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 PDF

Info

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
Application number
RU2007116632/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Зуев (RU)
Сергей Викторович Зуев
Original Assignee
Институт мониторинга климатических и экологических систем
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 Институт мониторинга климатических и экологических систем filed Critical Институт мониторинга климатических и экологических систем
Priority to RU2007116632/28A priority Critical patent/RU2340872C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2340872C1 publication Critical patent/RU2340872C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

FIELD: physics; measurements.
SUBSTANCE: proposed method can be used in tracking and detection devices and allows for obtaining information on the distance to an object with unknown linear dimensions, as well as information on the direction and speed of the object. Determination of the distance to an object, its direction and speed is done at discrete time intervals using an optical imaging device, with an adjustable optical system with two known limiting focal distances (for example, a zoom lens). Two images of the object are obtained, distinguished by scale. The distance to the object is determined from the expression
Figure 00000005
where f1 and f2 are the limiting focal distances of the optical system, y1' and y2' are the dimensions of the image of the object for f1 and f2 respectively. The direction and the speed of the object are determined through comparison of the position of the object on the images of one scale, obtained from the current and preceding measurements of the distance to the object, taken after known time intervals.
EFFECT: obtaining information on the distance to an object with unknown linear dimensions, as well as information on the direction and speed of the object.
2 dwg

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

Figure 00000006
Figure 00000006

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:

Figure 00000007
Figure 00000007

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):

Figure 00000008
(1)
Figure 00000008
(one)

Figure 00000009
(2)
Figure 00000009
(2)

откуда следуетwhence follows

Figure 00000010
(3)
Figure 00000010
(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:

Figure 00000011
(4)
Figure 00000011
(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

Figure 00000012
(5)
Figure 00000012
(5)

Подставляя (5) в (4) получаем:Substituting (5) in (4) we obtain:

Figure 00000013
(6)
Figure 00000013
(6)

После чего выражение (3) принимает вид:After which the expression (3) takes the form:

Figure 00000014
(7)
Figure 00000014
(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:

Figure 00000015
(8)
Figure 00000015
(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=уii-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

Figure 00000016
(9)
Figure 00000016
(9)

и направление движения φ объекта С (фиг.2)and the direction of motion φ of the object C (figure 2)

Figure 00000017
(10)
Figure 00000017
(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)

Моностатический способ определения расстояния до объекта, его направления и скорости движения, при котором дважды измеряют размер изображения объекта в плоскости изображений фотоприемника, отличающийся тем, что изображения объекта получают разными по масштабу посредством перестройки оптической системы фотоприемника, которая имеет два известных фокусных расстояния, затем определяют расстояние до объекта по формулеA monostatic method for determining the distance to the object, its direction and speed, at which the image size of the object is measured twice in the plane of the photodetector images, characterized in that the image of the object is obtained in different scales by rebuilding the optical system of the photodetector, which has two known focal lengths, then determine the distance to the object according to the formula
Figure 00000018
Figure 00000018
где f1 и f2 - граничные фокусные расстояния оптической системы; y1' и y2′ - размеры изображения объекта при f1 и f2 соответственно, а 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.where f 1 and f 2 are the boundary focal lengths of the optical system; y 1 'and y 2 ′ are the sizes of the image of the object at f 1 and f 2, respectively, and the direction and speed of movement of the object is determined by comparing the position of the object on 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 .
RU2007116632/28A 2007-05-02 2007-05-02 Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed RU2340872C1 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Cited By (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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