RU2331919C2 - Projector encoding - Google Patents

Projector encoding Download PDF

Info

Publication number
RU2331919C2
RU2331919C2 RU2006108969/09A RU2006108969A RU2331919C2 RU 2331919 C2 RU2331919 C2 RU 2331919C2 RU 2006108969/09 A RU2006108969/09 A RU 2006108969/09A RU 2006108969 A RU2006108969 A RU 2006108969A RU 2331919 C2 RU2331919 C2 RU 2331919C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
projector
coordinates
rays
point
space
Prior art date
Application number
RU2006108969/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006108969A (en
Inventor
Алексей Евгеньевич Субботин (RU)
Алексей Евгеньевич Субботин
Original Assignee
Алексей Евгеньевич Субботин
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 Алексей Евгеньевич Субботин filed Critical Алексей Евгеньевич Субботин
Priority to RU2006108969/09A priority Critical patent/RU2331919C2/en
Publication of RU2006108969A publication Critical patent/RU2006108969A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2331919C2 publication Critical patent/RU2331919C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: projection camera projects array of spot electromagnetic rays to the measured spatial region. Each of these rays contains information that identifies uniquely this ray and is expressed in the form of code and is connected functionally with equation of line of this ray movement. These rays are fixed with the reading device in such spatial region where they can be uniquely identified using codes containing in these rays. Thereby, if the codes of at least two different rays will be registered in the N point belonging to defined zone, than the coordinates of the N point respectively chosen system of coordinates are found as an answer to the set of equations of line. However, performance of reading devices is synchronised.
EFFECT: digitalisation of the objects surface points in one working cycle.
4 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.

1. Оцифровывание 3-мерных объектов.1. Digitization of 3-dimensional objects.

2. Позиционирование.2. Positioning.

Уровень техники.The level of technology.

Это изобретение предназначено для оцифровывания точек в пространстве. Оно может использоваться для оцифровки объектов с целью создания их компьютерных моделей, для позиционирования каких либо исполнительных устройств без использования сложной прецизионной механики или для решения других задач, требующих однозначной идентификации точек в пространстве.This invention is intended to digitize points in space. It can be used to digitize objects in order to create their computer models, to position any actuators without the use of sophisticated precision mechanics, or to solve other problems requiring unambiguous identification of points in space.

В настоящее время оцифровывание точек в пространстве сводится к нахождению их координат. Для этого применяют множество устройств, которые можно разделить по принципу работы на несколько групп. К первой группе относятся оптические теодолиты и нивелиры. Для нахождения координат точки они используют принцип двух пересекающихся прямых. Вторая группа - это механические сканеры: от маленьких дигитайзеров до больших координатных машин. Третья группа использует для нахождения координат точки локационный метод, т.е. измерение времени прохождения волны до измеряемой точки. К этой группе относятся тахеометры, лазерные, электромагнитные, ультразвуковые сканеры и появившиеся недавно датчики фирмы Canesta (патент №6323942). Четвертая группа использует принцип математического анализа искажения специального изображения, спроецированного на объект. К этой группе относятся проекционные сканеры. Пятая группа основана на фотограмметрии, науке по определению форм, размеров и положения объектов по их фотографическим изображениям.Currently, the digitization of points in space is reduced to finding their coordinates. For this, many devices are used, which can be divided into several groups according to the principle of operation. The first group includes optical theodolites and levels. To find the coordinates of a point, they use the principle of two intersecting lines. The second group is mechanical scanners: from small digitizers to large coordinate machines. The third group uses the location method to find the coordinates of the point, i.e. measuring the time it takes for a wave to reach a measured point. This group includes total stations, laser, electromagnetic, ultrasound scanners and recently appeared sensors from Canesta (patent No. 6323942). The fourth group uses the principle of mathematical analysis of distortion of a special image projected onto an object. This group includes projection scanners. The fifth group is based on photogrammetry, the science of determining the shape, size and position of objects from their photographic images.

В данном способе предлагается оцифровывать точки в пространстве с помощью массива узконаправленных лучей, каждый из которых содержит информацию, однозначно идентифицирующую этот луч. Благодаря этому система, состоящая из электронно-оптического считывающего прибора (в дальнейшем считывающего прибора) и вычислительного устройства, может идентифицировать каждую точку в пространстве там, где лучи пересеклись. Хотя область применения данного способа может оказаться гораздо шире, чем просто определение координат точек в пространстве, в дальнейшем, именно решение этой задачи будет рассмотрено в описании изобретения.This method proposes to digitize points in space using an array of narrowly directed rays, each of which contains information that uniquely identifies this ray. Thanks to this, a system consisting of an electron-optical reader (hereinafter referred to as a reader) and a computing device can identify each point in space where the rays intersect. Although the scope of this method can be much wider than just determining the coordinates of points in space, in the future, it is the solution to this problem that will be considered in the description of the invention.

По совокупности существенных признаков наиболее близким из перечисленных аналогов является способ, применяемый в проекционном 3D сканировании. При использовании этого способа на оцифровываемый объект проецируется специальное изображение, которое регистрируется фото- или видеокамерой. По степени искажения этого изображения программа компьютера вычисляет координаты точек поверхности объекта. В качестве проецируемого изображения используют прямые контрастные полосы. Если фото- или видеокамера расположена под углом к проектору, то на ее матрице регистрируется выделенный этой полосой узкий участок поверхности объекта, являющийся, по сути, готовым сплайном для компьютерной 3D модели. Поворачивая объект вокруг своей оси с некоторым заданным шагом и фиксируя каждый раз все новые изображения проекции, получают множество таких сплайнов, из которых программа трехмерного моделирования создает компьютерную модель объекта. Это не единственный способ, применяемый в проекционном сканировании. Другим вариантом является проецирование полосы, состоящей из двух близко расположенных полосок разного цвета. Здесь также анализируется искажение проекции. На этот раз фиксируются изменения не формы, а цвета на границе этих двух полосок. Это связанно с зависимостью резко получаемого изображения полоски на матрице фото- или видеокамеры от расстояния между объективом и поверхностью объекта. Программа компьютера учитывает характер размытости и вычисляет вероятные координаты точек поверхности объекта.By the combination of essential features, the closest of the listed analogues is the method used in projection 3D scanning. When using this method, a special image is projected onto the digitized object, which is recorded by a photo or video camera. According to the degree of distortion of this image, the computer program calculates the coordinates of the points on the surface of the object. As the projected image using direct contrast stripes. If the camera or video camera is located at an angle to the projector, then a narrow section of the object’s surface highlighted by this strip is recorded on its matrix, which is, in fact, a ready-made spline for a 3D computer model. By turning the object around its axis with a certain given step and fixing every time all new projection images, they get many such splines from which the 3D modeling program creates a computer model of the object. This is not the only method used in projection scanning. Another option is to project a strip consisting of two closely spaced stripes of different colors. It also analyzes projection distortion. This time, changes are not recorded in form, but in color at the border of these two stripes. This is due to the dependence of the sharply received image of the strip on the matrix of the photo or video camera on the distance between the lens and the surface of the object. The computer program takes into account the nature of the blur and calculates the probable coordinates of the points on the surface of the object.

Идея дистанционной маркировки точек в пространстве с помощью проецирования кодированных лучей, заложенная в этом изобретении, позволяет реализовать оцифровывание всей области пространства или объекта за один рабочий цикл.The idea of remote marking of points in space using the projection of coded rays, embodied in this invention, allows for the digitization of the entire region of space or an object in one working cycle.

Раскрытие изобретения.Disclosure of the invention.

Раскрытие изобретения показано на примере нахождения координат точек в пространстве. Для этого в измеряемую область пространства проецируют при помощи цифрового проекционного аппарата (в дальнейшем проектора) узконаправленные электромагнитные лучи. Каждый пиксель матрицы проектора является маленьким источником луча света. Пусть известны настройки объектива проектора и его ориентация в пространстве относительно выбранной системы координат, а именно направляющий вектор оптической оси и угол поворота проектора вокруг этой оси. Тогда координаты направляющего вектора прямой, вдоль которой распространяется такой луч, будут являться функциями координат пикселя на матрице:The disclosure of the invention is shown by the example of finding the coordinates of points in space. To do this, narrowly directed electromagnetic rays are projected into the measured area of space using a digital projection apparatus (hereinafter the projector). Each pixel of the projector matrix is a small source of a ray of light. Let the settings of the projector lens and its orientation in space relative to the selected coordinate system be known, namely, the directing vector of the optical axis and the angle of rotation of the projector around this axis. Then the coordinates of the directing vector of the line along which such a beam propagates will be functions of the coordinates of the pixel on the matrix:

l=l(i, j);l = l (i, j);

m=m(i, j);m is m (i, j);

n=n(i, j).n = n (i, j).

Зная эти функции, координаты проектора и координаты пикселя (i, j), можно написать уравнение прямой, вдоль которой распространяется луч, излучаемый этим пикселем.Knowing these functions, the coordinates of the projector and the coordinates of the pixel (i, j), we can write the equation of the line along which the beam emitted by this pixel propagates.

Figure 00000001
Figure 00000001

Хп, Yп, Zn - координаты проектора;Xn, Yn, Zn are the coordinates of the projector;

t - переменный параметр.t is a variable parameter.

Для решения поставленной цели информация о координатах (i, j) пикселя на матрице проектора представляется в двоичном коде и излучается в пространство этим же пикселем в виде серии импульсов. Логическая единица должна соответствовать одним характеристикам излучения пикселя, логический ноль другим. Для описания принципа работы системы не имеет значения, каким будет это различие, важно, чтобы оно могло быть зарегистрировано считывающим прибором. Длина серии зависит от числа пикселей в матрице. Для кодирования миллиона пикселей достаточно длины серии, равной 20-и разрядам. Таким образом, весь код можно передать последовательным проецированием 20-и кадров (см. Фиг.1). В верхней части показана матрица проектора и два произвольных пикселя. Один, с координатами на матрице p1 (731, 801), другой с координатами р2 (101, 217), а так же коды, излучаемые этими пикселями. Первые 10 бит кода составляет значение J-ой координаты пикселя на матрице проектора в двоичной форме, вторые 10 бит - это значение I-ой координаты пикселя на матрице. В нижней части схематично изображены состояния этих двух пикселей на матрице в первых 4-х и последних 4-х кадрах из 20-и. Благодаря объективу излучение каждого пикселя имеет вид узконаправленного, сходящегося в точке фокусировки луча. В зоне пространства, где лучи от соседних пикселей не смешиваются друг с другом, они могут быть зарегистрированы считывающими приборами и идентифицированы по своим кодам. Считывание может происходить как непосредственно в зоне, куда производится проецирование, так и на расстоянии, в случае отражения лучей от какой либо поверхности. Зная координаты проектора и функции l(i, j), m(i, j), n(i, j), можно найти уравнение прямой для каждого идентифицированного таким образом луча. Для определения координат точки необходимо, чтобы в ней пересекались два луча. Для этого нужен второй проектор, координаты которого не должны совпадать с координатами первого проектора (см. Фиг.2). Если в области пересечения лучей в точке N окажется поверхность некоторого объекта, то считывающий прибор зарегистрирует в этой точке два отраженных электромагнитных луча и, соответственно, два кода (в дальнейшем интегрированный код). Коды не должны смешиваться друг с другом. Технически этого можно достичь несколькими способами. Пусть, для определенности, коды передаются последовательно, сначала одним проектором, затем другим. Длина интегрированного кода в случае использования в проекторах матриц по миллиону пикселей будет равна 40 разрядам. Получив интегрированный код, программа вычислительного устройства рассчитает координаты точки, решая систему уравнений двух пересекающихся прямых: первой, проходящей вдоль луча от Lij-го пикселя матрицы первого проектора, второй, проходящей вдоль луча от Mij-го пикселя матрицы второго проектора. Сам процесс вычисления координат точки базируется на законах геометрии. Они гласят, что если заданы уравнения двух пересекающихся в одной точке прямых, то можно вычислить координаты этой точки (см. Фиг.3).To solve this problem, information about the coordinates (i, j) of a pixel on the projector matrix is presented in binary code and radiated into space by the same pixel as a series of pulses. A logical unit must correspond to one characteristic of the pixel radiation, a logical zero to another. To describe the principle of operation of the system, it does not matter what this difference will be, it is important that it can be registered with a reader. The length of the series depends on the number of pixels in the matrix. For coding a million pixels, a series length of 20 bits is sufficient. Thus, the entire code can be transmitted by sequential projection of 20 frames (see Figure 1). The upper part shows the projector matrix and two arbitrary pixels. One, with coordinates on the matrix p 1 (731, 801), the other with coordinates p 2 (101, 217), as well as the codes emitted by these pixels. The first 10 bits of the code are the value of the Jth pixel coordinate on the projector matrix in binary form, the second 10 bits is the value of the Ith pixel coordinate on the matrix. The lower part schematically shows the states of these two pixels on the matrix in the first 4 and last 4 frames out of 20. Thanks to the lens, the radiation of each pixel has the form of a narrow beam converging at the focal point of the beam. In a zone of space where rays from neighboring pixels do not mix with each other, they can be registered with reading devices and identified by their codes. Reading can occur both directly in the area where the projection is performed, and at a distance, in the case of reflection of rays from any surface. Knowing the coordinates of the projector and the functions l (i, j), m (i, j), n (i, j), we can find the equation of the line for each ray identified in this way. To determine the coordinates of a point, it is necessary that two beams intersect in it. To do this, you need a second projector, the coordinates of which must not coincide with the coordinates of the first projector (see Figure 2). If the surface of a certain object appears in the region of intersection of rays at the point N, then the reader will register at this point two reflected electromagnetic rays and, accordingly, two codes (hereinafter the integrated code). Codes should not be mixed with each other. Technically, this can be achieved in several ways. Let, for definiteness, codes be transmitted sequentially, first with one projector, then with another. The length of the integrated code, if a million pixels are used in projectors, will be 40 bits. Having received the integrated code, the program of the computing device will calculate the coordinates of the point by solving the system of equations of two intersecting straight lines: the first, passing along the beam from the Lijth pixel of the matrix of the first projector, the second, passing along the beam from the Mijth pixel of the matrix of the second projector. The process of calculating the coordinates of a point is based on the laws of geometry. They say that if the equations of two lines intersecting at one point are given, then the coordinates of this point can be calculated (see Figure 3).

Figure 00000002
Figure 00000002

XA, YA, ZA - координаты точки А (1-го проектора), принадлежащей прямой AN;X A , Y A , Z A - coordinates of point A (1st projector) belonging to the line AN;

lA, mA, nA - координаты направляющего вектора прямой AN;l A , m A , n A - coordinates of the directing vector of the line AN;

tA - переменный параметр уравнения прямой AN.t A is a variable parameter of the equation of the line AN.

Уравнение прямой BN будет:The equation of the line BN will be:

Figure 00000003
Figure 00000003

XB, YB, ZB - координаты точки В (2-го проектора), принадлежащей прямой BN;XB, Y B , Z B - coordinates of point B (2nd projector) belonging to the line BN;

lB, mB, nB - координаты направляющего вектора прямой BN;l B , m B , n B - coordinates of the directing vector of the line BN;

tB - переменный параметр уравнения прямой BN.t B is a variable parameter of the equation of the line BN.

Координаты точки N будут являться решением системы уравнений двух прямых AN и BN. Поскольку матрицы проекторов излучают множество лучей, то в области их пересечения появляется возможность определить таким способом координаты любой точки, принадлежащей этой области.The coordinates of the point N will be a solution to the system of equations of two lines AN and BN. Since the matrix of the projectors emit a lot of rays, in the area of their intersection, it becomes possible to determine in this way the coordinates of any point belonging to this area.

Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.

Фиг.1Figure 1

1 - матрица проектора;1 - projector matrix;

p1 (101, 217) - пиксель с координатами i=101, j=217;p 1 (101, 217) - pixel with coordinates i = 101, j = 217;

р2 (731, 801) - пиксель с координатами i=731, j=801;p 2 (731, 801) - pixel with coordinates i = 731, j = 801;

K1, K2, К3, К4...К17, К18, К19, К20 - проекции первых 4-х и последних 4-х кадров из 20-и в процессе проецирования кодов пикселями p1 (101, 217) и р2 (731, 801).K1, K2, K3, K4 ... K17, K18, K19, K20 - projections of the first 4 and last 4 frames out of 20 in the process of projecting codes with pixels p 1 (101, 217) and p 2 (731 , 801).

Фиг.2Figure 2

А - первый проектор;A is the first projector;

В - второй проектор;In - the second projector;

1 - матрица первого проектора;1 - matrix of the first projector;

2 - матрица второго проектора;2 - matrix of the second projector;

3 - считывающий прибор;3 - reading device;

4 - оцифровываемый объект;4 - digitized object;

Cod Lij - последовательный двоичный код, излучаемый Lij-ым пикселем 1-го проектора;Cod Lij - serial binary code emitted by the Lij-th pixel of the 1st projector;

Cod Mij - последовательный двоичный код, излучаемый Mij-ым пикселем 2-го проектора;Cod Mij - serial binary code emitted by the Mij-th pixel of the 2nd projector;

Cod Lij + Cod Mij - интегрированный код, отраженный от поверхности объекта в точке N.Cod Lij + Cod Mij - integrated code reflected from the surface of the object at point N.

Фиг.3Figure 3

А - точка (1-й проектор), принадлежащая прямой AN;A - point (1st projector) belonging to the line AN;

В - точка (2-й проектор), принадлежащая прямой BN;B - point (2nd projector) belonging to the line BN;

N - измеряемая точка пространства;N is the measured point of space;

Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- проекции направляющего вектора
Figure 00000007
на оси координат;
Figure 00000004
,
Figure 00000005
,
Figure 00000006
- projections of the guide vector
Figure 00000007
on the coordinate axis;

Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- проекции направляющего вектора
Figure 00000011
на оси координат.
Figure 00000008
,
Figure 00000009
,
Figure 00000010
- projections of the guide vector
Figure 00000011
on the coordinate axis.

Фиг.4Figure 4

α - угол поворота оптической оси первого проектора вокруг оси OY;α is the angle of rotation of the optical axis of the first projector around the axis OY;

β - угол поворота оптической оси первого проектора вокруг оси OZ;β is the angle of rotation of the optical axis of the first projector around the OZ axis;

OO1 - оптическая ось первого проектора;OO 1 is the optical axis of the first projector;

OO1″ - оптическая ось проектора после двойного поворота на угол α и угол β;OO 1 ″ - the optical axis of the projector after double rotation through the angle α and angle β;

А00 A0J AIJ АI0 - проекция матрицы первого проектора на плоскость, перпендикулярную его оптической оси и отстоящую от проектора на расстоянии OO1;A 00 A 0J A IJ A I0 is the projection of the matrix of the first projector onto a plane perpendicular to its optical axis and spaced from the projector at a distance of OO 1 ;

N - проекция произвольного пикселя с координатами (i, j) на плоскость А00 А0J АIJ АI0;N is the projection of an arbitrary pixel with coordinates (i, j) on the plane A 00 A 0J A IJ A I0 ;

N″ - точка, полученная в результате поворота точки N на угол α и угол β.N ″ - the point obtained by turning the point N through the angle α and angle β.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Нахождение координат точек поверхности объекта может быть осуществлено с использованием двух проекторов, одного считывающего прибора и компьютера. Перед началом оцифровки выбирается система декартовых координат с началом в точке О и непосредственными измерениями, находятся данные, необходимые для определения уравнений прямых, вдоль которых распространяются лучи, излучаемые каждым пикселем первого и второго проектора. А именно:Finding the coordinates of the points on the surface of the object can be carried out using two projectors, one reader and a computer. Before the start of digitization, a system of Cartesian coordinates with a start at point O and direct measurements is selected, the data necessary to determine the equations of lines along which the rays emitted by each pixel of the first and second projector are found is found. Namely:

ХA, YA, ZA - координаты первого проектора;X A , Y A , Z A - coordinates of the first projector;

XB, YB, ZB - координаты второго проектора;X B , Y B , Z B - coordinates of the second projector;

α - угол поворота оптической оси первого проектора вокруг оси OY;α is the angle of rotation of the optical axis of the first projector around the axis OY;

β - угол поворота оптической оси первого проектора вокруг оси OZ;β is the angle of rotation of the optical axis of the first projector around the OZ axis;

γ - угол поворота оптической оси второго проектора вокруг оси OY;γ is the angle of rotation of the optical axis of the second projector around the axis OY;

θ - угол поворота оптической оси второго проектора вокруг оси OZ.θ is the angle of rotation of the optical axis of the second projector around the axis OZ.

Далее показывается возможный вариант нахождения координат направляющих векторов лучей, излучаемых пикселями матрицы первого проектора.The following shows a possible variant of finding the coordinates of the guide vectors of the rays emitted by the pixels of the matrix of the first projector.

Пусть матрица проектора содержит J пикселей по горизонтали и I пикселей по вертикали. Поместим проектор в начало координат так, чтобы его оптическая ось совпала с осью ОХ. На плоскую поверхность, перпендикулярную оптической оси проектора и находящуюся от него на расстоянии a1=|OO1|, проецируют рамку А00 A0J AIJ АI0, показанную на чертеже (см. Фиг.4). Измеряются расстояния |А00 А10| и |А00 A0J| и вычисляются отношения:Let the projector matrix contain J horizontal pixels and I vertical pixels. We place the projector at the origin so that its optical axis coincides with the axis OX. A frame A 00 A 0J A IJ A I0 is projected onto a flat surface perpendicular to the optical axis of the projector and located at a distance a 1 = | OO 1 | from it, shown in the drawing (see Figure 4). Measured distances | A 00 A 10 | and | A 00 A 0J | and relations are calculated:

Figure 00000012
Figure 00000012

Figure 00000013
Figure 00000013

Относительно выбранной системы координат координаты произвольной точки N, являющейся проекцией на эту поверхность пикселя с координатами (i, j), будут равны:Relative to the selected coordinate system, the coordinates of an arbitrary point N, which is a projection onto this pixel surface with coordinates (i, j), will be equal to:

х=а1 x = a 1

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

индекс "1" во всех случаях указывает на принадлежность к первому проектору.the index "1" in all cases indicates membership in the first projector.

Эти координаты будут являться также координатами направляющего вектора

Figure 00000016
. Повернем оптическую ось проектора, а вместе с ней и вектор
Figure 00000017
, вначале вокруг оси OY на угол α, а затем вокруг оси OZ на угол β. В результате этих двух поворотов вектор
Figure 00000017
перейдет в вектор
Figure 00000018
, координаты которого выразятся в матричной форме следующим образом:These coordinates will also be the coordinates of the guide vector.
Figure 00000016
. Let's turn the optical axis of the projector, and with it the vector
Figure 00000017
, first around the OY axis by the angle α, and then around the OZ axis by the angle β. As a result of these two turns, the vector
Figure 00000017
will go into vector
Figure 00000018
whose coordinates are expressed in matrix form as follows:

Figure 00000019
Figure 00000019

Аналогично для второго проектора:Similarly for the second projector:

Figure 00000020
Figure 00000020

Таким образом, определены уравнения прямых, вдоль которых распространяются лучи от каждого пикселя первого проектора:Thus, the equations of lines along which the rays from each pixel of the first projector propagate are defined:

Figure 00000021
Figure 00000021

и уравнения прямых, вдоль которых распространяются лучи от каждого пикселя второго проектора:and equations of lines along which rays from each pixel of the second projector propagate:

Figure 00000022
Figure 00000022

Надо особо отметить одно необходимое условие. Проекторы, считывающий прибор и оцифровываемый объект, должны быть взаимно неподвижны во время трансляции интегрированного кода. Однако это требование будет уменьшаться по мере применения стабилизирующих систем для проекторов и считывающих устройств, а также увеличения скорости трансляции интегрированного кода. Работа проекторов и считывающего прибора синхронизируется и управляется компьютером. В его памяти хранятся коды, которые будут излучаться пикселями первого и второго проектора. Каждый код представляет собой зашифрованные в двоичном виде координаты соответствующего пикселя на матрице. Пусть матрицы проекторов содержат по миллиону пикселей каждая. Длина кода зависит от количества пикселей в матрице проектора, и в этом случае достаточно, чтобы ее длина составила 20-ть разрядов. Таким образом, для осуществления оцифровки потребуется проецирование 20-и кадров первым проектором и 20-и кадров вторым проектором.One necessary condition should be emphasized. Projectors, a reading device and a digitized object must be mutually stationary during the translation of the integrated code. However, this requirement will decrease with the use of stabilizing systems for projectors and readers, as well as an increase in the translation speed of the integrated code. The projectors and reader are synchronized and controlled by a computer. Its memory stores codes that will be emitted by the pixels of the first and second projector. Each code represents the binary coordinates of the corresponding pixel on the matrix. Let projection arrays contain one million pixels each. The length of the code depends on the number of pixels in the matrix of the projector, and in this case it is enough that its length is 20 bits. Thus, for digitization, projection of 20 frames by the first projector and 20 frames by the second projector will be required.

Работа программы начинается с того, что из памяти компьютера последовательно считываются данные, являющиеся значениями первых разрядов кодов, излучаемых пикселями матрицы первого проектора. Из этих данных формируется первый кадр, который проецируется на оцифровываемый объект. Одновременно с проецированием кадра начинается экспозиция матрицы считывающего прибора. Она регистрирует отраженные от поверхности объекта лучи. Для каждого пикселя этой матрицы выделяют область в памяти компьютера, объемом 40 бит, моделирующую работу стека. Туда заносятся регистрируемые этими пикселями данные первого кадра. Затем программа считывает данные из всех вторых разрядов и цикл повторяется. Когда первый проектор спроецирует последовательно все 20 кадров, он выключается и по такой же схеме начинает работать второй проектор. Результаты, регистрируемые пикселями матрицы считывающего прибора, продолжают запоминаться в тех же стеках. Когда закончится проецирование 40-го кадра, стеки будут полностью заполнены данными. Содержимое произвольного N-го стека образует интегрированный код двух пересекающихся лучей в точки N. Далее запускается программа, которая непосредственно вычисляет координаты точек поверхности объекта. Данные, сохраненные в каждом стеке, она преобразует в координаты пикселей первого и второго проекторов

Figure 00000023
,
Figure 00000024
. Здесь верхний индекс указывает на номер стека, а нижний на номер проектора. Эти координаты подставляются соответственно в 1-е и 2-е уравнения, где вычисляются координаты направляющих векторов лучей, излучаемых этими пикселями.The program starts with the fact that the data that are the values of the first bits of the codes emitted by the pixels of the matrix of the first projector are sequentially read from the computer's memory. From this data, the first frame is formed, which is projected onto the digitized object. Simultaneously with the projection of the frame, the exposure of the sensor matrix begins. It registers the rays reflected from the surface of the object. For each pixel of this matrix a region is allocated in the computer memory with a volume of 40 bits, simulating the operation of the stack. The data of the first frame recorded by these pixels is entered there. Then the program reads data from all second digits and the cycle repeats. When the first projector consecutively projects all 20 frames, it turns off and the second projector starts working in the same way. The results recorded by the pixels of the matrix of the reader continue to be stored in the same stacks. When the projection of the 40th frame ends, the stacks will be completely filled with data. The contents of an arbitrary Nth stack form an integrated code of two intersecting rays at points N. Next, a program is launched that directly calculates the coordinates of the points on the surface of the object. The data stored in each stack, it converts into the coordinates of the pixels of the first and second projectors
Figure 00000023
,
Figure 00000024
. Here, the superscript indicates the stack number, and the subscript indicates the projector number. These coordinates are substituted respectively in the 1st and 2nd equations, where the coordinates of the directing vectors of the rays emitted by these pixels are calculated.

Координаты первого проектора - ХА, YА, ZА и вычисленные координаты направляющих векторов прямой AN подставляются в 3-е уравнение:The coordinates of the first projector - X A , Y A , Z A and the calculated coordinates of the directing vectors of the straight line AN are substituted into the 3rd equation:

Figure 00000025
Figure 00000025

Координаты второго проектора - XB, YB, ZB и вычисленные координаты направляющих векторов прямой BN подставляются в 4-е уравнение:The coordinates of the second projector - XB, Y B , Z B and the calculated coordinates of the directing vectors of the line BN are substituted into the 4th equation:

Figure 00000026
Figure 00000026

Координаты точки N поверхности объекта будут являться решением системы этих двух уравнений. Решения N таких систем определяют координаты N точек на поверхности объекта.The coordinates of point N of the surface of the object will be a solution to the system of these two equations. The solutions of N such systems determine the coordinates of N points on the surface of the object.

Claims (1)

Способ проекционного кодирования оцифровыванием точек пространства, содержащий этапы: выбирают систему координат и непосредственными измерениями находят данные, необходимые для определения уравнений прямых, вдоль которых распространяются лучи, излучаемые проекторами; проецируют при помощи, по меньшей мере, одного проектора в измеряемую область пространства массив узконаправленных электромагнитных лучей, каждый из которых содержит информацию, однозначно идентифицирующую этот луч, при этом указанная информация выражена в виде кода и функционально связана с уравнением прямой, вдоль которой этот луч распространяется; при помощи, по меньшей мере, одного считывающего прибора указанные лучи регистрируют в той зоне пространства, где могут быть однозначно идентифицированы по содержащимся в этих лучах кодам, при этом, если в точке N, принадлежащей указанной зоне будут зарегистрированы коды как минимум от двух разных лучей, то координаты точки N относительно выбранной системы координат находят как решение системы уравнений прямых, вдоль которых эти лучи распространяются; работа проекторов и считывающих приборов синхронизируется и управляется компьютером, в памяти которого хранятся коды, соответствующие проецируемым в пространство лучам.A projection coding method for digitizing space points, comprising the steps of: selecting a coordinate system and directly measuring the data necessary to determine the equations of lines along which the rays emitted by the projectors propagate; project using an at least one projector into the measured region of space an array of narrowly directed electromagnetic rays, each of which contains information that uniquely identifies this beam, while this information is expressed as a code and is functionally related to the equation of the straight line along which this beam propagates ; using at least one reader, these beams are recorded in that area of space where they can be uniquely identified by the codes contained in these beams, while if codes from at least two different beams are recorded at the point N belonging to the specified area , then the coordinates of the point N relative to the selected coordinate system are found as a solution to the system of equations of lines along which these rays propagate; projectors and reading devices are synchronized and controlled by a computer, in the memory of which codes corresponding to projected beams into space are stored.
RU2006108969/09A 2006-03-21 2006-03-21 Projector encoding RU2331919C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108969/09A RU2331919C2 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Projector encoding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006108969/09A RU2331919C2 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Projector encoding

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006108969A RU2006108969A (en) 2007-10-10
RU2331919C2 true RU2331919C2 (en) 2008-08-20

Family

ID=38952327

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006108969/09A RU2331919C2 (en) 2006-03-21 2006-03-21 Projector encoding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2331919C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2452026C1 (en) * 2011-06-14 2012-05-27 Борис Иванович Волков Image digitisation method and apparatus for realising said method
WO2012112081A2 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 Panova Tina Aleksandrovna System for the audio-visual presentation of promotional content
RU2746344C2 (en) * 2016-06-22 2021-04-12 Интердиджитал Се Пэйтент Холдингз Method and the device for encoding a signal representing the content of a light field

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012112081A2 (en) * 2011-02-16 2012-08-23 Panova Tina Aleksandrovna System for the audio-visual presentation of promotional content
WO2012112081A3 (en) * 2011-02-16 2012-10-11 Panova Tina Aleksandrovna System for the audio-visual presentation of promotional content
RU2452026C1 (en) * 2011-06-14 2012-05-27 Борис Иванович Волков Image digitisation method and apparatus for realising said method
RU2746344C2 (en) * 2016-06-22 2021-04-12 Интердиджитал Се Пэйтент Холдингз Method and the device for encoding a signal representing the content of a light field
US11665369B2 (en) 2016-06-22 2023-05-30 Interdigital Ce Patent Holdings, Sas Method and a device for encoding a signal representative of a light-field content

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006108969A (en) 2007-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11080872B2 (en) Device and method for indoor mobile mapping of an environment
CN103776392B (en) 3 d geometric modeling and 3 d video content creation
EP1649423B1 (en) Method and sytem for the three-dimensional surface reconstruction of an object
CN101825431B (en) Reference image techniques for three-dimensional sensing
CN108475145B (en) Image recognition device, image recognition method, and image recognition unit
CN101821580A (en) System and method for three-dimensional measurement of the shape of material objects
CN104838228A (en) Three-dimensional scanner and method of operation
US20220036118A1 (en) Systems, methods, and media for directly recovering planar surfaces in a scene using structured light
CN105306922A (en) Method and device for obtaining depth camera reference diagram
JPH11166818A (en) Calibrating method and device for three-dimensional shape measuring device
RU2331919C2 (en) Projector encoding
JP2007508557A (en) Device for scanning three-dimensional objects
CN114463436A (en) Calibration method, system, equipment and storage medium of galvanometer scanning device
US6766047B2 (en) Defect inspection method for three-dimensional object
JP3800842B2 (en) Method and apparatus for measuring three-dimensional shape, and storage medium storing three-dimensional shape measuring program
US20200258246A1 (en) Inspection Device
CN110926371A (en) Three-dimensional surface detection method and device
US20230044371A1 (en) Defect detection in a point cloud
US20240013437A1 (en) Method for providing calibration data for calibrating a camera, method for calibrating a camera, method for producing at least one predefined point-symmetric region, and device
KR101539425B1 (en) 3-dimensional scanner capable of acquiring ghostimage-free pictures
JPH10160422A (en) Three-dimensional measuring instrument
JP2015230209A (en) Image processor, appearance measuring system, image processing method and system
KR20180040316A (en) 3D optical scanner
JP3111869B2 (en) Two-dimensional position and orientation measurement method and apparatus
CN112017244A (en) High-precision planar object positioning method and device

Legal Events

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

Effective date: 20090322