close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY16007

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2012.06.30
(12)
(51) МПК
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
BY (11) 16007
(13) C1
(19)
G 01C 3/08
G 01C 5/00
(2006.01)
(2006.01)
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ОБЪЕКТА,
ЕГО ВЫСОТЫ И ШИРИНЫ
(21) Номер заявки: a 20101633
(22) 2010.11.16
(43) 2011.04.30
(71) Заявитель: Белорусский государственный университет (BY)
(72) Авторы: Козлов Владимир Леонидович; Кузьмичев Илья Романович
(BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский государственный университет (BY)
(56) US 5432594 A, 1995.
BY 12740 C1, 2009.
RU 94039372 A1, 1996.
JP 1173811 A, 1989.
ЛОБАНОВ А.Н. Большая советская
энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия, 1977. - Т. 27. - С. 571-572,
597-600.
BY 16007 C1 2012.06.30
(57)
Способ определения дальности до объекта, его высоты и ширины, заключающийся в
том, что получают два цифровых фотографических изображения измеряемого объекта с
использованием двух фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние, на полученных изображениях формируют по окну сканирования с одинаковыми координатами, размер которых выбирают таким образом, чтобы разность
расстояний до отдельных фрагментов измеряемого объекта была меньше инструментального разрешения по дальности, осуществляют сканирование одного окна относительно
другого по горизонтали и вертикали, определяют двухмерную нормированную корреляционную функцию R(∆x, ∆y) в соответствии с выражением:
BY 16007 C1 2012.06.30
R (∆x , ∆y ) =
∑ (I (x, y ) − I )(I (x + ∆x, y + ∆y) − I )
1
1
2
2
x ,y
∑ (I (x, y ) − I ) ∑ (I (x + ∆x, y + ∆y) − I )
2
1
2
1
x ,y
2
,
2
x ,y
∑ I (x , y )
n
In =
x ,y
,
x max y max
где ∆x, ∆y - сдвиги между изображениями объекта по горизонтали и вертикали соответственно;
I1, I2 - сигналы окна сканирования первого и второго изображений соответственно;
x, y - размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно;
I1 , I 2 - средние значения сигнала в первом и втором окнах сканирования соответственно ;
n = 1, 2;
xmax, ymax - размеры сканирующего окна,
определяют ∆x по положению максимального значения R(∆x, ∆y), дальность R до выделенной окном сканирования области объекта определяют из выражения:
f ⋅L
,
R=
∆x
где f - фокусное расстояние фотокамер;
L - расстояние между фотокамерами,
а высоту H и ширину D объекта определяют из выражений:
R⋅y
H=
,
f
R⋅x
D=
.
f
Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их
цифровым фотографическим изображениям.
Известен способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям [1], основанный на последовательном формировании двух ТВ-изображений с помощью одной ТВ-камеры, из разных точек, разнесенных между собой на
известное расстояние. Недостатками такой системы являются малый диапазон измеряемых расстояний и невысокая точность измерений.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения расстояний до объекта [2], обладающего осью симметрии, с использованием двух цифровых фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние. Дальность
до объекта определяется по сдвигу между изображениями, при этом необходимо знать
расстояние между фотокамерами и фокусное расстояние объективов камер. Недостатком
этого способа является невысокая точность измерения.
Задача изобретения - повышение точности измерений расстояний.
Поставленная задача решается путем того, что в способе определения дальности до
объекта, его высоты и ширины получают два цифровых фотографических изображения
измеряемого объекта с использованием двух фотокамер, разнесенных в пространстве по
горизонтали на известное расстояние, на полученных изображениях формируют по окну
сканирования с одинаковыми координатами, размер которых выбирают таким образом,
2
BY 16007 C1 2012.06.30
чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов измеряемого объекта была меньше
инструментального разрешения по дальности, осуществляют сканирование одного окна
относительно другого по горизонтали и вертикали, определяют двухмерную нормированную корреляционную функцию R(∆x, ∆y) в соответствии с выражением:
R (∆x , ∆y ) =
∑ (I (x, y ) − I )(I (x + ∆x, y + ∆y ) − I )
1
1
2
2
x ,y
∑ (I (x, y ) − I ) ∑ (I (x + ∆x, y + ∆y) − I )
2
1
2
1
2
x ,y
,
2
x ,y
∑ I (x, y )
n
In =
x ,y
x max y max
,
где ∆x, ∆y - сдвиги между изображениями объекта по горизонтали и вертикали соответственно; I1, I2 - сигналы окна сканирования первого и второго изображений соответственно;
I1 , I2 - средние значения сигнала в первом и втором окнах сканирования соответственно;
xmax, ymax - размеры сканирующего окна; n = 1, 2,
определяют ∆x по положению максимального значения R(∆x, ∆y), дальность R до выделенной окном сканирования области объекта определяют из выражения:
f ⋅L
,
R=
∆x
где f - фокусное расстояние фотокамер; L - расстояние между фотокамерами,
а высоту H и ширину D объекта определяют из выражений
R⋅y
,
H=
f
R⋅x
D=
.
f
где xi, yi - размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно.
Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения
расстояний, обусловленное тем, что за счет выбора соответствующего размера сканирующего окна достигается максимальное значение корреляционной функции, а следовательно, большая точность определения сдвига между изображениями. Так как вычисляется
двухмерная корреляционная функция и осуществляется ее нормировка, то устраняется
влияние на точность измерения различия яркости и контрастность обоих изображений, а
также отклонение взаимного расположения измерительных камер от горизонтальной линии.
Сущность способа измерений поясняется с помощью фигуры, на которой представлена
функциональная схема измерителя расстояний на основе цифрового фотоаппарата. Система содержит: измеряемый объект 1, два цифровых фотоаппарата, состоящих из линз 2 и
фотоприемных матриц 3, 4 соответственно, вычислительный блок 5.
Измеритель расстояний работает следующим образом. С помощью цифровых фотоаппаратов на фотоприемных матрицах 3 и 4 реализуются цифровые изображения измеряемых объектов. Полученные два цифровых изображения одних и тех же объектов
поступают в вычислительный блок, где производится измерение расстояний по следующему алгоритму. На первом изображении формируется окно сканирования, размер которого выбирают таким образом, чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов
выделенного объекта была меньше инструментального разрешения по дальности. Если
поверхность объекта является плоскостью, перпендикулярной горизонтали и оси наблюдения, то все точки плоскости будут находиться на одинаковом расстоянии от объектива.
Если предмет имеет объемную форму, то необходимо на нем выделить плоскую поверхность. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется и на
3
BY 16007 C1 2012.06.30
втором снимке. Затем осуществляется сканирование одного окна относительно другого по
горизонтали и вертикали, при этом вычисляется значение двухмерной нормированной
корреляционной функции R(∆x, ∆y) между выделенными изображениями в соответствии с
выражением:
(I1 (x, y ) − I1 )(I 2 (x + ∆x, y + ∆y) − I 2 )
∑
I n (x , y )
∑
x ,y
R (∆x, ∆y ) =
,
x ,y
(1)
2
2
In =
,
∑ (I1 (x, y ) − I1 ) ∑ (I 2 (x + ∆x, y + ∆y) − I 2 )
x max y max
x ,y
x ,y
где I1 - сигнал окна сканирования первого изображения; I2 - сигнал окна сканирования
второго изображения; xmax, ymax - размеры сканирующего окна по горизонтали и вертикали
соответственно; ∆x, ∆y - сдвиги по горизонтали и вертикали соответственно, I1 , I2 - средние значения сигнала в первом и втором окнах сканирования соответственно; n = 1, 2.
Из приведенного выражения следует, что сканирование осуществляется по горизонтали и вертикали, что компенсирует возможное отклонение взаимного расположения фотокамер от горизонтальной линии. По положению максимального значения нормированной
корреляционной функции (1) определяют сдвиг между изображениями ∆x = x2–x1. Так как
все точки объекта в выделенном окне находятся на одинаковом расстоянии и осуществляется нормировка по величине среднего значения сигнала, то достигается максимальное
значение корреляционной функции, и при полном совпадении изображений корреляционная функция (1) будет равна единице. Дальность R до выделенной области объекта определяется из выражения:
f ⋅L
R=
,
(2)
∆x
где L - расстояние между фотокамерами, f - фокусное расстояние фотокамер. Аналогичным образом определяются расстояния Ri до всех объектов, попавших в поле зрения фотокамеры.
Измеритель расстояний также позволяет измерять высоту и линейные размеры объектов. Это осуществляется следующим образом. Определив значение расстояния до i-го
объекта Ri и размеры этого объекта на фотоприемной матрице xi по горизонтали и yi по
вертикали, ширина объекта Di и высота Hi определяют из выражений:
R ⋅y
R ⋅x
Hi = i i ,
Di = i i .
(3)
f
f
Вычислительный блок с помощью геометрии полученных изображений объектов может осуществить измерение расстояний между объектами на цифровой фотографии. Знать
точное значение расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы
и значение фокуса объектива нет необходимости, так как эти значения можно определить
при калибровке системы на точно известном расстоянии.
Таким образом, за счет выбора соответствующего размера сканирующего окна и вычисления двухмерной нормированной корреляционной функции достигается повышение
точности измерения расстояний в результате анализа двух цифровых фотографических
изображений, полученных с фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали.
Источники информации:
1. Патент РФ 2381521, МПК G 01S 11/00, 2009.
2. US Patent 5432594, МПК G 01C 3/00, 1995.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
4
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
99 Кб
Теги
by16007, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа