RU2219494C2 - Device to transfer course from one horizon to another - Google Patents

Device to transfer course from one horizon to another Download PDF

Info

Publication number
RU2219494C2
RU2219494C2 RU2002101252A RU2002101252A RU2219494C2 RU 2219494 C2 RU2219494 C2 RU 2219494C2 RU 2002101252 A RU2002101252 A RU 2002101252A RU 2002101252 A RU2002101252 A RU 2002101252A RU 2219494 C2 RU2219494 C2 RU 2219494C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
lens
optical axis
receiver
transmitter
matrix
Prior art date
Application number
RU2002101252A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002101252A (en
Inventor
С.П. Буюкян
Г.Е. Рязанцев
Л.С. Соломонов
Л.П. Каменский
Ю.В. Ленский
В.И. Цветков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный специализированный проектный институт"
Priority to RU2002101252A priority Critical patent/RU2219494C2/en
Publication of RU2002101252A publication Critical patent/RU2002101252A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2219494C2 publication Critical patent/RU2219494C2/en

Links

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, geodetic instrumentation, taking measurements coupled to transfer of horizontal course, for instance, from ground surface to mine workings or inside structures. SUBSTANCE: device includes course transmitter and receiver optically coupled and installed at different horizons. Course transmitter comes in the form of TV camera incorporating two CCD matrixes, two matrixes of light sources, right-angle prism with two external side reflection faces and two light-splitting cubes-prisms. Right-angle prism is put on optical axis of TV camera and its vertex faces lens. Light splitting cube-prism is placed in symmetry with optical axis of lens, CCD matrix and matrix of light sources are mounted on adjacent faces of each, in focal planes of lens. Course receiver comes in the form of right-angle prism with two internal side reflection faces put on optical axis of lens and its vertex is oriented to opposite side of lens. EFFECT: raised measurement precision, simplicity of manufacture, potential to measure angle between course transmitter and receiver in unspecified direction. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к геодезическому приборостроению, и может быть использовано для измерений, связанных с передачей горизонтального направления, например с поверхности земли в горные выработки или внутрь сооружений. The invention relates to measuring equipment, in particular to geodetic instrumentation, and can be used for measurements associated with the transmission of a horizontal direction, for example, from the surface of the earth to mine workings or into structures.

Известны устройства для передачи направления с одного горизонта на другой, содержащие передатчик направления, установленный на одном горизонте, и оптически связанный с ним приемник направления, установленный на другом горизонте. Передатчик направления снабжен зрительной трубой (теодолитом) с вертикальной осью вращения, а приемник направления - рейкой со штрихами или светящимися сигнальными щелями. Искомое направление отсчитывается в виде угла между визирной осью зрительной трубы (теодолита) и продольной осью рейки [1] . Эти устройства характеризуются невысокой точностью и не отвечают требованиям автоматизации измерений. Known devices for transmitting directions from one horizon to another, containing a direction transmitter mounted on one horizon, and an optically coupled direction receiver mounted on another horizon. The direction transmitter is equipped with a telescope (theodolite) with a vertical axis of rotation, and the direction receiver is equipped with a staff rail with strokes or luminous signal slots. The desired direction is counted in the form of the angle between the sighting axis of the telescope (theodolite) and the longitudinal axis of the rod [1]. These devices are characterized by low accuracy and do not meet the requirements of measurement automation.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности признаков (прототипом) является устройство передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой, содержащее зрительную трубу с закрепленной на ней телекамерой с ПЗС-матрицей, установленные на одном горизонте, и матрицу источников света, установленную на другом горизонте [2]. Искомый угол измеряется путем компьютерной обработки изображения матрицы источников, содержащегося в выходном телевизионном сигнале телекамеры. Измерения основаны на том, что при взаимном вращении вокруг вертикальной оси передатчика и приемника направления изображение матрицы источников света в телевизионном кадре вращается на пропорциональный угол. The closest to the claimed invention in terms of features (prototype) is a device for transmitting a horizontal direction from one horizon to another, containing a telescope mounted on it with a CCD camera mounted on one horizon, and a matrix of light sources mounted on another horizon [ 2]. The desired angle is measured by computer processing the image of the source matrix contained in the output television signal of the camera. The measurements are based on the fact that during mutual rotation around the vertical axis of the transmitter and the receiver, the image of the matrix of light sources in the television frame rotates at a proportional angle.

Прототип обладает недостатками:
- приемник и передатчик направления, установленные на разных горизонтах, требуют источника электропитания (соответственно для телекамеры и матрицы источников света), что создает определенные неудобства;
- измерение искомого угла осуществляется без признака контроля надежности измерений;
- изображение матрицы источников света передается на объектив телекамеры в расходящихся лучах света, ввиду чего при работе на разных горизонтах необходима перефокусировка объектива, что понижает точность измерений.
The prototype has disadvantages:
- the receiver and direction transmitter, installed at different horizons, require a power source (respectively for a camera and a matrix of light sources), which creates certain inconveniences;
- the measurement of the desired angle is carried out without a sign of monitoring the reliability of the measurements;
- the image of the matrix of light sources is transmitted to the camera lens in diverging beams of light, which is why when working at different horizons, re-focusing the lens is necessary, which reduces the measurement accuracy.

Задача, решаемая настоящим изобретением, состоит в устранении этих недостатков путем введения в схему передатчика направления двух равноточных каналов измерений и использования в качестве приемника направления оптического узла, не требующего электропитания. The problem solved by the present invention is to eliminate these drawbacks by introducing into the transmitter circuit the directions of two equally accurate measurement channels and using the direction of an optical unit that does not require power supply as a receiver.

Для решения этой задачи в предлагаемом устройстве, содержащем оптически связанные и установленные на разных горизонтах передатчик и приемник направления, телекамеру с ПЗС-матрицей и матрицу источников света, в соответствии с изобретением и в отличие от прототипа передатчик направления выполнен в виде телекамеры, содержащей две ПЗС-матрицы, две матрицы источников света, прямоугольную призму с двумя внешними боковыми отражающими гранями и две светоделительные куб-призмы, при этом прямоугольная призма установлена на оптической оси объектива телекамеры с вершиной, ориентированной в сторону объектива, светоделительные куб-призмы установлены симметрично относительно оптической оси объектива, на смежных гранях каждой из них в фокальных плоскостях объектива установлены ПЗС-матрица и матрица источников света, а приемник направления выполнен в виде прямоугольной призмы с двумя внутренними боковыми отражающими гранями, установленной на оптической оси объектива с вершиной, ориентированной в противоположную сторону от объектива. To solve this problem, in the proposed device, containing an optically coupled and installed at different horizons transmitter and receiver directions, a camera with a CCD matrix and a matrix of light sources, in accordance with the invention and in contrast to the prototype, the transmitter direction is made in the form of a camera containing two CCD -matrices, two matrices of light sources, a rectangular prism with two external lateral reflective faces and two beam-splitting cube-prisms, with a rectangular prism mounted on the optical axis of the object of the camera with the vertex oriented toward the lens, the beam-splitting cube-prisms are mounted symmetrically relative to the optical axis of the lens, on the adjacent faces of each of them in the focal planes of the lens, a CCD matrix and a matrix of light sources are installed, and the direction receiver is made in the form of a rectangular prism with two internal lateral reflective faces mounted on the optical axis of the lens with a vertex oriented in the opposite direction from the lens.

В результате создаются два параллельных, равноточных канала измерений, ввиду чего устройство приобретает следующие новые признаки:
- повышается точность измерений ввиду того, что результат измерений вычисляется как среднее значение результатов измерений в каждом канале;
- повышается точность измерений ввиду того, что при повороте приемника относительно передатчика на некоторый угол соответствующие изображения в видеокадрах поворачиваются на двойной угол;
- приемник направления (прямоугольная призма с внутренними отражающими гранями) не требует электропитания, что улучшает эксплуатационные свойства устройства;
- алгебраическая сумма результатов измерений в двух каналах служит признаком надежности измерений (служит "контрольной суммой" устройства);
- передача направления от передатчика к приемнику ведется в параллельных лучах света, ввиду чего при изменении расстояния между ними не требуется перефокусировка объектива телекамеры.
As a result, two parallel, equal-current measurement channels are created, as a result of which the device acquires the following new features:
- increases the accuracy of the measurements due to the fact that the measurement result is calculated as the average value of the measurement results in each channel;
- the measurement accuracy is increased due to the fact that when the receiver is turned relative to the transmitter by a certain angle, the corresponding images in the video frames are rotated by a double angle;
- the directional receiver (a rectangular prism with internal reflective faces) does not require power supply, which improves the operational properties of the device;
- the algebraic sum of the measurement results in two channels is a sign of measurement reliability (serves as a “checksum” of the device);
- the direction is transmitted from the transmitter to the receiver in parallel beams of light, so that when changing the distance between them, re-focusing of the camera lens is not required.

Изобретение поясняется чертежом, на котором изображены: передатчик направления, выполненный в виде телекамеры 1, в которую введены две ПЗС-матрицы 2, две матрицы источников света 3, две светоделительные куб-призмы 4 и прямоугольная призма 5, объектив 6 и приемник направления, выполненный в виде прямоугольной призмы 7. The invention is illustrated by the drawing, which shows: the direction transmitter, made in the form of a camera 1, into which two CCD arrays 2, two light source arrays 3, two beam-splitting cube prisms 4 and a rectangular prism 5, a lens 6 and a direction receiver, made in the form of a rectangular prism 7.

Оптическая ось О-О телекамеры 1 установлена вертикально. Куб-призмы 4 установлены симметрично относительно этой оси. На смежных гранях этих призм в фокальных плоскостях объектива 6 закреплены ПЗС-матрицы 2 и матрицы источников света 3. Основание прямоугольной призмы 5, установлено перпендикулярно оптической оси O-O телекамеры, проходящей через ее вершину, обращенную в сторону объектива 6. Основание прямоугольной призмы 7 перпендикулярно оптической оси O-O телекамеры, проходящей через ее вершину, обращенную в противоположную сторону от объектива 6. В результате изображения матриц источников света 3 объективом 6 передаются на призму 7, отражаются от нее и возвращаются на объектив 6 в параллельных лучах света, ввиду чего при изменении расстояния между передатчиком и приемником направления не требуется перефокусировка объектива 6. Видеосигналы телекамеры 1 с ее выходов Вых.1 и Вых. 2 передаются в компьютер, не показанный на чертеже, для последующей их обработки. The optical axis O-O of the camera 1 is mounted vertically. Cube prisms 4 are mounted symmetrically about this axis. On the adjacent faces of these prisms in the focal planes of lens 6, CCD matrices 2 and light source matrices 3 are fixed. The base of the rectangular prism 5 is mounted perpendicular to the optical axis OO of the camera passing through its apex facing the lens 6. The base of the rectangular prism 7 is perpendicular to the optical axis OO of the camera passing through its apex, facing in the opposite direction from the lens 6. As a result of the image of the matrix of light sources 3 by the lens 6 are transmitted to the prism 7, reflected from it and returned They are attached to the lens 6 in parallel beams of light, which is why when changing the distance between the transmitter and the direction receiver, refocusing of the lens 6 is not required. Video signals of the camera 1 from its outputs Output 1 and Output. 2 are transmitted to a computer, not shown in the drawing, for subsequent processing.

Устройство работает следующим образом. Изображения матриц источников света 3 с помощью светоделительных куб-призм 4, прямоугольной призмы 5 и объектива 6 в параллельных лучах света передаются на призму 7, отражаются от нее и с помощью того же объектива 6, той же призмы 5 и тех же светоделительных куб-призм 4 проецируются на ПЗС-матрицы 2. В результате на двух выходах Вых. 1 и Вых.2 телекамеры 1 формируются видеосигналы, содержащие изображения матриц источников света в видеокадрах. При взаимных поворотах передатчика и приемника направления на некоторый угол вокруг оптической оси O-O телекамеры 1 эти изображения в видеокадрах вращаются на двойной угол, что и служит основанием для выполнения измерений. The device operates as follows. Images of light source matrices 3 using beam-splitting cube prisms 4, a rectangular prism 5 and lens 6 in parallel light beams are transmitted to a prism 7, reflected from it and using the same lens 6, the same prism 5 and the same beam-splitting cube prisms 4 are projected onto the CCDs 2. As a result, the two outputs of the Out. 1 and Vykh.2 cameras 1 are formed video signals containing images of matrices of light sources in video frames. When the transmitter and the receiver rotate by a certain angle around the optical axis O-O of the camera 1, these images in the video frames rotate at a double angle, which serves as the basis for the measurements.

Путем обработки видеосигналов в компьютере в каждом канале измерений вычисляется угол поворота изображения матрицы источников света в видеокадре относительно исходного его положения. По результатам этих вычислений определяется искомый горизонтальный угол между передатчиком и приемником направления как среднее значение углов, вычисленных в обоих каналах измерений. В результате заданное направление с верхнего горизонта, заданное нормалью к боковой грани призмы 5, передается на нижний горизонт - на нормаль к боковой грани 7 - путем суммирования заданного направления с вычисленным углом поворота между передатчиком и приемником направлений. By processing the video signals in the computer in each measurement channel, the angle of rotation of the image of the matrix of light sources in the video frame relative to its initial position is calculated. Based on the results of these calculations, the desired horizontal angle between the transmitter and the direction receiver is determined as the average value of the angles calculated in both measurement channels. As a result, a predetermined direction from the upper horizon, specified by the normal to the side face of the prism 5, is transmitted to the lower horizon — normal to the side face of the prism 7 — by summing the specified direction with the calculated rotation angle between the transmitter and the direction receiver.

Характерной особенностью устройства служит то, что, если ПЗС-матрицу 2 и матрицу источников света 3 на одной из куб-призм 4 поменять местами, то соответствующие изображения в каналах измерений будут вращаться не в одну, а в разные стороны. A characteristic feature of the device is that if the CCD matrix 2 and the matrix of light sources 3 on one of the cube prisms 4 are interchanged, then the corresponding images in the measurement channels will not rotate in one direction, but in different directions.

Результаты экспериментальных исследований показали возможность измерения горизонтального угла между передатчиком и приемником направления с погрешностью порядка 1 угл.сек. The results of experimental studies showed the possibility of measuring the horizontal angle between the transmitter and the receiver of the direction with an error of the order of 1 arcsec.

С помощью предлагаемого устройства можно измерять взаимный угол поворота между передатчиком и приемником направления не только в вертикальном, но и в произвольных направлениях. Using the proposed device, you can measure the mutual angle of rotation between the transmitter and the receiver of the direction, not only in the vertical, but also in arbitrary directions.

Источники информации
1. Гусев Н.Ф. Маркшейдерско-геодезические приборы и инструментоведение. - М.: Углетехиздат, 1958, с. 452.
Sources of information
1. Gusev N.F. Mine surveying and geodetic instruments and instrumentation. - M .: Ugletekhizdat, 1958, p. 452.

2. Патент РФ 2152591 от 14.10.1992. Устройство передачи горизонтального направления с одного горизонта на другой (прототип). 2. RF patent 2152591 from 10/14/1992. A device for transmitting a horizontal direction from one horizon to another (prototype).

Claims (1)

Устройство для передачи направления с одного горизонта на другой, содержащее оптически связанные и установленные на разных горизонтах передатчик и приемник направления, отличающееся тем, что передатчик направления выполнен в виде телекамеры, содержащей две ПЗС-матрицы, две матрицы источников света, прямоугольную призму с двумя внешними боковыми отражающими гранями и две светоделительные куб-призмы, при этом прямоугольная призма установлена на оптической оси объектива телекамеры с вершиной, ориентированной в сторону объектива, светоделительные куб-призмы установлены симметрично относительно оптической оси объектива, на смежных гранях каждой из них в фокальных плоскостях объектива установлены ПЗС-матрица и матрица источников света, а приемник направления выполнен в виде прямоугольной призмы с двумя внутренними боковыми отражающими гранями, установленной на оптической оси объектива с вершиной, ориентированной в противоположную сторону от объектива.A device for transmitting directions from one horizon to another, containing a direction transmitter and receiver optically coupled and installed at different horizons, characterized in that the direction transmitter is made in the form of a television camera containing two CCD arrays, two arrays of light sources, a rectangular prism with two external side reflective faces and two beam-splitting cube-prisms, with a rectangular prism mounted on the optical axis of the camera lens with a vertex oriented toward the lens, LEDs The natural cube prisms are mounted symmetrically relative to the optical axis of the lens, on the adjacent faces of each of them in the focal planes of the lens, a CCD matrix and a matrix of light sources are installed, and the directional receiver is made in the form of a rectangular prism with two internal lateral reflective faces mounted on the optical axis of the lens with a vertex oriented in the opposite direction from the lens.
RU2002101252A 2002-01-08 2002-01-08 Device to transfer course from one horizon to another RU2219494C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002101252A RU2219494C2 (en) 2002-01-08 2002-01-08 Device to transfer course from one horizon to another

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002101252A RU2219494C2 (en) 2002-01-08 2002-01-08 Device to transfer course from one horizon to another

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002101252A RU2002101252A (en) 2003-09-27
RU2219494C2 true RU2219494C2 (en) 2003-12-20

Family

ID=32065860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002101252A RU2219494C2 (en) 2002-01-08 2002-01-08 Device to transfer course from one horizon to another

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2219494C2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454651C1 (en) * 2011-02-25 2012-06-27 Государственное учреждение "Высокогорный геофизический институт" Method for remote determination of thickness of snow cover in avalanche sites

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10126426B2 (en) Multi-clad fiber-based light detection and ranging sensor
CN105021211B (en) A kind of attitude test device and method based on autocollimator
EP0666975B1 (en) Coincidence sensor for optical rangefinders
AU2003229660B2 (en) Electronic display and control device for a measuring device
US7078720B2 (en) Range finder for measuring three-dimensional geometry of object and method thereof
CN106680917A (en) Complex prism for functional telescope and binocular telescope optical system thereof
CN104748720B (en) Space angle-measuring equipment and angle-measuring method
CN107037442A (en) Light wave distance measuring system
CN101581580B (en) Spatial digitalized method and spatial digitalized device for land measurement
RU2635336C2 (en) Method of calibrating optical-electronic device and device for its implementation
RU2219494C2 (en) Device to transfer course from one horizon to another
CN108318887A (en) Laser assisted binocular range-measurement system
RU90192U1 (en) ELECTRON-OPTICAL RANGE FOR MEASURING DISTANCES TO AN OBJECT CLOSED FROM AN OBSERVER BY A OPTICAL OBSTACLE
RU2204116C2 (en) Device transmitting horizontal direction from one level to another level
JPS61281914A (en) Survey device
CN207881654U (en) A kind of light channel structure of the photoelectric auto-collimator equipped with laser sight
RU2478185C1 (en) Apparatus for determining spatial orientation of objects
RU2189065C2 (en) Observation and sighting device
RU2152591C1 (en) Device transmitting horizontal direction from one horizon to another
CN109737886B (en) Array photoelectric system for measuring deformation of reflecting surface connecting point of main antenna of radio telescope
RU2174216C1 (en) Facility to transmit horizontal direction from one horizon to another horizon
RU2174215C1 (en) Device transmitting horizontal direction from one horizon to another horizon
CN107314754A (en) A kind of azimuth transmission method and device
SU422951A1 (en) DEVICE FOR FOREST TAXATION P TV f ^ mn ^: 'пп?: Ртпйч ^ -У ^ Хч у .'wus-r \ иО
SU1753273A1 (en) Device for determining coordinates of object

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100109