑 = 𝑡𝑔(𝛼 + 𝑎𝑟𝑐𝑡𝑔(
𝑎2′ −
𝑓
𝑙
2
));
𝑙
𝑡 = 2 − 𝑎1 ;
α – kamera OY optik o‘qining og‘ish burchagi;
𝑎2′ - kamera OY optik o‘qining α burchakga og‘ishi holatida o‘ng kamera matritsasida
kuzatuvdagi ob’yekt tasviri xosil bo‘ladigan foto sezgir elementning koordinatasini uzunlik o‘lchov
birligidagi qiymatini oladi. Aslida 𝑎2′ = 𝑤𝑥 𝑥2′ ga teng bo‘lib wx - bu matritsadagi foto sezgir
elementlar orasidagi masofa, 𝑥2′ – o‘ng kamera matritsasida ob’yekt tasviri xosil bo‘layotgan foto
sezgir elementning koordinatasidir.
Tahlil va natijalar muhokamasi
Demak ishlab chiqilgan (11) formuladan stereo kamera yordamida paralaks tasvir asosida
triangulyatsiya usulida kuzatuvdagi ob’yektgacha masofani xisoblash orqali o‘lchash jarayonida
foydalanish, kameralarning birida optik o‘qning og‘ishi mavjud bo‘lganda ham tog‘ri o‘lchash
natijasini olish imkonini beradi. chunki bu formula bo‘yicha kuzatuvdagi ob’yektgacha masofani
o‘lchashda kameralardan birining optik o‘qini og‘ish omili xisobga olinadi. ushbu ishlab chiqilgan
formulaning qaydarajada to‘gri ishlashini yuqorida o‘tkazilgan tajribaviy tadqiqotni qayta
takrorlash natijasida baxolash mumkin. Faqat endi masofani xisoblash jarayonida ushbu tadqiqot
ishida ishlab chiqilgan formula (11) qo‘llaniladi. Faqat dastlabki masofani xisoblashni standart
formulasi qo‘llanilgan holatdan farqli ravishda bu holatda kamera matritsasining gorizontal ox
o‘qidagi o‘lchami l ning qiymati ma’lum bo‘lishi lozim. Turli og‘ish burchaklari uchun kuzatuvdagi
ob’yektgacha masofa z ni va har bir og‘ish burchagi uchun xisoblash xatologi δz ning qiymatlarini
xisoblab natijalari quyidagi jadvalda keltirilgan (1-jadval). O‘lchash xatoligi δz ning qiymatlarini
aniqlashda kuzatuvdagi ob’yektgacha masofani asl qiymati zx=60 mm ekanligi xisobga olindi.
54
1-jadval. Ishlab chiqilgan formula o‘lchash aniqligining taxlili natijalari.
α, gradus
Z, mm
ΔZ, mm
0
57,97101
-2,02899
5
60,19792
0,197918
10
61,14506
1,145057
15
56,97358
-3,02642
20
61,02919
1,029191
25
62,07946
2,079464
30
62,03643
2,036431
Ishlab chiqilgan formula bo‘yicha kuzatuvdagi ob’yektgacha masofani xisoblash orqali
o‘lchash xatoligini kamera optik o‘qini og‘ish burchagiga bog‘liqlik grafigini yuqorida keltirilgan
1-jadvaldagi ma’lumotlar asosida chizish mumkin.
5-rasm. Ishlab chiqilgan formula bo‘yicha ob’yektgacha masofani o‘lchash xatoligi ΔZ
qiymatini kamera optik o‘qining og‘ish burchagi a ga bog‘liqlik grafigi
Xulosa
55
Yuqoridagi 5-rasmda tasvirlangan grafikni taxlil qilish natijasida shunday xulosa qilish
mumkinki, ishlab chiqilgan formula asosida xisoblash orqali kuzativdagi ob’yektgacha masofani
o‘lchashda xatolik juda past darajada. Xisoblash xatoligi ΔZ ning qiymati kamera optik o‘qi
og‘ishining qiymatini ortib borishida deyarli o‘zagrishsiz, ya’ni 0 ga yaqin qiymatlarni qabul
qilishini ko‘rsatmoqda. Standart formula asosida xisoblash xatoligini kamera optik o‘qi og‘ish
burchagi qiymatiga bog‘liqligi aks ettirilgan grafik (2-rasm) va 5-rasmda tasvirlangan grafiklarni
solishtirish natijasida ham xulosa qilish mumkinki, ishlab chiqilgan formula asosida masofani
o‘lchash aniqligi standart foqmula asosida o‘lchashga nisbatan keskin yuqorilagan.
Demak, ushbu tadqiqot ishi davomida taklif qilingan stereo kamera yordamida kuzatuv
sahnasidagi obyektgacha masofani hisoblash formulasi asosida ishlovchi algoritm va unga mos
dasturiy vositani ishlab chiqilishi, stereo kamera tizimidagi kameralarning optik o‘qlarini
parallelligi buzilgan xolatlarda ham masofani to‘gri aniqlash imkonini beradi.
References
1. Xamdamov Utkirbek, Turgunov Bekzod. Paralaks tasvirlar asosida kuzatuvdagi ob'ektgacha
masofani oʻlchash aniqligiga ta'sir qiluvchi omillar va ularni ta'sirini kamaytirish choralari.
Management and Future Technologies Ilmiy jurnal Volume 2, Issue 1. 31/03/2025. – 127 p.
2. Zolotukhin, D.A. Reconstruction and filtration of a three-dimensional shape of a micro object
by a stereo pair of images with a parallel projection. Zolotukhin, I.V. Safonov, K.A.
Kryzhanovsky // Mechanics, management and informatics. – 2012. – V. 9, No. 9. – P. 174-179.
(in Russian)
3. Forsythe, D. Computer vision. Modern approach / D. Forsythe, J. Pons. - Moscow: Williams,
2004. – 928 p.
4. U. R. Xamdamov, B. A. Turgunov. “Optimal solutions for determining the distance to an object
in an autonomous mobile device for people with disabilities” in International scientific practical conference of Digital transformation and artificial intelligence: problems, innovations
and
trends
(DTAI),
Tashkent,
(2024),
70-74
pg.
https://dtai.tsue.uz/index.php/DTAI2024/article/view/hamdam
5. Hartley, R.I. Theory and practice of projective rectification / R.I. Hartley // International
Journal of Computer Vision. – 1999. – Vol. 35, no. 2. – P. 115–127pgs.
6. D. N. Stepanov, A. V. Smirnov, Issledovanie prosessa kalibrovki i opticheskix xarakteristik
stereo nasadki 3Dberry, Programmnie sistemi: teoriya i prilojeniya, 2018, tom 9, vipusk 3, 11–
28
7. DOI: 10.25209/2079-3316-2018-9-3-11-28
8. Aleman-Flores, M. Automatic Lens Distortion Correction Using One-Parameter Division
Models / M.AlemánFlores, L. Alvarez, L. Gomez, D. Santana-Cedres // Image Processing On
Line. - 2014. - Vol. 4. - P. 327-343., DOI: 10.1007/s10851-012-0342-2.
9. Bugaenko E. I. A method for automatic detection and correction of radial distortion on digital
images / EI Bugaenko, MI Trufanov // Izv. Universities. Instrument making. – 2008. – V. 51,
No. 2. – P. 16-22. (in Russian).
10. Z. Zhang. “A flexible new technique for camera calibration”, IEEE Transactions on Pattern
Analysis and Machine Intelligence, 22:11 (2000), pp. 1330–1334. DOI: 10.1109/34.888718
56
11.
12.
13.
14.
15.
В.Г. Алтухов, А.Б. Колкер. «Вычисление расстояния до объекта на основе карты глубин
полученной методом зеркального разделения изображений», Автоматика и программная
инженерия, 1:19 (2017), с. 65–69.
B.W. He, Y.F. Li. “A novel method for camera calibration using vanishing points”, Proc. of the
2007 14th International Conference on Mechatronics and Machine Vision in Practice, 2007, pp.
44–47. DOI: 10.1109/MMVIP.2007.4430712
J. Heikkila, O. Silven. “A four-step camera calibration procedure with implicit image
correction”, Proc. of the IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern
Recognition, 1997, pp. 1106–1112. DOI: 10.1109/CVPR.1997.609468.
Козлов В.Л. Учет влияния дестабилизирующих факторов для повышения точности
измерений дальномера на основе стереоизображений. Приборы и методы измерений.
2017. – Т. 8, № 3. С. 254–262. DOI: 10.21122/2220-9506-2017-8-3-254-262
Shapiro, L. Computer vision / L. Shapiro, D. Stockman – Moscow: BINOM, 2006. – 752 p.
57
NUTQ SIGNALLARIGA INTELLEKTUAL ISHLOV BERISH TIZIMLARIDA
SO‘ZLOVCHILARNI AJRATISHNING AHAMIYATI
Shukurov Kamolidddin; Ochilov Mannon; Xasanov Umidjon
Muhamad al-Xorazmiy nomidagi TATU, Sun’iy intellekt kafedrasi
Email: umidjon0923@gmail.com
Annotatsiya. Ushbu maqolada nutq signallariga intellektual ishlov berish tizimlari uchun
so‘zlovchilarni ajratish va aniqlash muammosi tahlil qilinadi. So‘zlovchilarni ajratish jarayonlari
ko‘p ishtirokchili suhbatlarda ularning ovozlarni aniqlash, nutqlarini matnga aylantirish vazifalari
uchun juda katta ahamiyat kasb etadi. Maqola ushbu muammo bosqichma-bosqich nutq faolligini
aniqlash (VAD), xususiyatlarga ajratish, so‘zlovchilarning xususiyat vektorlarini shakllantirish,
klasterlash jarayonlari orqali yoritiladi. Tizim ishlash samaradorligini baholash uchun DER hamda
JI ko‘rsatkichlari kabi mezonlardan foydalaniladi. Shuningdek, ishda zamonaviy so‘zlovchilarni
ajratish tizimlari uchun mashxur bo‘lgan yondashuvlar X-vector, TDNN, ECAPA-TDNN asosidagi
model va yondashuvlarga ham e’tibor qaratilgan. Ushbu taqdiqotning amaliy ahamiyati real vaqtli
audiomonitoring tizimlari, multimediyali tahlilda katta rol o‘ynaydi.
Kalit so‘zlar. Nutq signallari, nutq signallarini qayta ishlash, filtrlash, VAD, so‘zlovchilarni
ajratish, xususiyatlarni ajratish, so‘zlovchi xususiyatlar vektori, MFCC, Log Mel spektrlari, Xvector, ECAPA-TDNN.
Kirish
Zamonaviy nutq signallariga intellektual ishlov berish sohalarida bir nechta yo‘nalishlarni o‘z
ichiga qamrab oladi. Jumladan avtomatik nutqni tanish (ing: Automatic Speech Recognition),
so‘zlovchilarni tanib olish (ing: Speaker Recognition), so‘zlovchining tilini aniqlash (ing: Language
Identification) sohalari ko‘plab nazariy va amaliy muammolarni hal etmoqda. So‘zlovchilarni tanib
olish tizimlari nafaqat xavfsizlik masalalarida, balki murakkab integrallashgan nutqni qayta ishlash
tizimlarni ishlab chiqishda ham keng foydalaniladi. Hozirgi kunda tanib olish tizimlarida nutq egasi
kim ekanligini aniqlash, uning vaqt oraliqlarida bildirgan fikrlarini aniqlash masalasini intellektual
qayta ishlash tizimlari uchun dolzarb vazifa bo‘lib qolmoqda. So‘zlovchilarni tanib olish tizimlari
quyidagi asosiy yo‘nalishlarda amalag oshiriladi:
• So‘zlovchilarni aniqlash (ing: Speaker Identification - SI)
• So‘zlovchilarni tekshirish (ing: Speaker Verification - SV)
• So‘zlovchilarni ajratish (ing: Speaker Diarization - SD)
So‘zlovchini aniqlash berilgan audio signal asosida so‘zlovchini mavjud bazadagi shaxslar
orasidan aniqlashga qaratilgan bo‘lib, audio segmentlardan olingan xususiyatlar ajratiladi va ular
asosida sinflashtirish algoritmlari yordamida so‘zlovchilarni nomini aniqlanadi. So‘zlovchini
tekshirish esa juft audio signallar orasidagi o‘xshashlikni o‘lchab, ularni bir xil shaxsga tegishli
yoki tegishli emasligni baholaydi. So‘zlovchini ajratish yo‘nalishi esa bir yoki bir nechta
so‘zlovchini nutqini tahlil qilib, qaysi vaqt oralig‘ida kim gapirganini aniqlashga mo‘ljallangan. Bu
yo‘nalish ko‘p ishtirokchili suhbatlarni avtomatik transkripsiyalashda, anjuman va
konferensiyalarni qaydnomalarini ishlab chiqishda, ko‘p tilli tarjimon tizimlarida katta ahamiyatga
ega [1-3].
58
So‘zlovchilarni ajratish jarayoni turli sohalarda, jumladan, yig‘ilishlar, telefon suhbatlari,
podkastlar va televideniye eshittirishlari kabi ko‘plab real hayotiy holatlarda qo‘llaniladi. Uning
asosiy maqsadi bir nechta inson qatnashgan audio yozuvlardan har bir shaxsning nutq segmentlarini
aniqlash va ularni mos ravishda guruhlashdir. Biroq, bu jarayon bir qarashda oddiy ko‘ringani bilan,
texnik jihatdan juda murakkab. Bir xil ovoz tembriga ega bo‘lgan shaxslarni farqlash yoki bitta
odamning turli holatdagi nutq shakllarini (masalan, xotirjam yoki hissiyotli ohangda gapirishi)
to‘g‘ri ajratish katta qiyinchilik tug‘diradi. Bundan tashqari, diarization faqatgina spikerlarni
ajratish bilan cheklanmay, balki ularning segmentlarini to‘g‘ri tartibga solish, har bir spikerga
tegishli nutq qismlarini birlashtirish va audio yozuvning umumiy tuzilishini saqlab qolish kabi
muhim vazifalarni ham o‘z ichiga oladi. Shu sababli, samarali speaker diarization tizimi yaratish
uchun ilg‘or signallarni qayta ishlash usullari, chuqur o‘rganish modellari va aqlli klasterlash
algoritmlaridan foydalanish talab etiladi [4].
So‘zlovchilarni ajratish sohasida so‘nggi yillarda chuqur o‘rganishga asoslangan
yondashuvlar sezilarli taraqqiyotga erishdi. Dastlabki yondashuvlar i-vector asosidagi modellarga
tayanib kelgan bo‘lsa (Dehak va boshq., 2011)[4], keyinchalik x-vector (Snyder va boshq., 2018)[5]
va ECAPA-TDNN kabi yanada barqaror embeddinglar (Bredin va boshq., 2020)[6] keng qo‘llanila
boshlandi. Bu modelar shovqinli va ko‘p so‘zlovchili muhitlarda yuqori aniqlikni ta’minlab,
zamonaviy so‘zlovchilarni ajratish tizimlarining asosiga aylandi. Ko‘p mikrofonli va ko‘p domenli
real hayotiy muhitlarda samarali ishlaydigan tizimlar ustida olib borilgan tadqiqotlar, masalan,
CHiME-7 musobaqasi doirasida ishlab chiqilgan NTT tizimi (Tawara va boshq., 2024) EEND (ing:
End-to-End Neural Diarization) va vektor klasterlashning kombinatsiyasi orqali katta yutuqlarga
erishdi[7]. Faol o‘rganishga asoslangan yondashuvlar (Wang, Xue & Li, 2024) annotatsiya
xarajatlarini kamaytirishga yordam berib, kam resursli tillar uchun samara berdi[8]. Graph
Attention Network asosidagi metodlar (Li va boshq., 2023) esa spikerlar o‘rtasidagi bog‘liqliklarni
chuqurroq modellashtirish imkonini berdi[9].
Metodalogiya
Umumiy speaker diarization jarayoni bir nechta muhim bosqichlardan iborat bo‘lib, har biri
tizimning aniqligi va samaradorligini oshirishga xizmat qiladi(1-rasm).
1-rasm. So‘zlovchilarni ajratish jarayoning umumiy sxemasi
Nutq faolligini aniqlash (ing: Voice Activity Detection – VAD). Diarization jarayonining
birinchi bosqichi – audio yozuvdan faqat nutq bo‘lgan segmentlarni ajratib olishdir. Ushbu
59