RU2340872C1 - Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed - Google Patents
Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed Download PDFInfo
- Publication number
- RU2340872C1 RU2340872C1 RU2007116632/28A RU2007116632A RU2340872C1 RU 2340872 C1 RU2340872 C1 RU 2340872C1 RU 2007116632/28 A RU2007116632/28 A RU 2007116632/28A RU 2007116632 A RU2007116632 A RU 2007116632A RU 2340872 C1 RU2340872 C1 RU 2340872C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- distance
- speed
- optical system
- image
- images
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах слежения и регистрации объектов и позволяет получать информацию о расстоянии до объектов с неизвестными линейными размерами, а также информацию о направлении и скорости их движения.The invention relates to measuring technique and can be used in tracking devices and registration of objects and allows to obtain information about the distance to objects with unknown linear dimensions, as well as information about the direction and speed of their movement.
Известен способ, который реализует система [1], предназначенная для пассивного определения координат источника излучения (горизонтального угла, угла возвышения и расстояния) посредством двух телевизионных ПЗС-камер. Камеры в системе [1] располагаются на одной общей вертикальной оси, вокруг которой они могут синхронно вращаться, и на известном друг от друга расстоянии таким образом, что их оптические оси всегда находятся в одной вертикальной плоскости. При этом расстояние определяется методом триангуляции по получаемым от каждой из камер углам видимого смещения источника излучения. Недостатками этого способа являются необходимость разноса ПЗС-камер на некоторое расстояние друг от друга, что увеличивает габариты системы, и наличие механических вертикальных и горизонтальных поворотных устройств, что снижает точность измерения вертикальных и горизонтальных углов оптических осей ПЗС-камер. Кроме того, необходимость использования двух фотоприемников существенно увеличивает стоимость системы и снижает ее надежность.A known method that implements the system [1], designed for passive determination of the coordinates of the radiation source (horizontal angle, elevation angle and distance) using two television CCD cameras. The cameras in the system [1] are located on one common vertical axis, around which they can rotate synchronously, and at a known distance from each other so that their optical axes are always in the same vertical plane. In this case, the distance is determined by the method of triangulation from the angles of the apparent displacement of the radiation source received from each of the cameras. The disadvantages of this method are the need for spacing CCD cameras a certain distance from each other, which increases the dimensions of the system, and the presence of mechanical vertical and horizontal rotary devices, which reduces the accuracy of the vertical and horizontal angles of the optical axes of the CCD cameras. In addition, the need to use two photodetectors significantly increases the cost of the system and reduces its reliability.
Наиболее близким к предлагаемому является принятый за прототип способ определения расстояния до объекта при помощи оптического прибора [2], включающий измерение размера изображения объекта в плоскости изображения оптического прибора до и после перемещения оптического прибора по направлению к объекту (или от него) вдоль линии визирования оптического прибора на фиксированное расстояние, после чего по формуле определяют расстояние до объекта.Closest to the proposed one is the prototype method for determining the distance to an object using an optical device [2], which includes measuring the image size of an object in the image plane of an optical device before and after moving the optical device towards the object (or away from it) along the line of sight of the optical device at a fixed distance, after which the distance to the object is determined by the formula.
Недостатками данного способа являются необходимость определения расстояния механического перемещения оптического прибора и соблюдение требования перемещения оптического прибора строго вдоль его оптической оси, что существенно снижает точность и затрудняет измерения.The disadvantages of this method are the need to determine the distance of the mechanical movement of the optical device and compliance with the requirements for moving the optical device strictly along its optical axis, which significantly reduces accuracy and makes measurement difficult.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является исключение влияния механического перемещения фотоприемника на точность измерения расстояния до объекта.The problem to which this invention is directed is to eliminate the influence of mechanical movement of the photodetector on the accuracy of measuring the distance to the object.
Технический результат - повышение достоверности и точности измерений и расширение функциональных возможностей в определении пространственных координат объекта с заранее неизвестными линейными размерами.The technical result is to increase the reliability and accuracy of measurements and expand the functionality in determining the spatial coordinates of an object with previously unknown linear dimensions.
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе расстояния до объекта определяют при помощи фотоприемника путем измерения размера изображения объекта в плоскости изображения, дополнительно осуществляют перемещение фотоприемника вдоль его оптической оси по направлению к объекту (или от него) и вновь измеряют размеры изображения объекта в плоскости изображения фотоприемника, после чего расстояние до объекта определяют согласно формулеThe specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method, the distance to the object is determined using a photodetector by measuring the image size of the object in the image plane, the photodetector is additionally moved along its optical axis towards the object (or away from it) and the dimensions are measured again image of the object in the image plane of the photodetector, after which the distance to the object is determined according to the formula
где s - расстояние, на которое был перемещен оптический прибор;where s is the distance over which the optical device was moved;
у1' - размер изображения объекта до перемещения;y 1 'is the size of the image of the object before moving;
у2' - размер изображения объекта после перемещения.y 2 'is the size of the image of the object after moving.
В отличие от известного в предлагаемом способе посредством оптического фотоприемника, имеющего перестраиваемую оптическую систему с двумя известными граничными фокусными расстояниями (например, трансфокатор или вариофокальный объектив), получают два разномасштабных изображения выбранного объекта и определяют расстояние до него по формуле:In contrast to the method known in the proposed method, using an optical photodetector having a tunable optical system with two known boundary focal lengths (for example, a zoom lens or a zoom lens), two different-sized images of the selected object are obtained and the distance to it is determined by the formula:
где у1' - размер изображения объекта при f1,where 1 'is the size of the image of the object at f 1 ,
у2' - размер изображения объекта при f2,y 2 'is the image size of the object with f 2 ,
f1 и f2 - граничные фокусные расстояния оптической системы.f 1 and f 2 are the boundary focal lengths of the optical system.
Направление и скорость движения объекта определяют путем сопоставления положения объекта на изображениях одного масштаба, полученных в текущем и предыдущем измерениях расстояния до объекта, произведенных через известный промежуток времени.The direction and speed of the object is determined by comparing the position of the object on the images of the same scale, obtained in the current and previous measurements of the distance to the object, made after a known period of time.
Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие их условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".Comparison of the proposed method with the prototype made it possible to establish compliance with their condition of "novelty." When comparing the proposed method with other known technical solutions, no similar signs were revealed, which allows us to conclude that the condition "inventive step" is met.
Способ поясняется чертежами. Фиг.1 поясняет взаимное положение объекта и его изображения при граничных фокусных расстояниях f1 и f2 оптической системы. Фиг.2 поясняет способ определения направления и скорости движения объекта.The method is illustrated by drawings. Figure 1 explains the relative position of the object and its image at the boundary focal lengths f 1 and f 2 of the optical system. Figure 2 illustrates a method for determining the direction and speed of an object.
Пример. Оптический фотоприемник имеет перестраиваемую оптическую систему с известными граничными фокусными расстояниями f1 и f2.Example. The optical photodetector has a tunable optical system with known boundary focal lengths f 1 and f 2 .
В определенный момент времени ti-2 получают изображение объекта при фокусном расстоянии f1, перестраивают оптическую систему и в момент времени ti-1 получают изображение объекта при фокусном расстоянии f2. Принимая во внимание, что время перестройки оптической системы составляет незначительную величину, т.е. ti-2-ti-1≈0, можно допустить, что оба изображения объекта были получены одновременно в момент времени ti-1, при этом оба изображения объекта отличаются между собой только масштабом.At a certain point in time t i-2 , an image of an object is obtained at a focal length f 1 , the optical system is rebuilt, and at time t i-1 , an image of an object is obtained at a focal length f 2 . Taking into account that the tuning time of the optical system is insignificant, i.e. t i-2 -t i-1 ≈ 0, it can be assumed that both images of the object were obtained simultaneously at time t i-1 , while both images of the object differ only in scale.
Согласно [3] имеем (фиг.1):According to [3] we have (figure 1):
(1) (one)
(2) (2)
откуда следуетwhence follows
(3) (3)
где β1 - линейное увеличение оптической системы при f1,where β 1 is a linear increase in the optical system at f 1 ,
β2 - линейное увеличение оптической системы при f1,β 2 - a linear increase in the optical system at f 1 ,
у - линейный размер объекта. Кроме того, согласно [3] имеем следующие соотношения:y is the linear size of the object. In addition, according to [3], we have the following relations:
(4) (four)
где а - расстояние от оптической системы до объекта,where a is the distance from the optical system to the object,
а' - расстояние от оптической системы до плоскости изображения иa 'is the distance from the optical system to the image plane and
(5) (5)
Подставляя (5) в (4) получаем:Substituting (5) in (4) we obtain:
(6) (6)
После чего выражение (3) принимает вид:After which the expression (3) takes the form:
(7) (7)
откуда получаем, что расстояние до объекта можно определить по следующей формуле:whence we get that the distance to the object can be determined by the following formula:
(8) (8)
Для определения направления и скорости движения объекта на полученном в момент времени ti-1 изображении определяют координаты xi-1 и уi-1 объекта С (фиг.2).To determine the direction and speed of the object on the image obtained at time t i-1 , the coordinates x i-1 and i-1 of object C are determined (Fig. 2).
В следующий дискретный момент времени ti производят повторное определение координат хi и уi объекта С.Зная расстояние до объекта, интервал времени между измерениями Δt=ti-ti-1 и разность координат Δх=xi-xi-1 и Δу=уi-уi-1, определяют составляющие скорости Vx и Vy и затем скорость VAt the next discrete time instant t i , the coordinates x i and y i of the object C are re-determined. Knowing the distance to the object, the time interval between measurements Δt = t i -t i-1 and the coordinate difference Δx = x i -x i-1 and Δy = y i -y i-1 , determine the components of the speed V x and V y and then the speed V
(9) (9)
и направление движения φ объекта С (фиг.2)and the direction of motion φ of the object C (figure 2)
(10) (10)
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать информацию о расстоянии до объекта, его направлении и скорости движения. Преимущество изобретения состоит в том, что точность измерения повышается за счет отсутствия механического перемещения фотоприемника в процессе измерения и использования перестраиваемой оптической системы, имеющей одну оптическую ось при различных фокусных расстояниях.Thus, the proposed method allows to obtain information about the distance to the object, its direction and speed. An advantage of the invention is that the measurement accuracy is improved due to the absence of mechanical movement of the photodetector during the measurement and the use of a tunable optical system having one optical axis at different focal lengths.
Использованные источникиUsed sources
1. Европейский патент №ЕР 0379425, МПК G01С 3/18, G01S 11/12, на изобретение "System for determing the position of at least one target by means oftriangulation".1. European patent No. EP 0379425, IPC G01C 3/18, G01S 11/12, for the invention "System for determining the position of at least one target by means of triangulation".
2. Патент РФ №2095756, МПК G01С 3/32, на изобретение "Способ определения расстояния до объекта при помощи оптического прибора".2. RF patent No. 2095756, IPC G01C 3/32, for the invention "Method for determining the distance to an object using an optical device".
3. Прикладная оптика. Под ред. Заказнова Н.П. - М.: Машиностроение, 1988. - 312с.3. Applied optics. Ed. Zakaznova N.P. - M.: Mechanical Engineering, 1988 .-- 312s.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116632/28A RU2340872C1 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007116632/28A RU2340872C1 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2340872C1 true RU2340872C1 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=40194434
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007116632/28A RU2340872C1 (en) | 2007-05-02 | 2007-05-02 | Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2340872C1 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2019030957A1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-14 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
JP2019032295A (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | ミツミ電機株式会社 | Distance measuring camera |
JP2019109124A (en) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | ミツミ電機株式会社 | Ranging camera |
JP2019164011A (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | ミツミ電機株式会社 | Range-finding camera |
CN112368544A (en) * | 2018-07-06 | 2021-02-12 | 三美电机株式会社 | Distance measuring camera |
JP2022128518A (en) * | 2018-03-19 | 2022-09-01 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
JP2022128516A (en) * | 2017-12-18 | 2022-09-01 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
-
2007
- 2007-05-02 RU RU2007116632/28A patent/RU2340872C1/en active
Cited By (23)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP7104296B2 (en) | 2017-08-09 | 2022-07-21 | ミツミ電機株式会社 | Rangefinder camera |
JP2019032295A (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-28 | ミツミ電機株式会社 | Distance measuring camera |
JP7288226B2 (en) | 2017-08-09 | 2023-06-07 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
US11525676B2 (en) | 2017-08-09 | 2022-12-13 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
CN110998228A (en) * | 2017-08-09 | 2020-04-10 | 三美电机株式会社 | Distance measuring camera |
WO2019030957A1 (en) * | 2017-08-09 | 2019-02-14 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
JP2022128517A (en) * | 2017-08-09 | 2022-09-01 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
CN111492201A (en) * | 2017-12-18 | 2020-08-04 | 三美电机株式会社 | Distance measuring camera |
JP2022128516A (en) * | 2017-12-18 | 2022-09-01 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
JP7104294B2 (en) | 2017-12-18 | 2022-07-21 | ミツミ電機株式会社 | Rangefinder camera |
JP7328589B2 (en) | 2017-12-18 | 2023-08-17 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
JP2019109124A (en) * | 2017-12-18 | 2019-07-04 | ミツミ電機株式会社 | Ranging camera |
US11499824B2 (en) | 2017-12-18 | 2022-11-15 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
CN111492201B (en) * | 2017-12-18 | 2022-09-13 | 三美电机株式会社 | Distance measuring camera |
JP7104301B2 (en) | 2018-03-19 | 2022-07-21 | ミツミ電機株式会社 | Rangefinder camera |
JP2022128518A (en) * | 2018-03-19 | 2022-09-01 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
US11436746B2 (en) | 2018-03-19 | 2022-09-06 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
JP2019164011A (en) * | 2018-03-19 | 2019-09-26 | ミツミ電機株式会社 | Range-finding camera |
JP7288227B2 (en) | 2018-03-19 | 2023-06-07 | ミツミ電機株式会社 | ranging camera |
EP3770550A4 (en) * | 2018-03-19 | 2022-01-05 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measurement camera |
CN112368544A (en) * | 2018-07-06 | 2021-02-12 | 三美电机株式会社 | Distance measuring camera |
US11410321B2 (en) | 2018-07-06 | 2022-08-09 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measuring camera |
EP3819588A4 (en) * | 2018-07-06 | 2021-11-24 | Mitsumi Electric Co., Ltd. | Distance measurement camera |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2340872C1 (en) | Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed | |
US11243072B2 (en) | Method for the three dimensional measurement of moving objects during a known movement | |
US9188430B2 (en) | Compensation of a structured light scanner that is tracked in six degrees-of-freedom | |
US9046360B2 (en) | System and method of acquiring three dimensional coordinates using multiple coordinate measurement devices | |
WO2004044522A1 (en) | Three-dimensional shape measuring method and its device | |
WO2002063241A1 (en) | Three-dimensional coordinate measuring method, three-dimensional coordinate measuring apparatus, and method for building large-sized structure | |
CN111521161A (en) | Surveying apparatus comprising an event camera | |
JP2004163292A (en) | Survey system and electronic storage medium | |
JP2016060610A (en) | Elevator hoistway internal dimension measuring device, elevator hoistway internal dimension measuring controller, and elevator hoistway internal dimension measuring method | |
CN105115445A (en) | Three-dimensional imaging system and imaging method based on combination of depth camera and binocular vision | |
CN101603812A (en) | A kind of ultrahigh speed real-time three-dimensional measuring device and method | |
JP6333396B2 (en) | Method and apparatus for measuring displacement of mobile platform | |
JP2014211404A (en) | Motion capture method | |
WO2014101408A1 (en) | Three-dimensional imaging radar system and method based on a plurality of times of integral | |
JP2009300441A (en) | Method and apparatus for determining position of sensor | |
CN108226902A (en) | A kind of face battle array lidar measurement system | |
KR101674298B1 (en) | Method for distance calculation using a camera lens focal length information | |
JP2008275366A (en) | Stereoscopic 3-d measurement system | |
JP7149941B2 (en) | Apparatus and method | |
Oggier et al. | Miniature 3d tof camera for real-time imaging | |
JP2018112476A (en) | Minute displacement measuring device and minute displacement measuring method | |
JP4918675B2 (en) | 3D coordinate measurement method | |
RU2321029C1 (en) | Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness | |
JP2010190793A (en) | Apparatus and method for measuring distance | |
JP2003329418A (en) | Three-dimensional measuring instrument |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20120201 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
QZ41 | Official registration of changes to a registered agreement (patent) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20120201 Effective date: 20120528 |