Научный путь

Сергей Юрьевич Желтов родился 26 апреля 1956 года в г. Москве. В 1973 поступил на «Факультет управления и прикладной математики» (ФУПМ) Московского физико-технического института (МФТИ). В 1979 году окончил МФТИ по специальности «системы автоматического управления» и поступил в очную аспирантуру МФТИ, которую закончил в 1982 году. С 1977 года по настоящее время С.Ю. Желтов работает в НИИАС (ныне – Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем»), где он последовательно прошел путь от техника до Генерального директора ФГУП «ГосНИИАС».

В первые годы научной деятельности С.Ю. Желтов разрабатывал компьютерные модели человеко-машинных систем управления летательными аппаратами. Его учителями и непосредственными руководителями на данном этапе являлись директор и основатель научной школы ГосНИИАС академик РАН Евгений Александрович Федосов, а также видный представитель этой школы начальник подразделения член-корреспондент РАН Герман Георгиевич Себряков. Эти годы во многом определили научный стиль, кругозор и методы работы Сергея Юрьевича. В 1984 году Сергей Юрьевич защитил кандидатскую диссертацию, связанную с данным направлением исследований.

С 1985 года С.Ю. Желтов начинает активно участвовать в формировании новых для института направлений научных исследований в области перспективных систем управления, использующих обработку видеоинформации. В январе 1985 года С.Ю. Желтов был назначен на должность начальника сектора, а в мае 1991 года он становится начальником лаборатории компьютерного машинного зрения. Под его руководством и при непосредственном участии данная лаборатория выполнила ряд значимых научных проектов в таких областях как разработка алгоритмов обнаружения объектов в сложной фоно-целевой обстановке, разработка методов анализа изображений от датчиков различной физической природы, разработка методов анализа изображений в системах дистанционного зондирования, фотограмметрическое извлечение 3D-информации из изображений, создание систем виртуальной реальности, разработка систем считывания штрихкодовой символики и биометрической информации. Основными сотрудниками лаборатории в этот период являются А.А. Степанов, С.В. Скрябин, Ю.В. Визильтер, С.Б. Попков, А.В. Сибиряков, Ю.В. Морзеев, В.А. Князь, Ю.Б. Блохинов. Они составили ядро научной школы С.Ю. Желтова в области машинного зрения и цифровой фотограмметрии, которая возникла в начале 1990-х годов и продолжает развиваться по настоящий момент, пополняясь новыми молодыми учеными – как учениками Сергея Юрьевича, так и учениками его учеников.

Одной из знаковых работ лаборатории компьютерного машинного зрения под руководством С.Ю. Желтова являлась разработка в 1993-94 системы считывания штриховых кодов в сложных условиях, осуществленная по контракту ГосНИИАС с фирмой Intermec (США). Для обнаружения штриховых кодов были предложены оригинальное модифицированное преобразование Хафа (MHT) с голосованием в узком растворе угла в направлении вектора-градиента и оригинальный детектор колинеарности текстуры штрихкода на основе отношения аспекта в поле градиентов. В итоге было создано уникальное программно-алгоритмическое решение, позволяющее обнаруживать все штриховые коды на изображении, независимо от их размера, положения, угловой ориентации, окружающего фона и геометрических свойств поверхности, на которую они нанесены. При этом штриховые коды могли быть изогнуты, помяты, частично загрязнены, затерты и даже покрыты мятым целлофаном. На тот момент данное решение не имело аналогов в мире. Сотрудничество с фирмой Intermec показало, что лаборатория С.Ю. Желтова вышла на уровень ведущих мировых центров разработки технологий технического зрения.

В этот период также начинают развиваться и международные научные связи С.Ю. Желтова, происходят публикации его ключевых научных работ за рубежом. Он становится одним из видных членов Международного общества фотограмметрии и дистанционного зондирования (ISPRS), является председателем комиссии «машинное зрение и ближняя фотограмметрия» Национального комитета РФ по фотограмметрии и дистанционному зондированию, членом нескольких рабочих групп ISPRS. Помимо этого, С.Ю. Желтов с сотрудниками также активно участвуют в мероприятиях SPIE (Международного общества оптической инженерии). В 1995 году С.Ю. Желтов организовал и провел международную конференцию Digital Photogrammetry and Remote Sensing ’95 под совместной эгидой ISPRS и SPIE. Эта уникальная конференция проходила на теплоходе, движущемся по маршруту Санкт-Петербург-Кижи-Валаам-Санкт-Петербург, и сочетала действительно насыщенную научную программу с богатыми экскурсионными возможностями, что позволило впервые привлечь в Россию практически всех ведущих специалистов мира в области цифровой фотограмметрии. До настоящего времени С.Ю. Желтов продолжает вести активную организационную деятельность в рамках ISPRS, в том числе, в качестве одного из организаторов и руководителей «Российского регионального общества фотограмметрии и дистанционного зондирования» (РОФДЗ).

В июне 1997 года С.Ю. Желтов был назначен заместителем начальника ГосНИИАС по информационным технологиям. В этой должности он руководил созданием крупных информационных систем в интересах Московского правительства, Министерства науки, промышленности и технологий, Федерального агентства по промышленности, являлся одним из разработчиков раздела «Информационные технологии» в Федеральной целевой программе «Национальная технологическая база» (НТБ).

Крупнейшим проектом в области информационных технологий, реализованным под руководством С.Ю. Желтова в это время, было создание системы контроля алкогольной продукции в интересах правительства Москвы. В основу ее легла идея присвоения и прослеживания индивидуальных автоматически считываемых идентификаторов каждой бутылке алкогольной продукции. Такой подход позволил вести тотальный контроль за производством и продажей алкоголя не на уровне документов или партий товара, а на уровне каждого отдельного экземпляра продукта. Помимо создания соответствующей информационной системы, в ГосНИИАС был организован центр печати идентификационных кодов на акцизных марках. В итоге внедрение созданной технологии позволило в кратчайшие сроки практически полностью исключить продажу фальсифицированной и нелегальной алкогольной продукции в московском регионе.

В то же время, Сергей Юрьевич продолжает курировать развитие созданного им коллектива специалистов в области машинного зрения и фотограмметрии, осуществляет непосредственное руководство основными научными темами в данной области и принимает активное личное участие в ряде ключевых работ. Проследим кратко историю этого коллектива. После назначения С.Ю. Желтова заместителем начальника института начальником основанной им лаборатории становится А.А. Степанов. В составе лаборатории выделяются секторы «машинного зрения» (начальник – Ю.В. Визильтер), «ближней фотограмметрии» (начальник – В.А. Князь) и «дальней фотограмметрии» (начальник – Ю.Б. Блохинов). В 2000 г., поле перехода А.А. Степанова на новую работу, начальником лаборатории становится Ю.В. Визильтер. В 2006 г. в связи с существенно выросшей численностью сотрудников и большим объемом работ каждый из секторов превращается уже в полноценную лабораторию. В дальнейшем рост коллектива продолжился, и в 2011 г. на базе двух его лабораторий было образовано новое подразделение ГосНИИАС «Системы интеллектуального анализа данных, технического зрения, улучшенного и синтезированного видения» (начальник подразделения Ю.В. Визильтер, заместитель начальника В.А. Князь). При этом тематика машинного зрения и цифровой фотограмметрии продолжает активно развиваться и в подразделении, руководимом Г.Г. Себряковым – как в лаборатории Ю.Б. Блохинова, так и в других лабораториях. Таким образом, созданный С.Ю. Желтовым коллектив специалистов ГосНИИАС в области машинного зрения и фотограмметрии к настоящему моменту является одним из крупнейших и не имеет аналогов в России по спектру охвата технологий технического зрения, поддерживаемых и развиваемых на мировом уровне.

Крупнейшими научно-техническими проектами в области технического зрения, которые курировал и возглавлял С.Ю. Желтов в этот период, являлись, прежде всего, системные НИР, заданные в рамках программы «Национальная технологическая база». В ходе этих НИР были разработаны российские технологии мирового уровня в области ближней и дальней фотограмметрии, а также лицевой биометрии. В это время также было разработано программно-алгоритмическое обеспечение для систем поиска, наблюдения и целеуказания по данным оптической и радиолокационной разведки, систем обработки машиночитаемых документов и штрихкодовой символики, систем технического контроля производственных процессов, систем медицинской диагностики различных заболеваний по томографическим и рентгеновским изображениям. В последующие годы научные и технологические заделы, заложенные в этот период, позволили разработать и внедрить многочисленные практические приложения в области обработки авиационных и спутниковых снимков, реконструкции цифровых моделей рельефа и местности, бесконтактных трехмерных измерений, технического контроля, тренажеров и систем виртуальной реальности, а также обнаружения и распознавания лиц.

Наиболее известным проектом ГосНИИАС по тематике машинного зрения, потребовавшим использования самых передовых достижений как в области анализа изображений, так и в области цифровой фотограмметрии, в этот период, несомненно, являлся организованный и непосредственно возглавляемый С.Ю. Желтовым проект разработки системы обнаружения препятствий на дороге перед движущимся транспортным средством, выполнявшийся в рамках серии контрактов c фирмами Novecon Technologies и Silber Semiconductors (США) в интересах компаний Sumitomo и Toyota Motors (Япония) в 1998-2001 гг. В ходе данной работы была создана одна из первых российских компьютерных систем помощи водителю, основанная на анализе цифровых стереоизображений, получаемых при помощи двух CCD-видеокамер, установленных в кабине. Данная система в реальном времени осуществляла автоматическое обнаружение линий дорожной разметки, построение трехмерной модели поверхности собственной полосы движения автомобиля, оценку его положения и ориентации относительно дороги и обнаружение препятствий в собственной полосе движения на расстоянии до 100 м. Для решения последней задачи С.Ю. Желтовым был предложен метод построения дифференциального ортофото, позволяющий обнаруживать на стереоизображениях трёхмерные объекты, не принадлежащие заданной поверхности в сцене наблюдения.

В 2002 г. в диссертационном совете Московского авиационного института (МАИ) С.Ю. Желтов защитил диссертацию на соискание ученой степени доктора технических наук на тему «Разработка теории, методов и алгоритмов машинного зрения в задачах обнаружения объектов». Докторская диссертация аккумулировала ряд важных и международно признанных научных результатов С.Ю. Желтова, полученных в предыдущие годы. В ней были представлены: методы улучшения классических схем корреляционного обнаружения и обнаружения по методу нормализации фона за счет применения алгоритмов морфологического анализа изображений; метод обнаружения объектов, основанный на объединении свидетельств и разработанные на его основе обобщения схемы голосования, обеспечивающие обнаружение на цифровых изображениях сложных объектов с содержательной яркостно-геометрической структурой; теория и алгоритмы субпиксельного стереоотождествления изображений; метод дифференциального ортотрансформирования; принципы конструирования программных комплексов обработки и анализа изображений с использованием фреймовых структур. Среди этих научных результатов следует особо отметить метод субпиксельной корреляции в задаче предельно точного отождествления соответствующих точек стереоизображений. При его разработке С.Ю. Желтовым была доказана основополагающая теорема о том, что задача поиска максимума корреляционной функции приводится к задаче, которая эквивалентна задаче на обобщенные собственные значения некоторой матрицы специального вида. Таким образом, С.Ю. Желтовым был окончательно сформирован теоретический базис широко используемого в мировой практике способа субпиксельного стереоотождествления по методу наименьших квадратов (LSM), первоначально предложенного А. Грюном и М. Бальцавиасом. При этом было доказано, что по форме получаемого решения метод LSM эквивалентен методу субпиксельной корреляции Желтова, однако последний, согласно упомянутой теореме, даёт явную оценку искомого коэффициента корреляции.

В 2005 г. С.Ю. Желтов был назначен первым заместителем Генерального директора, а с марта 2006 г. по настоящее время он является Генеральным директором ФГУП «ГосНИИАС».

В качестве генерального директора ГосНИИАС С.Ю. Желтов возглавил ведущий и крупнейший отраслевой научно-исследовательский институт в области создания авиационного оборудования и отработки авиационных систем и вооружений. В предыдущие годы под руководством Е.А. Федосова ГосНИИАС выдвинулся на ключевые позиции в решении системных вопросов развития авиационной отрасли. В период 2006-2016 гг. под руководством С.Ю. Желтова институт приступил к выполнению нового цикла масштабных работ, таких как отработка на комплексе полунатурного моделирования бортовых систем палубных самолетов МиГ-29К/КУБ для Индии, отработка алгоритмов и программного обеспечения специальных режимов перспективных самолетов, создание комплекса полунатурного моделирования перспективных авиационных комплексов, проведение цикла НИР по созданию систем интегральной модульной авионики для гражданской авиации, создание комплекса авиационных разведывательных средств. Важным направлением работ ГосНИИАС в эти годы являлось проведение работ по новому среднемагистральному самолету МС-21: разработка стенда прототипирования, отработка интерфейса системы «пилот-кабина», разработка стендов комплексов бортового оборудования «электронная птица» и «железная птица». Значительные усилия С.Ю. Желтова на посту генерального директора ГосНИИАС были направлены на сохранение и развитие человеческого и технологического потенциала института, повышение его престижа и значимости как государственного научного центра.

Несмотря на предельную занятость в должности руководителя ГосНИИАС, Сергей Юрьевич и в этот период продолжает активную научную и практическую деятельность в области машинного зрения. Наиболее крупным новым направлением работ ГосНИИАС в области авиационного технического зрения, возникшим за последнее десятилетие, является инициированное С.Ю. Желтовым создание технологий и прототипов перспективных отечественных систем улучшенного, синтезированного и комбинированного видения. На сегодняшний день под руководством С.Ю. Желтова созданы прототипы бортовых систем улучшенного и синтезированного видения на платформе интегрированной модульной авионики, в которых реализован целый ряд новых подходов и функций по сравнению с существующими зарубежными аналогами. Использование трехканальной оптикоэлектронной системы (ОЭС), включающей сенсоры видимого, ближнего и дальнего ИК диапазонов, позволяет реализовывать функции улучшенного видения в широком диапазоне погодных, сезонных и суточных условий. Новые алгоритмы улучшения и комплексирования многоспектральных изображений обеспечивают повышение информационной осведомленности летчика в сложных условиях видимости. Расширенная информационная поддержка экипажа в режиме посадки дополняется функциями автоматического обнаружения ВПП и препятствий на ВПП средствами технического зрения. Формирование информативных 3D изображений закабинного пространства средствами синтезированного и комбинированного видения осуществляется на борту в реальном времени на основе сочетания пилотажно-навигационной информации с данными от датчиков технического зрения за счет использования современных достижений компьютерной графики и компьютерного зрения. Кроме этого, в ГосНИИАС ведутся регулярные работы по созданию и отработке нового поколения систем автоматического обнаружения и распознавания целей, а также систем автоматизированного дешифрирования многоспектральных авиационных данных. Продолжаются и работы в области создания биометрических систем. Об уровне этих работ говорит, в частности, убедительная победа ГосНИИАС в первом российском Открытом конкурсе на лучший демонстрационный образец технологии распознавания лиц людей, проводившемся в конце 2015 г. Фондом перспективных исследований (ФПИ).

Продолжается и теоретическая работа С.Ю. Желтова в области анализа изображений и распознавания образов. Так, в одной из статей 2014 г. он вновь обратился к теории морфологического анализа изображений, предложенной Ю.П. Пытьевым. Заметим, что разработке различных аспектов этой теории были посвящены некоторые ранние научные работы С.Ю. Желтова, да и впоследствии он неоднократно возвращался к этой теме. На этот раз он рассмотрел возможность обобщения пытьевской методологии сравнения изображения с формой другого изображения на случай непосредственного сравнения двух мозаичных форм. Для решения данной задачи ему удалось предложить корректное обобщение пытьевской теории, основанное на поиске экстремального значения морфологического коэффициента корреляции. Данное экстремальное значение характеризует раствор угла между двумя линейными многообразиями в пространстве изображений и (замечательная перекличка с теоремой Желтова о субпиксельной корреляции!) вычисляется путем нахождения собственного значения матрицы взаимного сходства форм. Этот результат является очередным существенным вкладом С.Ю. Желтова в математическую морфологию изображений.

В общей сложности на момент выхода данного сборника С.Ю. Желтовым опубликовано более 200 научных трудов, в том числе – в журналах, входящих в международные и отечественные информационно-аналитические системы цитирования. Его индекс Хирша, к которому сам Сергей Юрьевич относится скорее критически и иронически, не удалось пока превзойти никому из сотрудников ГосНИИАС. Он также является ключевым автором ряда монографий и таких популярных учебников по компьютерному зрению как «Обработка и анализ цифровых изображений с примерами на LabVIEW и IMAQ Vision» (2007) и «Обработка и анализ изображений в задачах машинного зрения: курс лекций и практических занятий» (2010). Последнее фундаментальное как по охвату тематики, так и по объему издание опирается на многолетний опыт педагогической деятельности С.Ю. Желтова и возглавляемой им научной школы в области обработки изображений, осуществлявшейся на базе ведущих московских вузов – МФТИ, МАИ, МИРЭА. В настоящее время д.т.н. профессор С.Ю. Желтов является заведующим кафедрой «Системы автоматического и интеллектуального управления» МАИ, профессором кафедры «Информационные и управляющие системы» МФТИ, членом диссертационных советов при ГосНИИАС и МАИ.

За время своей научно-педагогической деятельности Сергей Юрьевич подготовил 1 доктора физико-математических наук и 8 кандидатов технических наук по тематике машинного зрения и цифровой фотограмметрии, многие из которых – Ю.В. Визильтер, В.А. Князь, С.Б. Папков, А.В. Сибиряков, Ю.В. Морзеев, О.В. Выголов – являлись в течение ряда лет его ближайшими сотрудниками и, в свою очередь, внесли существенный вклад в развитие возглавляемого им научного направления.

Научная деятельность С.Ю. Желтова отмечена научным сообществом и государственными органами Российской Федерации. В 2006 году за научные достижения в области систем машинного зрения и обработки информации в авиационных системах управления он избран членом-корреспондентом Российской академии наук по Отделению энергетики, машиностроения, механики и процессов управления. В том же 2006 году ему присвоено звание «почетный машиностроитель», а в 2014 – почетное звание «Заслуженный деятель науки Российской Федерации». В 2016 году он избран действительным членом (академиком) Российской академии наук.

С начала 90-х годов и по настоящее время Сергей Юрьевич активно участвует в организации и работе ведущих зарубежных и отечественных научно-технических конференций. Он является председателем Организационного и Программного комитетов Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование авиационных систем», членом Организационного комитета Всероссийской научно-практической конференции «Перспективные системы и задачи управления», членом Президиума Всероссийской мультиконференции по проблемам управления, членом Программного комитета Международной научно-практической конференции «Системы управления жизненным циклом изделий авиационной техники: актуальные проблемы, исследования, опыт внедрения и перспективы развития», членом Организационного комитета Международной конференции по Вычислительной механике и современным прикладным программным системам, членом программного комитета Международной конференции «Авиация и космонавтика». Непосредственно по тематике машинного зрения с 2010 г. ФГУП «ГосНИИАС», Институт космических исследований РАН (ИКИ РАН) и Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН (ИПМ им. М.В.Келдыша РАН) совместно проводят ежегодную научно-техническую конференцию “Техническое зрение в системах управления” (ТЗСУ), председателем программного комитета которой является С.Ю. Желтов. Сергей Юрьевич также принимает активное участие и в работе ведущих периодических научных изданий – в качестве заместителя председателя редакционного совета журнала «Вестник компьютерных и информационных технологий» и члена редколлегии журнала «Известия РАН. Теория и системы управления».