RU2027144C1 - Parallax method of measuring coordinates of object - Google Patents
Parallax method of measuring coordinates of object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2027144C1 RU2027144C1 SU3086207A RU2027144C1 RU 2027144 C1 RU2027144 C1 RU 2027144C1 SU 3086207 A SU3086207 A SU 3086207A RU 2027144 C1 RU2027144 C1 RU 2027144C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- images
- difference image
- optical
- geometric centers
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Image Processing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к локации, в частности к пассивным способам определения координат космического объекта преимущественно относительно другого космического объекта. The invention relates to locations, in particular to passive methods for determining the coordinates of a space object, mainly relative to another space object.
Известен описанный в [1] оптический коррелятор, реализующий способ измерения параллактических смещений на стереопаре. Данный способ основан на получении стереопары изображений, формировании гологографического фильтра для первого кадра стереопары, последовательном диафрагмировании второго кадра стереопары, перемещающейся щелевой диафрагмой, фильтрации диафрагмированного второго кадра стереопары голографическим фильтром, преобразовании отфильтрованного изображения в выходное яркостное корреляционное поле сравнения, измерении параллактического смещения путем измерения смещения максимумов яркостного корреляционного поля. Причем параллактическое смещение однозначно связано с расстоянием до объекта D. The optical correlator described in [1] is known that implements a method for measuring parallactic displacements on a stereo pair. This method is based on obtaining a stereo pair of images, forming a holographic filter for the first frame of the stereo pair, sequentially diaphragming the second frame of the stereo pair with a slit diaphragm, filtering the diaphragmed second frame of the stereo pair with a holographic filter, converting the filtered image to the output brightness correlation comparison field, measuring the parallactic displacement by measuring the displacement maxima of the brightness correlation field. Moreover, the parallactic displacement is uniquely related to the distance to the object D.
Данный способ характеризуется следующими недостатками: невысоким быстродействием вследствие последовательного способа формирования выходного яркостного корреляционного поля из-за последовательного диафрагмирования второго кадра стереопары; сложностью и невысокой точностью, обусловленными трудностью точного совмещения каждой стереопары с оптической осью в операциях получения голографического фильтра и фильтрации. This method is characterized by the following disadvantages: low speed due to the sequential method of generating the output brightness correlation field due to the sequential diaphragm of the second frame of the stereo pair; complexity and low accuracy due to the difficulty of accurately combining each stereo pair with the optical axis in the operations of obtaining a holographic filter and filtering.
Известен также описанный в [2] способ измерения расстояний, основанный на определении дальности за счет раздельного анализа обозреваемого пространства с находящимися в нем объектами, причем анализ заключается в поиске и определении на каждом изображении стереопары идентичных объектов или деталей объектов и определении координат выделенных объектов в системе отсчета каждого изображения, использовании полученных координат для ориентации оптической системы на выделенные объекты и вычислении расстояния до объекта на основе оценки взаимного смещения объекта на каждом изображении стереопары. There is also a method of measuring distances, described in [2], based on determining the distance by separately analyzing the observed space with the objects in it, the analysis consisting in searching and determining on each image a stereo pair of identical objects or details of objects and determining the coordinates of the selected objects in the system counting each image, using the obtained coordinates to orient the optical system to the selected objects and calculating the distance to the object based on the estimate Nogo displacement of the object in each image of the stereopair.
Данному способу присущи следующие недостатки: сложность и трудоемкость процессов поиска и выделения на каждом изображении стереопары идентичных объектов или деталей объектов; невысокое быстродействие вследствие последовательного характера выполнения операций анализа. The following disadvantages are inherent in this method: the complexity and laboriousness of the search and highlighting process on each image of a stereo pair of identical objects or details of objects; low speed due to the consistent nature of the analysis operations.
Наиболее близок к изобретению и выбран за прототип авторами описанный в [3] параллактический способ определения дальности до светящегося объекта, основанный на приеме излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние L точках пространства, визуальном измерении углового положения объекта φ в каждой точке наблюдения, определении параллактического смещения ζ как разности угловых положений объекта в первой и второй точках приема, т.е. ζ= φ1-φ2 и определении дальности до объекта D как:
D = - 2
Данный параллактический способ определения дальности имеет следующие недостатки.Closest to the invention and chosen as the prototype, the authors described in [3] a parallactic method for determining the distance to a luminous object, based on the reception of radiation from the object at two points of space spaced L, visual measurement of the angular position of the object φ at each observation point, determination of parallactic displacement ζ as the difference of the angular positions of the object at the first and second points of reception, i.e. ζ = φ 1 -φ 2 and determining the distance to the object D as:
D = - 2
This parallactic method for determining the range has the following disadvantages.
Во-первых, должны быть априорно известны признаки объекта, дальность до которого определяется, чтобы найти объект на фоне звезд. Как следствие, необходимо затрачивать время на поиск объекта. First, the features of an object must be a priori known, the distance to which is determined to find the object against the background of stars. As a result, it is necessary to spend time searching for an object.
Во-вторых, при измерении дальности до протяженных объектов из-за их конечных размеров возникает погрешность определения углового положения объекта φ. Secondly, when measuring the distance to extended objects, due to their finite dimensions, an error arises in determining the angular position of the object φ.
В-третьих, при произвольном перемещении объекта его сопровождение для определения углового положения объекта φ затруднено, что приводит к динамическим ошибкам и к малой точности определения дальности до движущихся объектов. Thirdly, with an arbitrary movement of the object, its tracking to determine the angular position of the object φ is difficult, which leads to dynamic errors and to low accuracy in determining the distance to moving objects.
В-четвертых, данный способ позволяет определить только одну координату объекта - дальность. Fourth, this method allows you to determine only one coordinate of the object - the range.
На основании вышеперечисленных недостатков можно сделать вывод об ограниченной области применения данного способа и его низкой точности и быстродействии. Based on the above disadvantages, we can conclude about the limited scope of this method and its low accuracy and speed.
Цель изобретения - повышение точности и быстродействия известного способа и расширение его функциональных возможностей, заключающееся в обеспечении возможности определения, кроме дальности, остальных сферических координат объектов. The purpose of the invention is to increase the accuracy and speed of the known method and expand its functionality, which consists in providing the ability to determine, in addition to range, the remaining spherical coordinates of objects.
Цель достигается тем, что в известном параллактическом способе, основанном на приеме излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние L точках пространства и измерении параллактического смещения объекта, после приема излучения одновременно формируют два пространственно разнесенных изображения, регистрируют их в приемной плоскости, преобразуют зарегистрированные изображения в двухградационные, фоpмиpуют pазностное изобpажение путем вычитания двухгpадационных изобpаже- ний, определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположные знаки, измерение параллактического смещения объекта осуществляют путем вычитания координат геометрических центров областей разностного изображения, а сферические координаты объекта вычисляют по формулам
D = + (2)
ζ= x1ц - х2ц
ε = arccos (2а)
β = arccos (2б) где D - дальность;
ε - угол места;
β - азимут;
х1ц, х2ц - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, совпадающей с направлением разнесения изображений в пространстве;
y1ц, y2ц - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, перпендикулярной направлению разнесения изображений в пространстве.The goal is achieved by the fact that in the known parallactic method based on receiving radiation from an object at two points of space spaced L and measuring the parallactic displacement of the object, after receiving radiation, two spatially separated images are simultaneously formed, recorded in the receiving plane, and the recorded images are converted to two-gradation, form a difference image by subtracting the two-gradation images, determine the coordinates of the geometric centers of regions p of a difference image having opposite signs, the parallactic displacement of the object is measured by subtracting the coordinates of the geometric centers of the areas of the difference image, and the spherical coordinates of the object are calculated by the formulas
D = + (2)
ζ = x 1c - x 2c
ε = arccos (2a)
β = arccos (2b) where D is the range;
ε is the elevation angle;
β is the azimuth;
x 1c , x 2c - the coordinates in the angular measure of the geometric centers of the areas of the difference image along the axis coinciding with the direction of the diversity of the images in space;
y 1c , y 2c - the coordinates in the angular measure of the geometric centers of the areas of the difference image along the axis perpendicular to the direction of the diversity of images in space.
На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего данный способ, где показаны оптико-механический тракт 1, блок 2 регистрации, совмещенный с приемной плоскостью, блок 3 пороговой обработки, блок 4 вычитания изображений, блок 5 разделения разностного изображения, блок 6 определения параллактического смещения, процессор 8. In FIG. 1 is a block diagram of a device that implements this method, where the optical-
Каждый из двух оптико-механических трактов 1, разнесенных на расстояние L, содержит приемный телескоп с фокусным расстоянием f' и привод, причем привод является общим для обоих оптико-механических трактов, а оптические оси первого и второго оптико-механических трактов параллельны между собой. Each of the two optical-
Оптико-механические тракты формируют в приемных плоскостях два пространственно разнесенных изображения. Optical-mechanical paths form two spatially separated images in the receiving planes.
Каждая из двух приемных плоскостей сопряжена с задней фокальной плоскостью соответствующего оптико-механического тракта 1. В блоках 2 регистрации, совмещенных с приемными плоскостями, регистрируют двумерные изображения об- ластей космического пространства f1(x1,y1), f2(x2, y2), попадающих в поле зрения соответствующего оптико-механического тракта 1. При этом размер изображения космического объекта пропорционален его соответствующему угловому размеру при условии, если этот размер превышает предел углового разрешения оптико-механического тракта. Соответственно расстояние от геометрического центра изображения космического объекта до начала координат пропорционально углу, под которым виден геометрический центp объекта из центра входного зрачка оптико-механического тракта.Each of the two receiving planes is associated with the rear focal plane of the corresponding optical-
Зарегистрированные в блоках 2 регистрации изображения поточечно преобразуют в блоках 3 пороговой обработки в двухградационные изображения по закону:
(xi,yi) = (3) i = 1, 2.The images registered in the
(x i , y i ) = (3) i = 1, 2.
Преобразованные таким образом изображения поступают на блок 4 вычитания изображений, где осуществляется операция пространственного поточечного вычитания
fp(x,y) = (x1,y1)-(x2,y2) (4)
В блоке 5 разделения разностного изображения разностное изображение fр(х, y) разделяют на две области изображения fp1(x, y) и fp2(x, y):
fp1(x,y) =
(5)
fp2(x,y) =
Изображения fp1(x, y), fp2(x, y) поступают на соответствующие блоки 6 определения координат объекта, где определяют координаты геометрических центров областей разностного изображения х1ц, х2ц y1ц, y2ц, имеющих противоположные знаки. В случае оптической обработки координаты геометрических центров определяют, например, с помощью позиционно-чувствительного приемника, в случае электронной обработки координаты определяют по формулам
xiц=
(6)
yiц= где хimin, ximax, yimin, yimax - координаты границ области fpi(x, y).The images thus transformed are sent to the
f p (x, y) = (x 1 , y 1 ) - (x 2 , y 2 ) (4)
In the
f p1 (x, y) =
(5)
f p2 (x, y) =
Images f p1 (x, y), f p2 (x, y) are sent to the
x ic =
(6)
y i = where x imin , x imax , y imin , y imax are the coordinates of the boundaries of the region f pi (x, y).
Для точного соответствия координат xiц и yiц геометрическим центрам областей разностного изображения с противоположными знаками расстояние L (при реализации способа соответствует расстоянию между центрами входных зрачков оптико-механических трактов) должно выбираться из условия
L > (7) где R - максимальный размер лоцируемого объекта;
ωn - угловое поле зрения оптико-механического тракта.For exact correspondence of coordinates x ic and y ic to the geometric centers of the areas of the difference image with opposite signs, the distance L (when implementing the method corresponds to the distance between the centers of the entrance pupils of the optical-mechanical paths) should be selected from the condition
L> (7) where R is the maximum size of the located object;
ω n is the angular field of view of the optical-mechanical tract.
В блоке 7 определения параллактического смещения измеряют параллактическое смещение ζ как разность х1ц - х2ц и выдают величину ζ на процессор 8, куда одновременно поступают значения х1ц, х2ц, y1ц, y2ц для вычисления сферических координат объектов D, ε, β по формулам (2), (2а), (2б).In the
Параллакс звезд и планет при величинах L порядка нескольких метров ζф = 0, следовательно, способ по изобретению позволит на этапе формирования разностного изображения отселектировать изображение звездного фона от изображения, находящегося на конечном расстоянии D объекта.Parallax of stars and planets with L values of the order of several meters ζ f = 0, therefore, the method according to the invention will allow, at the stage of creating a differential image, to select the image of the starry background from the image located at a finite distance D of the object.
Выходной сигнал, снимаемый с приемной плоскости, может быть как оптическим, так и электрическим (при использовании фотоприемника). The output signal recorded from the receiving plane can be either optical or electrical (when using a photodetector).
В случае оптического выходного сигнала "1" в формулах (3), (5) соответствует яркой точке изображения. В случае электрического выходного сигнала "1" соответствует уровню потенциала логической единицы. Очевидно, что формирование электронных изображений fэл может осуществляться последовательным, параллельно-последовательным или параллельным способом, а переход от оптической к электронной обработке информации может быть осуществлен на любой из операций от одновременного формирования двух пространственно разнесенных изображений до определения координат геометрических центров областей разностного изображения, имеющих противоположный знак, что позволяет достичь максимального технически реализуемого быстродействия.In the case of the optical output signal "1" in formulas (3), (5) corresponds to the bright point of the image. In the case of an electrical output signal, “1” corresponds to a potential level of a logical unit. Obviously, the formation of electronic images f el can be carried out in a sequential, parallel-serial or parallel way, and the transition from optical to electronic processing of information can be carried out on any of the operations from the simultaneous formation of two spatially separated images to determine the coordinates of the geometric centers of the areas of the difference image, having the opposite sign, which allows to achieve the maximum technically feasible speed.
Пусть расстояние между осями двух оптико-механических трактов L (см. фиг. 2). АХYZ - прямоугольная система координат, ось Х которой совпадает с направлением разнесения оптико-механических трактов в пространстве, ось Y коллинеарна направлению оптических осей оптико-механических трактов. Координаты геометрических центров изображений в приемной плоскости соответствующих оптико-механических трактов х1ц, х2ц, y1ц, y2ц задают соответственно углы ε1, ε2, φ1, φ2 в пространстве предметов.Let the distance between the axes of the two optical-mechanical paths L (see Fig. 2). AXYZ is a rectangular coordinate system, the X axis of which coincides with the direction of the separation of the optical-mechanical paths in space, the Y axis is collinear to the direction of the optical axes of the optical-mechanical paths. The coordinates of the geometric centers of the images in the receiving plane of the corresponding optical-mechanical paths x 1c , x 2c , y 1c , y 2c set respectively the angles ε 1 , ε 2 , φ 1 , φ 2 in the space of objects.
Оi - центр входного значка i-го оптико-механического тракта.О i is the center of the input icon of the i-th optical-mechanical path.
По теореме синусов из треугольника О1В1О2
= = =
преобразуя, имеем: = = (8) Откуда
R = = (cosε1=cosε2)
Используя формулы
cosα+cosβ = 2coscos
sin(α-β) = 2sincos имеем R = L
Из формулы (8)
R = L
R = L
Из треугольников О1ВВ1 и О2ВВ1
R1= R ; R2= R
Тогда
D = RΣ= = +
Из треугольника АВ1О2 по теореме синусов
=
Тогда
ε = arccos
Из треугольника АВ1В
β = arccos = arccos
Из вышеизложенного следует, что способ по изобретению, в сравнении с прототипом, обладает следующими преиму- ществами: повышенным быстродействием вследствие одновременного приема излучения от объекта в двух разнесенных на расстояние точках пространства, автома- тического поиска и параллельной обработки сформированных изображений вплоть до операции нахождения координат геометрических центров областей разностного изображения; повышенной точностью, так как в способе определяется параллактическое смещение геометрического центра объекта, который при выполнении условия (7) находят автоматически с большой степенью точности; расширенными функциональными возможнос- тями, поскольку способ применим к произвольно перемещающимся лоцируемым объектам и дополнительно определяет угловые сферические координаты лоцируемого объекта.By the theorem of sines from the triangle О 1 В 1 О 2
= = =
transforming, we have: = = (8) Where
R = = (cosε 1 = cosε 2 )
Using formulas
cosα + cosβ = 2cos cos
sin (α-β) = 2sin cos we have R = L
From the formula (8)
R = L
R = L
Of the triangles O 1 BB 1 and O 2 BB 1
R 1 = R ; R 2 = R
Then
D = R Σ = = +
From triangle AB 1 O 2 by the sine theorem
=
Then
ε = arccos
From triangle AB 1 V
β = arccos = arccos
From the above it follows that the method according to the invention, in comparison with the prototype, has the following advantages: increased speed due to the simultaneous reception of radiation from the object at two points of space spaced apart, automatic search and parallel processing of the generated images up to the operation of finding coordinates geometric centers of difference image areas; increased accuracy, since the method determines the parallactic displacement of the geometric center of the object, which, when conditions (7) are fulfilled, is automatically found with a high degree of accuracy; extended functional capabilities, since the method is applicable to randomly moving locatable objects and additionally determines the angular spherical coordinates of the locatable object.
Дополнительно данный способ позволяет определять линейные размеры лоцируемого объекта а и b:
a × b = RR Additionally, this method allows you to determine the linear dimensions of the located object a and b:
a × b = R R
Claims (1)
где L - расстояние между точками приема излучения от объекта;
ζ - параллактическое смещение объекта;
D - дальность;
e - угол места;
b - азимут;
e1,ε2 - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, совпадающей с направлением разнесения изображений в пространстве;
β1,β2 - координаты в угловой мере геометрических центров областей разностного изображения по оси, перпендикулярной к направлению разнесения изображений в пространстве.PARALLACTIC METHOD FOR DETERMINING OBJECT COORDINATES, including receiving radiation from an object at two points of space spaced apart, measuring the parallactic displacement of an object, characterized in that, in order to increase accuracy and speed, two spatially separated images are simultaneously generated after receiving radiation from an object, and they are recorded in the receiving plane, the registered images are converted into two-gradation ones, a differential image is formed by subtraction of the two-gradation images that determine the coordinates of the geometric images, determine the coordinates of the geometric centers differential image areas having opposite signs, measurement parallactic displacement of the object is performed by subtracting the coordinates of the geometric center of the area of the difference image, and the spherical coordinates of the object calculated by the formulas
where L is the distance between the points of reception of radiation from the object;
ζ is the parallactic displacement of the object;
D is the range;
e is the elevation angle;
b is the azimuth;
e 1 , ε 2 - the coordinates in the angular measure of the geometric centers of the areas of the difference image along the axis coinciding with the direction of the diversity of images in space;
β 1 , β 2 are the coordinates in the angular measure of the geometric centers of the areas of the difference image along the axis perpendicular to the direction of the diversity of the images in space.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3086207 RU2027144C1 (en) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | Parallax method of measuring coordinates of object |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU3086207 RU2027144C1 (en) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | Parallax method of measuring coordinates of object |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2027144C1 true RU2027144C1 (en) | 1995-01-20 |
Family
ID=20928433
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU3086207 RU2027144C1 (en) | 1984-04-02 | 1984-04-02 | Parallax method of measuring coordinates of object |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2027144C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498336C1 (en) * | 2012-03-13 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") | Method of selecting multiple objects according to range |
RU2531433C1 (en) * | 2013-07-16 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method to determine parameters of space object orbit |
RU2682382C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Observers in the passive vision system coordinate systems orientation method |
-
1984
- 1984-04-02 RU SU3086207 patent/RU2027144C1/en active
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
1. Василенко Г.И. Голографическое опознавание образов. М.: Советское радио, 1977, рис.4.21, с.282-283. * |
2. Шибанов Г.П. Распознавание в системах автоконтроля. М.: Машиностроение, 1973, с.176-188. * |
3. Казаков С.А. Курс сферической астрономии. М.-Л., ОНТИ, 1935, с.102-105. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2498336C1 (en) * | 2012-03-13 | 2013-11-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ им. академ. Е.И. Забабахина") | Method of selecting multiple objects according to range |
RU2531433C1 (en) * | 2013-07-16 | 2014-10-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш) | Method to determine parameters of space object orbit |
RU2682382C1 (en) * | 2018-04-02 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет" | Observers in the passive vision system coordinate systems orientation method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Sergiyenko | Optoelectronic system for mobile robot navigation | |
EP0607303A1 (en) | Method and system for point by point measurement of spatial coordinates. | |
EP2805180A1 (en) | Laser tracker with functionality for graphical target preparation | |
CN108195305B (en) | Binocular detection system and depth detection method thereof | |
Tilch et al. | Current investigations at the ETH Zurich in optical indoor positioning | |
EP3195076B1 (en) | System and method for selecting an operation mode of a mobile platform | |
Beraldin et al. | Performance evaluation of three active vision systems built at the national research council of canada | |
US4973156A (en) | Linear direction sensor cameras for position measurement | |
El-Hakim et al. | Integration of range and intensity data to improve vision-based three-dimensional measurements | |
RU2027144C1 (en) | Parallax method of measuring coordinates of object | |
Zhang et al. | Freight train gauge-exceeding detection based on three-dimensional stereo vision measurement | |
AU690230B2 (en) | Optical range and speed detection system | |
RU2626017C1 (en) | Method of navigating mobile object | |
CN115049784A (en) | Three-dimensional velocity field reconstruction method based on binocular particle image | |
RU2734070C9 (en) | Method of measuring spatial distance between small objects | |
Blais et al. | Compact three-dimensional camera for robot and vehicle guidance | |
Bruckstein et al. | New devices for 3d pose estimation: Mantis eyes, agam paintings, sundials, and other space fiducials | |
CN112683198A (en) | Three-degree-of-freedom angle photoelectric measuring device and measuring method thereof | |
KR100401478B1 (en) | The imaging system using off-axis incident beam | |
JPH03113305A (en) | Three-dimensional coordinate measuring instrument | |
CN110806572A (en) | Long-focus laser three-dimensional imager distortion testing device and method based on angle measurement method | |
RU2081435C1 (en) | Method of selection of object against distant background | |
US20230236083A1 (en) | Apparatus and methods for inspecting objects and structures with large surfaces | |
Skulimowski et al. | Verification of visual odometry algorithms with an OpenGL-based software tool | |
Giancola et al. | 3D shape acquisition |