RU2381521C2

RU2381521C2 - Method of measuring object range and linear dimensions by television images

Info

Publication number: RU2381521C2
Application number: RU2008114706/09A
Authority: RU
Inventors: Надежда Николаевна Вилкова (RU); Надежда Николаевна Вилкова; Юрий Борисович Зубарев (RU); Юрий Борисович Зубарев; Юрий Сагдуллаевич Сагдуллаев (RU); Юрий Сагдуллаевич Сагдуллаев
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт"
Priority date: 2008-04-14
Filing date: 2008-04-14
Publication date: 2010-02-10
Also published as: RU2008114706A

Abstract

FIELD: measuring technology.

SUBSTANCE: invention refers to information-measuring television and intends for problem solving in measuring object range and linear dimensions by television (TV) images, formed by means of monocular black-and-white, colour and false-colour TV cameras. The method is based on the consistent formation of two TV images by means of one TV camera with a variable lens focal length for various camera points interspaced on a priori known distance Δρ. The direction of TV camera is generally determined by an angle φ formed by a longitudinal line relative to an initial optical axis and a displacement line of TV camera.

EFFECT: higher accuracy of range measurement.

7 cl, 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к информационно-измерительному телевидению, использующему регистрацию излученного или отраженного лучистого (светового) потока от объектов в различных зонах оптического спектра при решении задач обнаружения, селекции, измерения параметров и анализа состояния объектов по их телевизионным (ТВ) изображениям. Способ предназначается для измерения дальности объектов и их линейных размеров на основе изображений, формируемых с помощью монокулярных черно-белых, цветных, спектрозональных или иных ТВ камер. Изобретение может быть использовано при реализации ТВ автоматов - дальномеров и найти применение в различных областях науки и техники, производственных процессах, в системах телевизионной автоматики, технического зрения, распознавания образов, робототехнике, при решении охранных и специальных задач дистанционного контроля параметров объектов.The present invention relates to information-measuring television, using the registration of radiated or reflected radiant (light) flux from objects in various zones of the optical spectrum when solving problems of detection, selection, parameter measurement and analysis of the state of objects from their television (TV) images. The method is intended for measuring the range of objects and their linear dimensions based on images formed using monocular black-and-white, color, spectrozonal or other TV cameras. The invention can be used in the implementation of TV automata - rangefinders and find application in various fields of science and technology, production processes, in television automation systems, technical vision, pattern recognition, robotics, when solving security and special tasks of remote monitoring of object parameters.

Возникновение отрасли техники - ТВ автоматики, обусловлено непрерывно возрастающей тенденцией автоматизации процесса контроля, измерения и управления различными процессами. В настоящее время наблюдается резкое возрастание удельного веса таких систем и устройств, в связи с обновлением элементной базы в телевидении, миниатюризации и возможностью широкого использования методов и высокопроизводительных средств вычислительной техники. Главной особенностью прикладных систем телевидения при решении задач дальнометрии является возможность их отнесения к средствам пассивной локации по сравнению с известными активными системами локации, например, лазерными дальномерами и более энергоемкими, громоздкими радиолокационными системами. Неоспоримым достоинством ТВ методов и устройств является их скрытность, по сравнению с активными системами локации, мобильность, возможность проведения измерений без своего обнаружения на некооперируемых объектах, а также объектах, находящихся в движении, или в условиях, труднодоступных и опасных для человека.The emergence of the technology industry - TV automation, is due to the continuously growing trend of automating the process of monitoring, measuring and controlling various processes. Currently, there is a sharp increase in the specific gravity of such systems and devices, due to the renewal of the element base in television, miniaturization and the possibility of widespread use of methods and high-performance computer equipment. The main feature of applied television systems in solving range-finding tasks is the possibility of assigning them to passive location means in comparison with well-known active location systems, for example, laser rangefinders and more energy-consuming, bulky radar systems. The indisputable advantage of TV methods and devices is their secrecy, in comparison with active location systems, mobility, the ability to take measurements without being detected on non-cooperative objects, as well as objects in motion, or in conditions difficult to access and dangerous to humans.

Существует большое число разновидностей прикладных ТВ систем и устройств, решающих задачи по обнаружению и селекции объектов в наблюдаемом пространстве, осуществляющих измерения параметров объектов по их спектрально-энергетическим или пространственным признакам, мониторинга охраняемой зоны и др. Известны ТВ устройства, на которые возложены задачи, связанные с определением геометрических параметров объектов (высоты, длины, ширины, конфигурации, площади и т.д.), подсчета их числа, измерения дальности до объектов или скорости их движения, а также угловых координат и их производных, контроля изменения цвета объекта и т.д. на основе черно-белых, цветных или спектрозональных ТВ изображений (см. Полоник B.C. Телевизионные автоматические устройства. - М.: Связь, 1974, - 216 с. [1], Барсуков Ф.И., Величкин А.И. Сухарев А.Д. Телевизионные системы летательных аппаратов / Под ред. А.И.Величкина. - М.: Сов. Радио. 1979, - 256 с. [2], Горелик С.Л., Кац Б.М., Киврин В.Н. Телевизионные измерительные системы. - М.: Связь, 1980, - 168 с. [3], Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений Ташкент. Фан, 1987, 108 с. [4], Системы технического зрения: Справочник / В.И.Сырямкин, B.C.Титов, Ю.Г.Якушенков и др.; Под общей редакцией В.И.Сырямкина, B.C.Титова. Томск: МГП "РАСКО", 1993. 367 с.[5], Распознавание оптических изображений / Под общей ред. Ю.С.Сагдуллаева, B.C.Титова. - Ташкент: ТЭИС, 2000, - 315 с. [6], Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. Учеб. пособие. - СПб., Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001, - 135 с. [7] и др.There are a large number of varieties of applied TV systems and devices that solve the problems of detecting and selecting objects in the observed space, measuring the parameters of objects according to their spectral-energy or spatial signs, monitoring the protected area, etc. There are known TV devices that are assigned tasks with the determination of the geometric parameters of objects (height, length, width, configuration, area, etc.), counting their number, measuring the distance to objects or the speed of their movement, as well as angular coordinates and their derivatives, control of the color change of the object, etc. based on black-and-white, color or spectrozonal TV images (see Polonik BC Television automatic devices. - M .: Communication, 1974, - 216 p. [1], Barsukov FI, Velichkin AI, Sukharev A. D. Television systems of aircraft / Edited by A.I. Velichkin. - M .: Sov. Radio. 1979, - 256 pp. [2], Gorelik S.L., Katz B.M., Kivrin V.N. Television measuring systems. - M .: Svyaz, 1980, - 168 pp. [3], Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S. Spectral selection of optical images Tashkent. Fan, 1987, 108 pp. [4], Systems technical vision: Handbook / V.I.Syryamkin, BCTitov, Yu.G. Yakushenk ov et al .; Edited by V. I. Syryamkin, BC Titov, Tomsk: MGP RASCO, 1993. 367 pp. [5], Optical Image Recognition / Edited by Yu.S. Sagdullaev, BC Titov. - Tashkent: TEIS, 2000, - 315 pp. [6], Nikitin VV, Tsytsulin AK Television in physical protection systems. Textbook. - SPb., Publishing House SPbGETU "LETI", 2001, - 135 p. [7] and others.

Известны способы и устройства для измерения дальности объектов. Так, например, способ, основанный на сравнении затухания лучистости в различных спектральных зонах, за счет поглощающего действия дистанционной среды. Для использования данного способа надо знать точные спектральные характеристики собственного теплового излучения объектов (Молебный В.В. Оптико-локационная система. Основы функционального построения. - М.: Машиностроение, 1981, - 181 с. [8]). Данный способ обладает большой погрешностью измерений и имеет ограниченное применение, поскольку собственное тепловое излучение объектов и состояние дистанционной среды подвержены временным вариациям, которые практически трудно учесть.Known methods and devices for measuring the range of objects. So, for example, a method based on comparing the attenuation of radiation in different spectral zones due to the absorbing action of a remote medium. To use this method, you need to know the exact spectral characteristics of the intrinsic thermal radiation of objects (Molebny VV Optical location system. Fundamentals of functional construction. - M .: Mashinostroenie, 1981, - 181 p. [8]). This method has a large measurement error and has limited application, since the intrinsic thermal radiation of objects and the state of the distance medium are subject to temporary variations, which are practically difficult to take into account.

Известны способы и системы стереотелевидения, которые можно использовать для измерения дальности объектов (Шмаков П.В. Стереотелевидение. - М.: Связь, 1968, - 298 с. [9]). Стереотелевизионная камера включает два ТВ датчика, которые разнесены между собой на некоторое базисное расстояние В₀. Применение такой камеры увеличивает энергопотребление, габаритно-весовые показатели системы, что особенно проявляется в случае увеличения базисного расстояния между отдельными датчиками. Это в ряде случаев ограничивает и затрудняет их практическое использование, когда минимальные весовые и габаритные показатели системы очень важны и выходят на первое место.Known methods and systems of stereo television, which can be used to measure the distance of objects (Shmakov PV Stereo. - M: Communication, 1968, - 298 S. [9]). The stereo television camera includes two TV sensors that are spaced from each other by some basic distance B ₀ . The use of such a camera increases energy consumption, overall weight and weight indicators of the system, which is especially evident in the case of an increase in the base distance between individual sensors. In some cases, this limits and impedes their practical use, when the minimum weight and overall dimensions of the system are very important and come first.

Заслуживает внимания принцип ТВ контроля дальности, предназначенный для предупреждения столкновений или автоматического обнаружения объектов на заданной дальности в поле зрения охранной системы (Усовершенствованный дальномер. Пат. 1605013, Великобритания. Заявл. 14.03.75 №10842/75, опубл. 16.12.81. МКИ G01S 11/00 [10]). Данный ТВ дальномер использует принцип и свойства расфокусированного изображения, когда объектив монокулярной ТВ камеры сфокусирован на определенное конечное расстояние, а видеосигнал с выхода ТВ камеры пропускают через один или несколько полосовых фильтров и формируемые сигналы поступают на пороговые устройства. Они срабатывают при превышении сигналов некоторого порогового уровня. Преимущества данного принципа измерения дальности заключаются в том, что априорные сведения о параметрах объектов практически не нужны. Вместе с тем, следует отметить, что точность измерения произвольной (не фиксированной) дальности объектов сравнительно низка и требует увеличения числа полосовых фильтров, повышения помехоустойчивости и точности преобразования сигналов.Noteworthy is the principle of TV range monitoring, designed to prevent collisions or automatically detect objects at a given range in the field of view of the security system (Advanced range finder. Pat. 1605013, UK. Declared 14.03.75 No. 10842/75, publ. 16.12.81. MKI G01S 11/00 [10]). This TV range finder uses the principle and properties of a defocused image when the lens of a monocular TV camera is focused at a certain final distance, and the video signal from the output of the TV camera is passed through one or more band-pass filters and the generated signals are sent to threshold devices. They are triggered when signals of a certain threshold level are exceeded. The advantages of this principle of range measurement are that a priori information about the parameters of objects is practically not needed. At the same time, it should be noted that the accuracy of measuring an arbitrary (non-fixed) range of objects is relatively low and requires an increase in the number of band-pass filters, an increase in noise immunity and accuracy of signal conversion.

Известны и другие пути реализации дальномеров с использованием ТВ средств. Так, например (Кравец В.Г., Любинский В.Е. Основы управления космическими полетами. - М.: Машиностроение, 1983, - 224 с. [11]), видеоинформация, формируемая внешними ТВ камерами космических аппаратов (КА), может быть использована как для наблюдения космонавтами изображений КА, так и для определения относительной дальности КА в процессах их сближения и стыковки. То есть, в данном случае, на одну ТВ камеру возлагается выполнение двух функций - информационной и измерительной. Для этого на экран видеоконтрольного устройства (ВКУ) наносится соответствующая координатная сетка (электрическим или механическим путем). При контроле дальности КА с использованием координатной сетки исходят из того, что в зависимости от искомой дальности изображение КА на экране ВКУ будет занимать определенное число клеток координатной сетки. Зная характерные линейные размеры КА (например, его диаметр), а также фокусное расстояние объектива ТВ камеры, можно предварительно по известным формулам рассчитать и представить в виде графика или табличных данных значение искомой дальности от числа клеток координатной сетки. Являясь самым простым способом ТВ измерений относительной дальности объектов, он не обладает высокой точностью, требует непосредственного участия оператора и не позволяет автоматизировать процесс отображения измеряемых параметров на экране ВКУ совместно с изображением объекта (например, с изображением сближающегося КА).There are other known ways to implement rangefinders using TV tools. So, for example (Kravets V.G., Lyubinsky V.E. Fundamentals of space flight control. - M .: Mashinostroenie, 1983, - 224 p. [11]), video information generated by external TV cameras of spacecraft (SC) can be used both for astronaut observation of spacecraft images, and for determining the relative range of spacecraft in the process of their rapprochement and docking. That is, in this case, the execution of two functions is assigned to one TV camera - information and measuring. To do this, the corresponding coordinate grid (electrical or mechanical) is applied to the screen of the video monitoring device (VKU). When controlling the spacecraft range using a coordinate grid, it is assumed that, depending on the desired range, the spacecraft image on the VKU screen will occupy a certain number of grid cells. Knowing the characteristic linear dimensions of the spacecraft (for example, its diameter), as well as the focal length of the TV camera lens, you can previously calculate and present in the form of a graph or tabular data the desired distance from the number of cells of the coordinate grid. Being the simplest method of TV measurements of the relative range of objects, it does not have high accuracy, requires direct participation of the operator, and does not allow automating the process of displaying the measured parameters on the VKU screen together with the image of the object (for example, with the image of an approaching spacecraft).

В работе (Сагдуллаев Ю.С., Шелепов Н.Ю., Гизатулин Р.З. Определение дальности объектов по их телевизионному изображению // Радиотехнические и оптические системы связи: Сб. науч. тр. учеб. ин-тов связи / ЛЭИС. - Л., 1988, с.121-125 [12]) показан принцип измерения дальности объектов на основе их ТВ изображений. Суть его сводится к следующему. Захват в пространстве по объекту наблюдения зависит от угла поля зрения ТВ камеры и относительной дальности ρ до него, фокусного расстояния объектива ТВ камеры F и других величин. Относительную дальность можно определить в соответствии с выражениемIn the work (Sagdullaev Yu.S., Shelepov N.Yu., Gizatulin RZ. Determining the range of objects from their television image // Radio engineering and optical communication systems: Collection of scientific scientific and educational text-books of communication / LEIS. - L., 1988, p.121-125 [12]) shows the principle of measuring the range of objects based on their TV images. Its essence is as follows. Capture in space over the object of observation depends on the angle of the field of view of the TV camera and the relative distance ρ to it, the focal length of the lens of the TV camera F and other values. The relative range can be determined in accordance with the expression

где L - линейный размер объекта в направлении строчной или кадровой развертки изображения, х - линейный размер оптической проекции изображения объекта на светочувствительной поверхности (фотомишени) ТВ датчика.where L is the linear size of the object in the direction of horizontal or vertical scanning of the image, x is the linear size of the optical projection of the image of the object on the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor.

Линейный размер х оптической проекции изображения объекта на светочувствительной поверхности (фотомишени) ТВ датчика может быть представлен в видеThe linear size x of the optical projection of the image of the object on the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor can be represented as

где X - общий рабочий размер светочувствительной поверхности (фотомишени) ТВ датчика; Δt_p - временной интервал развертки электронного луча для рабочей поверхности фотомишени; Δt - временной интервал развертки для изображения объекта.where X is the total working size of the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor; Δt _p is the time interval of the scanning electron beam for the working surface of the target; Δt is the sweep time interval for the image of the object.

Измерение величины Δt (длительности полезного сигнала в изображении) может производиться различными методами, например стробированием серией импульсов N с периодом следования Т₀. При этомThe measurement of Δt (the duration of the useful signal in the image) can be performed by various methods, for example, by gating a series of pulses N with a repetition period T ₀ . Wherein

С учетом (2) и (3) выражение (1) принимает видIn view of (2) and (3), expression (1) takes the form

Поскольку величины F, t_p, X, Т₀ априорно известны и в целом составляют некоторое постоянное число Q, в соответствии с выражением (4), измеряемое расстояние до объекта прямо пропорционально линейному размеру объекта L и обратно пропорционально числу стробирующих импульсов N. Формирование и преобразование временного интервала Δt в число импульсов N возможно как по кадру, так и в направлении строчной развертки (то есть, тогда принимается, что Δt=Δt_к или Δt=Δt_c). Используя соотношениеSince the values of F, t _p , X, T _{0 are a} priori known and generally make up some constant number Q, in accordance with expression (4), the measured distance to the object is directly proportional to the linear size of the object L and inversely proportional to the number of strobe pulses N. The formation and the conversion of the time interval Δt into the number of pulses N is possible both in the frame and in the horizontal direction (that is, it is then assumed that Δt = Δt _k or Δt = Δt _c ). Using the ratio

х/Х=Δz/Z,x / X = Δz / Z,

где Δz - число строк (элементов), приходящихся на ТВ изображение наблюдаемого объекта; Z - число активных строк в кадре ТВ изображения, выражение (4) можно представить в видеwhere Δz is the number of lines (elements) per TV image of the observed object; Z is the number of active lines in the frame of the TV image, expression (4) can be represented as

Анализ выражения (5) показывает, что при заданном значении числа строк (элементов) Z для данной ТВ камеры дальнейшее увеличение измеряемой дальности определяется возможностью применения в ТВ камере объектива с большим фокусным расстоянием, при этом погрешность измерения дальности будет максимальна на участке расстояний, когда изображение занимает несколько строк (элементов). Положительное приращение ошибки в измерении Δz вносит меньшую погрешность в измерение расстояния до объекта. Согласно выражению (4) и (5) для определения дальности объектов необходимо знать их линейные размеры. При априорной известности дальности объектов можно определить их линейные размеры в направлении строчной и кадровой развертки изображения. При неизвестных линейных размерах объектов использование данного способа для измерения дальности объектов по их ТВ изображениям становится невозможным.An analysis of expression (5) shows that for a given value of the number of lines (elements) Z for a given TV camera, a further increase in the measured distance is determined by the possibility of using a lens with a large focal length in the TV camera, while the error in measuring the range will be maximum in the distance section when the image occupies several lines (elements). A positive increment of the measurement error Δz introduces a smaller error in the measurement of the distance to the object. According to expressions (4) and (5), to determine the range of objects, it is necessary to know their linear dimensions. If the range of objects is a priori known, their linear dimensions can be determined in the direction of the horizontal and vertical scanning of the image. With unknown linear sizes of objects, using this method to measure the range of objects from their TV images becomes impossible.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ измерения дальности при неизвестных линейных размерах объектов, за счет перемещения (смещения) монокулярной ТВ камеры к объекту в радиальном, продольном или произвольном направлении на некоторое априорно известное расстояние Δρ (Сагдуллаев Ю.С., Абдуллаев Д.А., Смирнов А.И. Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Изд-во ФАН АН РУз. Ташкент, 1997, 27-30 с. [13]). Данный способ определения расстояния (дальности) до объектов применим к широкому классу светоинформационных систем (оптических, фотографических, телевизионных и др.). Использование последовательного монокулярного технического зрения в ряде случаев предпочтительней одновременного бинокулярного, поскольку изменение базиса съемки изображений объектов во втором случае может быть более затруднительным или невозможным. Способ основан на последовательном формировании двух ТВ изображений, с помощью ТВ камеры, имеющей постоянное фокусное расстояние объектива F, с разных точек наблюдения, разнесенных между собой на априорно известное расстояние Δρ. Рассмотрим, для примера, случай, когда ТВ камера перемещается в радиальном направлении к объекту (приближается к нему по оптической оси) из точки А₁ в точку А₂ на известное расстояние Δρ (стр.30 источника аналога). Тогда для первой и второй точки формирования ТВ сигналов изображения объекта расстояние составит величинуAs the closest analogue of the claimed invention, according to the totality of the signs and operations on the signals, a method for measuring the range with unknown linear sizes of objects is adopted, by moving (displacing) the monocular TV camera to the object in the radial, longitudinal or arbitrary direction by a certain a priori known distance Δρ (Sagdullaev Yu.S., Abdullaev D.A., Smirnov A.I. Bases of television control of the process of convergence of spacecraft. Publishing House of the FAN AN RUz. Tashkent, 1997, 27-30 p. [13]). This method of determining the distance (distance) to objects is applicable to a wide class of light information systems (optical, photographic, television, etc.). The use of sequential monocular technical vision in some cases is preferable to simultaneous binocular, since changing the basis for shooting images of objects in the second case may be more difficult or impossible. The method is based on the sequential formation of two TV images, using a TV camera having a constant focal length of the lens F, from different observation points spaced apart by a priori known distance Δρ. Consider, for example, the case when a TV camera moves radially towards an object (approaches it along the optical axis) from point A ₁ to point A ₂ at a known distance Δρ (p. 30 of the analog source). Then, for the first and second points of formation of the TV signals of the image of the object, the distance will be

и

and

где х₁ и х₂ - размеры оптических проекций объекта на светочувствительной поверхности (фотомишени) ТВ датчика при наблюдении объекта из точек А₁ и А₂ соответственно.where x ₁ and x ₂ are the sizes of the optical projections of the object on the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor when observing the object from points A ₁ and A _2, respectively.

Принимая, для случая приближения ТВ камеры к объекту, что величина Δρ=ρ₁-ρ₂, тогда из выражений (6) находится значениеAssuming, for the case of a TV camera approaching an object, that Δρ = ρ ₁ -ρ ₂ , then from expressions (6) we find the value

Поскольку величина Δρ априорно известна, из выражения (7) определяется искомый размер объекта в видеSince the quantity Δρ is a priori known, the desired object size is determined from expression (7) in the form

.

Подставляя значение (8) в выражения (6) определяется дальностьSubstituting the value (8) in the expression (6) determines the range

или

or

Учитывая ранее приведенные соотношения (2) и (3), в выражении (8) и (9), значения х₁ и х₂ представляются через соответствующее число стробирующих импульсов N₁ и N₂ с периодом следования Т₀.Given the above relations (2) and (3), in the expression (8) and (9), the values of x ₁ and x _{2 are} represented through the corresponding number of gate pulses N ₁ and N ₂ with a repetition period T ₀ .

В другом случае, для примера, ТВ камера перемещается в произвольном направлении к объекту из точки A₁ в точку С₁, на известное расстояние Δρ, при этом угол между продольной линией относительно исходной оптической оси и линией смещения ТВ камеры будет составлять некоторый угол φ. Его значения могут находиться в интервале значений, где 0°<φ≤90°, и при φ=90°, когда sinφ=1, перемещение ТВ камеры будет происходить в радиальном направлении к объекту (вдоль оптической оси). При углах 0°<φ≤90° дальность до объекта для радиального и произвольного перемещения ТВ камеры находится в соответствии с выражением ρ₁=(Δρ·sinφ·х₂)/(х₂-x₁), а линейный размер объекта определяется согласно L=(Δρ·sinφ·х₁x₂)/F·(х₂-x₁).In another case, for example, the TV camera moves in an arbitrary direction to the object from point A ₁ to point C ₁ , by a known distance Δρ, while the angle between the longitudinal line relative to the original optical axis and the offset line of the TV camera will be a certain angle φ. Its values can be in the range of values where 0 ° <φ≤90 °, and at φ = 90 °, when sinφ = 1, the TV camera will move in the radial direction to the object (along the optical axis). At angles 0 ° <φ≤90 °, the distance to the object for the radial and arbitrary movement of the TV camera is in accordance with the expression ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₂ ) / (x ₂ -x ₁ ), and the linear size of the object is determined according to L = (Δρ · sinφ · x ₁ x ₂ ) / F · (x ₂ -x ₁ ).

Данный способ обеспечивает измерение дальности (с помощью одной монокулярной ТВ камеры) при неизвестных линейных размерах объектов, за счет последовательного формирования сигналов изображений и их последующей совместной обработки. Он также позволяет определять линейные размеры объектов при неизвестном расстоянии до них. Выражения (8) и (9) показывают, что для измерения объектов с меньшими линейными размерами необходимо увеличивать фокусное расстояние объектива. Вместе с тем, когда объект контроля находится на удаленном расстоянии от ТВ камеры или имеет малые размеры, возникает необходимость увеличения расстояния Δρ между двумя замерами сигналов для получения больших значений х₂ и х₁ и их различия между собой, с целью сохранения заданной точности измерения, что в ряде случаев практически нельзя реализовать (из-за ограничения пространства передвижения ТВ камеры для увеличения расстояния Δρ, временных ограничений или других факторов). Это не позволяет осуществлять измерение дальности и линейных размеров объектов с сохранением заданной точности измерений, при меньших значениях расстояния Δρ между двумя замерами сигналов ТВ изображения объекта, или при малых линейных размерах объектов, которые находятся на значительном расстоянии от ТВ камеры.This method provides a range measurement (using one monocular TV camera) with unknown linear sizes of objects, due to the sequential formation of image signals and their subsequent joint processing. It also allows you to determine the linear dimensions of objects at an unknown distance to them. Expressions (8) and (9) show that for measuring objects with smaller linear dimensions it is necessary to increase the focal length of the lens. At the same time, when the control object is located at a remote distance from the TV camera or has small dimensions, it becomes necessary to increase the distance Δρ between two measurements of signals to obtain large values of x ₂ and x ₁ and their differences among themselves, in order to maintain a given measurement accuracy, which in some cases is practically impossible to implement (due to the limited space of movement of the TV camera to increase the distance Δρ, time constraints, or other factors). This does not allow measuring the range and linear dimensions of objects while maintaining the specified measurement accuracy, at smaller values of the distance Δρ between two measurements of the TV image signals of the object, or at small linear sizes of objects that are located at a considerable distance from the TV camera.

Технический результат - повышение точности измерения дальности и линейных размеров объектов при меньших значениях расстояния Δρ между двумя замерами длительности сигналов объектов в ТВ изображениях. Технический результат достигается за счет того, что в способе измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным (ТВ) изображениям, предусматривающем измерение дальности ρ при неизвестных линейных размерах объекта L в направлении кадровой или строчной развертки ТВ изображения, включающем операции формирования сигнала первого ТВ изображения объекта, находящегося на расстоянии ρ₁=(L·F)/x₁ от ТВ камеры, расположенной в точке A₁, путем регистрации в заданной спектральной зоне оптического спектра отраженного или излученного потока лучистости от объекта и его проекции с помощью объектива, имеющего фокусное расстояние F, на светочувствительную поверхность (фотомишень) ТВ датчика, с априорно известным рабочим размером X, при этом размер оптической проекции наблюдаемого объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика характеризуется величиной х₁, которая равна x₁=X·Δt₁/Δt_p для первого ТВ изображения, где Δt_p - временной интервал развертки электронного луча для рабочей поверхности светочувствительной поверхности ТВ датчика в направлении кадровой или строчной развертки, характеризующейся числом активных строк (элементов), равных величине Z, а длительность сигнала объекта Δt₁ характеризуется в ТВ изображении величиной Δz - числом строк (элементов), приходящихся на изображение объекта, запоминания сигнала первого ТВ изображения объекта, выделения и формирования из него временного интервала, длительностью Δt₁ серией импульсов N₁ с периодом следования Т₀, при этом Δt₁=N₁·Т₀, запоминания полученного числа импульсов N₁, перемещения ТВ камеры из точки A₁ на известное расстояние Δρ к объекту, формирование сигнала второго ТВ изображения объекта, находящегося на расстоянии ρ₂=(L·F)/х₂ от ТВ камеры, при этом размер оптической проекции наблюдаемого объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика характеризуется величиной х₂, которая равна х₂=X·Δt₂/Δt_p для второго ТВ изображения, запоминания сигнала второго ТВ изображения объекта, выделения и формирования из него временного интервала, приходящегося на длительность сигнала объекта Δt₂, стробирование длительности сигнала Δt₂ серией импульсов N₂ с периодом следования Т₀, при этом Δt₂=N₂·Т₀, запоминания полученного числа импульсов N₂, далее выполнения операций совместной обработки полученного числа импульсов N₁ и N₂, приходящихся на изображение объекта в двух точках - замерах сигналов, в направлении кадровой или строчной развертки изображения с учетом параметров ТВ камеры и вычисления дальности и линейного размера объекта, при этом при перемещении ТВ камеры к объекту из точки A₁ в другую точку на расстояние Δρ в радиальном или произвольном направлении дальность ρ₁ определяется в соответствии с выражением:The technical result is an increase in the accuracy of measuring the range and linear dimensions of objects with smaller values of the distance Δρ between two measurements of the duration of the signals of objects in TV images. The technical result is achieved due to the fact that in the method of measuring the range and linear dimensions of objects from their television (TV) images, providing for measuring the range ρ with unknown linear dimensions of the object L in the direction of frame or line scan of the TV image, including the operation of generating the signal of the first TV image object located at a distance ρ ₁ = (L · F) / x ₁ from the TV camera located at point A ₁ by recording in the specified spectral zone of the optical spectrum of the reflected or radiated about the radiation flux from the object and its projection using a lens with a focal length F onto the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor, with a priori known working size X, while the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor is characterized by x ₁ , which is equal to ₁ x = X · Δt ₁ / Δt _p for the first TV image, wherein Δt _p - time interval the electron beam scanning for the working surface of the photosensitive surface of the sensor in the direction of the TV or personnel Art internal scan, characterized by the number of active lines (elements) equal to the value Z, and the signal duration object Δt ₁ characterized in TV image value Δz - the number of rows (elements) relating to the object image storing signal of the first TV image object selection and formation of has a time interval of duration Δt ₁ series of pulses N ₁ with a repetition period T _0, wherein Δt ₁ = N ₁ × T _0, storing the obtained number of pulses N _1, moving the camera TV from point a ₁ a known distance Δρ to the object, the odds ation signal of the second TV image of the object at a distance ρ ₂ = (L · F) / x ₂ of the TV camera, the resolution of the optical projection of the observed object on the photosensitive surface per the sensor is characterized by x _2, which is equal to x ₂ = X · Δt ₂ / Δt _p for the second TV images, TV signal of the second memorizing object image extraction and forming therefrom slot falling on the object signal duration Δt _2, Δt gating signal length ₂ N ₂ by a series of pulses with a repetition period T ₀ at this Δt ₂ = N ₂ × T _0, storing the obtained number of pulses N _2, then perform joint processing operations obtained pulse number N ₁ and N _2, relating to the object image at two points - measurements of signals in the direction of horizontal or vertical image with the parameters of the TV camera and calculating the range and linear size of the object, while moving the TV camera to the object from point A ₁ to another point at a distance Δρ in the radial or arbitrary direction, the distance ρ ₁ is determined in accordance with the expression:

ρ₁=(Δρ·sinφ·x₂)/(x₂-x₁),ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₂ ) / (x ₂ -x ₁ ),

а линейный размер объекта - L определяется согласно:and the linear size of the object - L is determined according to:

L=(Δρ·sinφ·x₁ x₂)/F·(x₂-x₁),L = (Δρ · sinφ · x ₁ x ₂ ) / F · (x ₂ -x ₁ ),

где φ - угол между продольной линией относительно исходной оптической оси и линией смещения ТВ камеры, 0°<φ≤90°, согласно изобретению, после перемещения ТВ камеры из точки A₁ на расстояние Δρ в направлении к объекту контроля, вводится операция, связанная с увеличением фокусного расстояния F объектива ТВ камеры на величину, равную S, при этом дальность до объекта характеризуется величиной ρ₂=(L·S·F)/x₃, а размер оптической проекции наблюдаемого объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика будет равен величине х₃, при этом х₃=X·Δt₃/Δt_p и х₃=х₂+Δx_j, где приращение размера оптической проекции Δx_j определяется выбираемой величиной S, то есть Δx_j=f(S), затем формируют и запоминают сигнал второго ТВ изображения объекта, выделяют из него сигнал длительностью, равной величине Δt₃, приходящейся на изображение объекта, где Δt₃=Δt₂+Δt_j, то есть Δt_j=f(S), далее производят стробирование временного интервала Δt₃ серией импульсов N₃ с периодом следования Т₀, при этом Δt₃=N₃·Т₀ и N₃=N₂+ΔN_j, где приращение числа импульсов ΔN_j зависит от выбираемой величины S, то есть ΔN_j=f(S), запоминают полученное число импульсов N₃, после чего выполняют операции совместной обработки сигналов с учетом ранее полученного числа импульсов N₁ для первого ТВ изображения и числа импульсов N₃, приходящихся на второе ТВ изображение объекта, полученного с фокусным расстоянием объектива, равным величине S·F, вычисляют дальность ρ₁ и линейные размеры объекта L согласно выражениям:where φ is the angle between the longitudinal line relative to the original optical axis and the displacement line of the TV camera, 0 ° <φ≤90 °, according to the invention, after moving the TV camera from point A ₁ to a distance Δρ in the direction of the control object, an operation is introduced associated with increasing the focal length F of the TV camera lens by an amount equal to S, while the distance to the object is characterized by ρ ₂ = (L · S · F) / x ₃ , and the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor will be equal to x ₃ , wherein X ₃ = X · Δt ₃ / Δt _p x ₃ = x ₂ + Δx _j, where the increment of the optical projection size Δx _j is determined selected value S, i.e. Δx _j = f (S), is then formed and stored signal of the second TV image of the object, is isolated therefrom duration signal equal to the value Δt ₃ , which falls on the image of the object, where Δt ₃ = Δt ₂ + Δt _j , that is, Δt _j = f (S), then the time interval Δt _{3 is} gated by a series of pulses N ₃ with a repetition period T ₀ , while Δt ₃ = N ₃ · T ₀ and N ₃ = N ₂ + ΔN _j , where the increment in the number of pulses ΔN _j depends on the selected value of S, that is, ΔN _j = f (S), remember the received e is the number of pulses N ₃ , after which the operations of joint signal processing are performed taking into account the previously obtained number of pulses N ₁ for the first TV image and the number of pulses N ₃ falling on the second TV image of the object obtained with the focal length of the lens equal to S · F, calculate the range ρ ₁ and the linear dimensions of the object L according to the expressions:

ρ₁=(Δρ·sinφ·х₃)/(х₃-S·x₁),ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₃ ) / (x ₃ -S · x ₁ ),

L=(Δρ·sinφ·x₁ x₃)/F·(x₃-S·x₁).L = (Δρ · sinφ · x ₁ x ₃ ) / F · (x ₃ -S · x ₁ ).

Возможно также то, что при перемещении ТВ камеры к объекту из точки А₁ в другую точку на расстояние Δρ в радиальном направлении (вдоль оптической оси) к объекту, то есть, когда φ=90° и sin 90°=1, дальность ρ₂ после перемещения ТВ камеры к объекту определяют согласно выражению:It is also possible that when the TV camera moves to the object from point A ₁ to another point at a distance Δρ in the radial direction (along the optical axis) to the object, that is, when φ = 90 ° and sin 90 ° = 1, the range ρ ₂ after moving the TV camera to the object is determined according to the expression:

ρ₂=(Δρ·x₁)/(x₃-S·x₁),ρ ₂ = (Δρ · x ₁ ) / (x ₃ -S · x ₁ ),

а при перемещении ТВ камеры на расстояние Δρ в радиальном или произвольном направлении к объекту фокусное расстояние объектива ТВ камеры увеличивают на величину S, которая удовлетворяет условию S>1, при этом для выбранного значения S·F и получаемого размера оптической проекции изображения объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика должно выполняться условие, что х₃<X или Δt₃<Δt_p или соответственно Δz<Z.and when the TV camera is moved to a distance Δρ in the radial or arbitrary direction to the object, the focal length of the TV camera lens is increased by S, which satisfies the condition S> 1, while for the selected value S · F and the obtained size of the optical projection of the image of the object on a photosensitive surface The TV sensor must satisfy the condition that x ₃ <X or Δt ₃ <Δt _p or, respectively, Δz <Z.

В частности, согласно изобретению процесс выделения и формирования временного интервала, приходящегося на полезную длительность сигнала Δt₁ и Δt₃ для объекта контроля в направлении кадровой или строчной развертки изображения, осуществляют автоматическим путем, например, на основе амплитудных или спектральных признаков сигнала изображения объекта (цвета объекта) или иных признаков путем выделения и формирования временного интервала, приходящегося на полезную длительность сигнала изображения объекта с использованием специальных алгоритмов и программных средств, а также возможно то, что процесс выделения и формирования временного интервала, приходящегося на полезную длительность сигнала Δt₁ и Δt₃ для объекта контроля при сложной фоновой ситуации, осуществляется в операторном режиме, например, за счет формирования измерительных сигналов в виде изображений двух перемещающихся тонких горизонтальных (для измерения линейных размеров объекта по кадру) или вертикальных линий (для измерения линейных размеров объекта по строке) и их совместного отображения на экране видеоконтрольного устройства с изображением объекта, наведения оператором этих линий на первое и второе ТВ изображения объекта контроля при отображении запоминаемого (статичного) ТВ изображения объекта и формирования сигнала длительностью Δt₁ и Δt₃ объекта по этим измерительным сигналам.In particular, according to the invention, the process of isolating and generating a time interval corresponding to the useful signal duration Δt ₁ and Δt ₃ for the control object in the direction of vertical or horizontal scanning of the image is carried out automatically, for example, based on the amplitude or spectral characteristics of the image signal of the object (color object) or other features by isolating and forming a time interval per useful duration of the image signal of the object using special algorithms rhythms and software, and it is also possible that the process of isolating and forming a time interval corresponding to the useful signal duration Δt ₁ and Δt ₃ for the control object in a difficult background situation is carried out in the operator mode, for example, by generating measurement signals in the form images of two moving thin horizontal (for measuring the linear dimensions of an object in a frame) or vertical lines (for measuring linear dimensions of an object in a row) and their joint display on the video screen the control device with the image of the object, the operator of these lines pointing to the first and second TV images of the control object when displaying a memorized (static) TV image of the object and generating a signal of duration Δt ₁ and Δt _{3 of the} object using these measuring signals.

Процесс перемещения ТВ камеры на расстояние Δρ к объекту контроля может осуществляться различными путями, например, за счет носимого варианта с помощью человека или мобильного варианта, за счет движения наземных, подводных, надводных, воздушных и других средств, со скоростью V, при этом Δρ=V·Δt, где Δt - время перемещения ТВ камеры из точки A₁ в другую точку.The process of moving a TV camera to a distance Δρ to the object of control can be carried out in various ways, for example, due to a wearable option using a person or a mobile version, due to the movement of ground, underwater, surface, air and other means, at a speed V, while Δρ = V · Δt, where Δt is the time the TV camera moves from point A ₁ to another point.

Сигналы длительностью Δt₁ и Δt₃ в направлении кадровой развертки ТВ изображения могут иметь свои величины и обозначения Δt_1к и Δt_3к, а в направлении строчной развертки ТВ изображения - Δt_1c и Δt_3c, и соответственно линейный размер объекта в направлении кадровой и строчной развертки ТВ изображения будет иметь свои величины с обозначениями L_к и L_c.Signals of duration Δt ₁ and Δt ₃ in the vertical direction of the TV image can have their values and designations Δt _1k and Δt _3k , and in the direction of horizontal scanning of the TV image - Δt _1c and Δt _3c , and accordingly the linear size of the object in the direction of vertical and horizontal scanning TV images will have their values with the designations L _to and L _c .

Введение операции, связанной с формированием сигнала второго ТВ изображения с большим фокусным расстоянием объектива ТВ камеры, позволяет увеличить точность измерений. При этом величина S может быть любым числом в интервале значений S>1, но для выбранного значения S·F и размера оптической проекции изображения объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика должно выполняться условие, что х₃<X, или соответственно Δt₃<Δt_p, или Δz<Z, где Δz - число строк (элементов), приходящихся на изображение объекта контроля, a Z - общее число активных строк (элементов) в ТВ растре в направлении кадровой или строчной развертки (то есть изображение объекта во втором ТВ изображении не должно выходить за пределы ТВ растра). Увеличение фокусного расстояния объектива ТВ камеры позволяет уменьшить расстояние Δρ передвижения ТВ камеры для объектов с различными линейными размерами, в том числе и при их уменьшении. Это связано с тем, что погрешность измерения фактически определяется числом строк (элементов) приходящихся на изображение объекта в направлении кадровой или строчной развертки изображений. Она будет максимальной для расстояний, когда размер наблюдаемого объекта в ТВ изображении минимальный и занимает всего несколько строк (элементов), что будет характеризоваться минимальной длительностью сигнала изображения Δt_min, для последующего его стробирования серией импульсов. В то же время, когда изображение объекта максимально в ТВ растре (что соответствует, для рассматриваемого случая, изображению объекта второго ТВ изображения, полученного с большим фокусным расстоянием объектива, равного S·F), погрешность измерений, наоборот, будет минимальной. За счет этих особенностей увеличивается точность измерений и обеспечивается достижение поставленной цели.The introduction of the operation associated with the formation of the signal of the second TV image with a large focal length of the TV camera lens allows to increase the accuracy of measurements. Moreover, the value of S can be any number in the range of values of S> 1, but for the selected value of S · F and the size of the optical projection of the image of the object on the photosensitive surface of the TV sensor, the condition must be satisfied that x ₃ <X, or Δt ₃ <Δt _p , or Δz <Z, where Δz is the number of lines (elements) per image of the control object, and Z is the total number of active lines (elements) in the TV raster in the direction of vertical or horizontal scanning (that is, the image of the object in the second TV image is not must go beyond the TV raster). Increasing the focal length of the lens of the TV camera allows you to reduce the distance Δρ of the movement of the TV camera for objects with different linear sizes, including when they are reduced. This is due to the fact that the measurement error is actually determined by the number of lines (elements) per image of the object in the direction of frame or line scan images. It will be maximum for distances when the size of the observed object in the TV image is minimal and takes only a few lines (elements), which will be characterized by the minimum image signal duration Δt _min , for its subsequent gating by a series of pulses. At the same time, when the image of the object is maximum in the TV raster (which corresponds, for the case under consideration, to the image of the object of the second TV image obtained with a large focal length of the lens equal to S · F), the measurement error, on the contrary, will be minimal. Due to these features, the accuracy of measurements is increased and the achievement of the set goal is ensured.

Технический результат достигается за счет увеличения фокусного расстояния объектива ТВ камеры в S раз при формировании второго кадра ТВ изображения и обеспечения формирования сигнала с большей длительностью, равной Δt₃=Δt₂+Δt_j, где Δt_j=f(S), которая приходится на изображение объекта в сигнале второго кадра ТВ изображения. За счет этого, для интервала времени Δt₃, достигается увеличение числа стробирующих импульсов до величины, равной N₃=N₂+ΔN_j, что, при проведении вычислений, приводит к повышению точности измерений дальности и линейных размеров объектов.The technical result is achieved by increasing the focal length of the TV camera lens S times when forming the second frame of the TV image and providing a signal with a longer duration equal to Δt ₃ = Δt ₂ + Δt _j , where Δt _j = f (S), which falls on image of the object in the signal of the second frame of the TV image. Due to this, for the time interval Δt ₃ , an increase in the number of strobe pulses is achieved to a value equal to N ₃ = N ₂ + ΔN _j , which, when performing calculations, leads to an increase in the accuracy of measuring the range and linear dimensions of objects.

На фиг.1, в качестве примера, показана структурная схема ТВ устройства для измерения дальности и линейных размеров объектов. Данное ТВ устройство реализует предлагаемый способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям. Оно содержит в своем составе объектив с переменным фокусным расстоянием 1, блок изменения фокусного расстояния 2, оптический фильтр с регулируемой спектральной характеристикой 3, телевизионный датчик (преобразователь "свет-сигнал") 4, синхрогенератор 5, усилитель-формирователь 6, первый, второй и третий управляемые коммутаторы 7, 14 и 16, сумматор сигналов 8, видоискатель (или видеоконтрольное устройство - ВКУ) 9, блок памяти на ТВ кадр 10, генератор тактовых и управляющих импульсов 11, блок автоматического выделения и формирования изображения 12, формирователь измерительных сигналов, формирующий горизонтальные или вертикальные линии 13, блок измерения параметров 15, блок управления 17, блок наведения 18, внешние потребители информации 19. Фактически блоки 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут рассматриваться как составляющие некоторой специализированной микроЭВМ. Важнейшим компонентом, входящим в состав блока измерения параметров 15, является центральный процессор, который характеризуется определенными параметрами: быстродействием, разрядностью, числом программно-доступных регистров и т.д. и выполняет арифметические, логические и другие операции, обработку сигналов от устройств ввода-вывода и др. Имеет определенный объем памяти ОЗУ и ПЗУ. Для вычисления дальности и линейных размеров объектов используется специальная программа. После окончания цикла измерений результаты измерений могут сохраняться в оперативной памяти или стираться. Обрабатываемые данные из центрального процессора выводятся для отображения на экране видоискателя или ВКУ в виде упорядоченной информации, содержащей результаты измерения, время, если необходимо - графики, характеризующие результаты измерения во времени и т.д. Использование режима синхронизации в блоке измерения параметров 15 с ТВ сигналом позволяет отобразить измерительную информацию с любым стандартным видеосигналом на экране единого ВКУ.Figure 1, as an example, shows a structural diagram of a TV device for measuring the range and linear dimensions of objects. This TV device implements the proposed method for measuring the range and linear dimensions of objects from their television images. It contains a lens with a variable focal length 1, a unit for changing the focal length 2, an optical filter with an adjustable spectral characteristic 3, a television sensor (light-signal converter) 4, a sync generator 5, an amplifier-shaper 6, the first, second and the third managed switches 7, 14 and 16, the signal adder 8, the viewfinder (or video monitoring device - VKU) 9, the memory unit on the TV frame 10, the clock and control pulse generator 11, the block for automatic selection and imaging 12, a measuring signal equalizer forming horizontal or vertical lines 13, a parameter measuring unit 15, a control unit 17, a guidance unit 18, external information consumers 19. In fact, blocks 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 can be considered as components of some specialized microcomputer. The most important component that is part of the unit for measuring parameters 15 is the central processor, which is characterized by certain parameters: speed, capacity, number of programmable registers, etc. and performs arithmetic, logical and other operations, processing signals from input-output devices, etc. It has a certain amount of RAM and ROM memory. A special program is used to calculate the range and linear dimensions of objects. After the end of the measurement cycle, the measurement results can be stored in RAM or erased. The processed data from the central processor is output for display on the viewfinder or VKU screen in the form of ordered information containing the measurement results, time, if necessary, graphs characterizing the measurement results in time, etc. Using the synchronization mode in the unit for measuring parameters 15 with a TV signal allows you to display measurement information with any standard video signal on the screen of a single VCU.

Синхрогенератор 5 формирует необходимые строчные и кадровые импульсы, которые используются для развертки изображения в ТВ датчике 4, для формирования полного ТВ сигнала на выходе усилителя-формирователя 6, а также вырабатывает необходимые тактовые импульсы для генератора тактовых и управляющих импульсов 11, выходные сигналы которого необходимой длительности и периода следования поступают на входы соответствующих блоков 10, 13, 15, 16, 17. В качестве ТВ датчика 4 могут быть использованы любые передающие трубки (типа видикон) или ПЗС матрицы.The sync generator 5 generates the necessary horizontal and frame pulses, which are used to scan the image in the TV sensor 4, to generate a full TV signal at the output of the amplifier-former 6, and also generates the necessary clock pulses for the clock generator and control pulses 11, the output signals of which are of the necessary duration and the repetition period are fed to the inputs of the corresponding blocks 10, 13, 15, 16, 17. As a TV sensor 4, any transmitting tubes (such as a Vidicon) or a CCD matrix can be used.

Рассмотрим процесс работы ТВ устройства для измерения дальности и линейных размеров объектов. Вначале осуществляется поиск и визуальное наблюдение объектов контроля. Когда объект контроля находится на расстоянии ρ₁=(L·F)/x₁ в поле зрения ТВ камеры, он отражает или излучает поток лучистой энергии, с помощью объектива 1, имеющего фокусное расстояние F, он проецируется на светочувствительную поверхность (фотомишень) ТВ датчика 4 с рабочим размером X, через оптический фильтр с выбранной спектральной характеристикой 3, при этом размер оптической проекции наблюдаемого объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика характеризуется величиной x₁. После преобразования лучистого (светового) потока с помощью ТВ датчика в сигнал изображения, он поступает на усилитель-формирователь 6, где осуществляется коррекция и усиление сигнала изображения до необходимого уровня и далее происходит его смешивание с гасящими и синхронизирующими импульсами кадровой и строчной развертки, после чего на его выходе формируется полный ТВ сигнал, который, проходя через первый управляемый коммутатор 7, сумматор сигналов 8, поступает на вход видоискателя (ВКУ) и отображается на экране для визуального восприятия изображения объекта оператором. При нахождении объекта контроля в поле зрения ТВ устройства для измерения дальности и линейных размеров объектов и необходимости проведения измерений осуществляется формирование первого ТВ изображения. Управляющий сигнал с выхода блока управления 17 поступает на второй вход управляемого коммутатора 7. Он дает разрешение на прохождение ТВ сигнала на первый вход блока памяти на ТВ кадр 10. Потом на второй вход кадровой памяти 10 поступает управляющий сигнал, дающий разрешение на запись видеосигнала в блоке памяти на ТВ кадр 10. Для контроля записанного статичного ТВ изображения видеосигнал считывается с блока кадровой памяти на ТВ кадр 10 и через первый управляемый коммутатор 7, пройдя сумматор сигналов 8, отображается на экране видоискателя 9. После этого происходит операция селекции по длительности сигнала, приходящего от изображения объекта в автоматическом или операторном режиме. В автоматическом режиме - управляющие разрешительные сигналы с выхода блока 17 поступают на второй вход блока автоматического выделения и формирования изображения 12, на выходе которого формируется сигнал временного интервала Δt₁, приходящегося на длительность сигнала от объекта. Этот сигнал через второй управляемый коммутатор 14 поступает на блок измерения параметров 15, где производится стробирование его серией импульсов N₁ с периодом следования Т₀, при этом Δt₁=N₁·Т₀, а затем в этом блоке 15 осуществляется запоминание полученного числа импульсов N₁. В операторном режиме - управляющий разрешительный сигнал поступает на формирователь измерительных сигналов (ИС), вырабатывающий горизонтальные или вертикальные линии 13, с выхода которого сигналы горизонтальных или вертикальных линий, через третий управляемый коммутатор 16, сумматор сигнала 8, отображаются на экране видоискателя 9. Оператор с использованием блока наведения 18 наводит изображения ИС в виде горизонтальных или вертикальных линий на габаритные размеры объекта контроля в направлении кадровой или строчной развертки изображения. Поскольку с использованием блока кадровой памяти на ТВ кадр 10 оператор наводит изображение ИС на статическое изображение объекта контроля, то достоверность снятия отсчетов увеличивается и тем самым повышается точность измерения дальности. Далее дается управляющий разрешительный сигнал на второй коммутатор 14 и сигнал с длительностью Δt₁, соответствующий сигналу изображения объекта, поступает в блок измерения параметров 15. Далее с ним проводят идентичные операции обработки, как и в автоматическом режиме, стробируют серией импульсов и запоминают полученное число импульсов N₁. После осуществления процесса перемещения ТВ камеры на расстояние Δρ к объекту контроля, различными путями, например, за счет носимого варианта с помощью человека или мобильного варианта, за счет движения наземных, надводных, воздушных и других средств, со скоростью V, при этом Δρ=V·Δt, осуществляют увеличение фокусного расстояния объектива ТВ камеры 1 на величину, равную S с использованием блока 2. Формирование второго ТВ изображения осуществляется идентично первому. Порядок выполнения операций и их последовательность такая же. Они заканчиваются для второго ТВ изображения формированием временного интервала с длительностью Δt₃, его стробированием серией импульсов N₃ и их запоминанием. Завершающий этап измерения дальности и линейных размеров объектов предусматривает операции совместной обработки сигналов в блоке измерений параметров 15, включающем центральный процессор, с учетом числа полученных импульсов N₁ и N₃, приходящихся на первое и второе ТВ изображения объекта, после подачи управляющего разрешительного сигнала. В блоке 15, с учетом априорных параметров ТВ камеры и других величин (заданных в виде постоянного числа), вычисляют дальность ρ и линейные размеры объекта L в соответствии с выражениями, учитывающими фокусное расстояние объектива ТВ камеры, равное величине S·F после перемещения ТВ камеры на расстояние Δρ в радиальном или произвольном направлении к объекту контроля на основе специальной программы. При перемещении ТВ камеры на расстояние Δρ, только в радиальном направлении (вдоль исходной оптической оси) к объекту, дальность и линейный размер объекта определяют согласно выражениям: ρ₁=(Δρ·х₃)/(х₃-S·x₁) или ρ₂=(Δρ·х₁)/(х₃-S·x₁), L=(Δρ·x₁·х₃)/F(x₃-S·x₁), где х₃=X·Δt₃/Δt_p, Δt₃=N₃·Т₀. При перемещении ТВ камеры на расстояние Δρ, в радиальном и произвольном направлении к объекту, дальность и линейный размер объекта определяют согласно выражению: ρ₁=(Δρ·sinφ·х₃)/(х₃-S·x₁), L=(Δρ·sinφ·x₁x₃)/F·(х₃-S·x₁), где 0°<φ≤90°. Полученные результаты измерений с первого выхода блока измерения параметров 15 подаются на вход сумматора сигналов 8, с выхода которого поступают на вход видоискателя 9, отображаются на экране видоискателя в виде численных данных для визуального анализа оператором. Со второго выхода блока 15 полученные данные могут поступать к внешним потребителям информации 19, сигналы от которых могут поступать на блок управления 17 (показано штрихпунктирной линией на чертеже).Consider the operation of a TV device for measuring the range and linear dimensions of objects. Initially, a search and visual observation of the objects of control is carried out. When the control object is located at a distance ρ ₁ = (L · F) / x ₁ in the field of view of the TV camera, it reflects or emits a stream of radiant energy, using the lens 1 having a focal length F, it is projected onto the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor 4 with a working size X, through an optical filter with a selected spectral characteristic 3, while the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor is characterized by the value x ₁ . After converting the radiant (light) stream using a TV sensor into an image signal, it enters the amplifier-driver 6, where the image signal is corrected and amplified to the required level, and then it is mixed with damping and synchronizing pulses of vertical and horizontal scanning, after which a full TV signal is generated at its output, which, passing through the first managed switch 7, the signal adder 8, is fed to the input of the viewfinder (VKU) and displayed on the screen for visual perception Image of the object by the operator. When a control object is in the field of view of a TV device for measuring the range and linear dimensions of objects and the need for measurements, the first TV image is formed. The control signal from the output of the control unit 17 is fed to the second input of the managed switch 7. It gives permission for the TV signal to pass to the first input of the memory unit to the TV frame 10. Then, the control signal gives permission for recording the video signal in the block to the second input of the frame memory 10 memory on the TV frame 10. To control the recorded static TV image, the video signal is read from the frame memory unit on the TV frame 10 and through the first managed switch 7, passing the signal adder 8, is displayed on the viewfinder 9. P After this, a selection operation is performed according to the duration of the signal coming from the image of the object in automatic or operator mode. In automatic mode, control permissive signals from the output of block 17 are fed to the second input of the block for automatic extraction and imaging 12, the output of which is the signal of the time interval Δt ₁ per time signal from the object. This signal through the second managed switch 14 is fed to the parameter measuring unit 15, where it is gated by a series of pulses N ₁ with a repetition period T ₀ , with Δt ₁ = N ₁ · T ₀ , and then the received number of pulses is stored in this block 15 N ₁ . In the operator mode, the control enable signal is supplied to the measuring signal (IC) driver generating horizontal or vertical lines 13, from the output of which the horizontal or vertical line signals, through the third managed switch 16, signal 8 adder, are displayed on the viewfinder 9. The operator using the guidance unit 18 induces the image of the IP in the form of horizontal or vertical lines on the overall dimensions of the control object in the direction of vertical or horizontal scanning i. Since using the frame memory block on the TV frame 10, the operator induces the image of the IC on the static image of the control object, the reliability of the readout increases and thereby increases the accuracy of the range measurement. Next, a control permitting signal is given to the second switch 14 and a signal with a duration Δt ₁ corresponding to the image signal of the object is supplied to the parameter measuring unit 15. Next, identical processing operations are performed with it, as in the automatic mode, they are gated with a series of pulses and the received number of pulses is stored N ₁ . After the process of moving the TV camera to a distance Δρ to the object of control, in various ways, for example, due to the wearable option using a person or a mobile version, due to the movement of ground, surface, air and other means, with a speed V, while Δρ = V · Δt, increase the focal length of the lens of the TV camera 1 by an amount equal to S using block 2. The formation of the second TV image is identical to the first. The order of operations and their sequence is the same. They end for the second TV image with the formation of a time interval with a duration of Δt ₃ , its gating with a series of pulses N ₃ and their memorization. The final stage of measuring the range and linear dimensions of the objects involves the operations of joint processing of signals in the parameter measurement block 15, including the central processor, taking into account the number of received pulses N ₁ and N ₃ that fall on the first and second TV images of the object, after applying a control enable signal. In block 15, taking into account the a priori parameters of the TV camera and other values (specified as a constant number), the range ρ and the linear dimensions of the object L are calculated in accordance with expressions that take into account the focal length of the TV camera lens equal to S · F after moving the TV camera to a distance Δρ in the radial or arbitrary direction to the object of control on the basis of a special program. When moving the TV camera to a distance Δρ, only in the radial direction (along the original optical axis) to the object, the range and linear size of the object is determined according to the expressions: ρ ₁ = (Δρ · x ₃ ) / (x ₃ -S · x ₁ ) or ρ ₂ = (Δρ · x ₁ ) / (x ₃ -S · x ₁ ), L = (Δρ · x ₁ · x ₃ ) / F (x ₃ -S · x ₁ ), where x ₃ = X · Δt ₃ / Δt _p , Δt ₃ = N ₃ · T ₀ . When moving a TV camera to a distance Δρ, in a radial and arbitrary direction to the object, the range and linear size of the object is determined according to the expression: ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₃ ) / (x ₃ -S · x ₁ ), L = ( Δρ · sinφ · x ₁ x ₃ ) / F · (x ₃ -S · x ₁ ), where 0 ° <φ≤90 °. The obtained measurement results from the first output of the parameter measuring unit 15 are fed to the input of the signal adder 8, the output of which is fed to the input of the viewfinder 9, displayed on the viewfinder in the form of numerical data for visual analysis by the operator. From the second output of block 15, the obtained data can be sent to external consumers of information 19, the signals from which can be sent to control unit 17 (shown by a dash-dot line in the drawing).

Claims

1. A method of measuring the range and linear dimensions of objects from their television (TV) images, providing for measuring the range ρ with unknown linear dimensions of the object L in the direction of vertical or horizontal scanning of the TV image, including the operation of generating a signal of a TV image of an object located at a distance ρ ₁ = (L · F) / x ₁ from a TV camera located at point A ₁ by registering in a given spectral region of the optical spectrum of the reflected or radiated radiation flux from the object and its projection using the objects of a beam having a focal length F onto the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor, with an a priori known working size X, and the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor is characterized by x ₁ , which is x ₁ = X · Δt ₁ / Δt _p for the first TV image of the object, wherein Δt _p - time interval the electron beam scanning for the working surface of the photosensitive surface per sensor in the direction of horizontal or vertical, characterized by the number of active troc (elements) equal to the value Z, and the signal duration object Δt ₁ characterized in TV image value Δz - the number of rows (elements) relating to the object image, storing the signal of the first TV image object selection and forming therefrom a time interval having on the duration of the object signal Δt ₁ , gating the signal with the duration Δt _{1 by a} series of pulses N ₁ with a repetition period T ₀ , while Δt ₁ = N ₁ · T ₀ , storing the obtained number of pulses N ₁ , moving the TV camera from point A ₁ to a known distance Δρ to the object, signal generation of the second TV image of the object located at a distance ρ ₂ = (L · F) / x ₂ from the TV camera, while the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor is characterized by the value x ₂ = X · Δt ₂ / Δt _p for the second TV image, storing the signal of the second TV image of the object, extracting and generating from it a time interval corresponding to the duration of the signal of the object Δt ₂ , gating the signal duration Δt ₂ with a series of pulses N ₂ with a repetition period T ₀ , at ohm Δt ₂ = N ₂ · T ₀ , storing the obtained number of pulses N ₂ , then performing joint processing of the obtained number of pulses N ₁ and N ₂ per image of the object at two points - signal measurements, in the direction of vertical or horizontal scanning of the image with taking into account the parameters of the TV camera, and calculating the range and linear size of the object, while moving the TV camera to the object from point A ₁ to another point at a distance Δρ in the radial or arbitrary direction, the distance ρ ₁ is determined in accordance with the expression:
ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₂ ) / (x ₂ -x ₁ ),
and the linear size of the object - L is determined according to:
L = (Δρ · sinφ · x ₁ x ₂ ) / F · (x ₂ -x ₁ ),
where φ is the angle between the longitudinal line relative to the original optical axis and the displacement line of the TV camera, equal to 0 ° ≤φ≤90 °, characterized in that after moving the TV camera from point A ₁ to a distance Δρ in the direction of the control object, an operation is introduced, associated with an increase in S times the focal length F of the TV camera lens, while the distance to the object is characterized by ρ ₂ = (L · S · F) / x ₃ , and the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor will be equal to x ₃ with x ₃ = X · Δt ₃ / Δt _p and x ₃ = x ₂ + Δx _j , where the increment of the optical projection size Δx _j is determined by the selected value of S, that is, Δx _j = f (S), then the signal of the second TV image of the object is formed and stored, a signal is extracted from it with a duration equal to the value of Δt ₃ per image of the object, where Δt ₃ = Δt ₂ + Δt _j , that is, Δt _j = f (S), then the time interval Δt _{3 is} gated by a series of pulses N ₃ with a repetition period T ₀ , while Δt ₃ = N ₃ · T ₀ and N ₃ = N ₂ + ΔN _j , where the increment in the number of pulses ΔN _j depends on the selected value of S, that is, ΔN _j = f (S), the resulting number of imp number of pulses N ₃ , after which the operations of joint processing of signals are performed, taking into account the previously obtained number of pulses N ₁ for the first TV image and the number of pulses N ₃ per second TV image of an object obtained with a focal length of the lens equal to S · F, calculate range ρ and linear dimensions of the object L, according to the expressions:
ρ ₁ = (Δρ · sinφ · x ₃ ) / (x ₃ -x ₁ ),
L = (Δρ · sinφ · x ₁ x ₃ ) / F · (x ₃ -x ₁ ).

2. The method according to claim 1, characterized in that when moving the TV camera to the object from point A ₁ to another point at a distance Δρ in the radial direction (along the optical axis) to the object, that is, when φ = 90 ° and sin90 ° = 1, the range ρ ₂ after moving the TV camera to the object is determined according to the expression:
ρ ₂ = (Δρ · x ₁ ) / (x ₃ -S · x ₁ ).

3. The method according to claim 1, characterized in that when the TV camera is moved to a distance Δρ in the radial or arbitrary direction to the object, the focal length of the TV camera lens is increased by S, which satisfies the condition S> 1, while for the selected value S · F and the resulting size of the optical projection of the image of the object on the photosensitive surface of the TV sensor must satisfy the condition that x ₃ <X or Δt ₃ <Δt _p or, respectively, Δz <Z.

4. The method according to claim 1, characterized in that the process of isolating and generating a time interval corresponding to the useful signal duration Δt ₁ and Δt ₃ for the control object in the direction of the vertical or horizontal scanning of the image is carried out automatically, for example, on the basis of amplitude or spectral features of the image signal of the object (object color) or other signs by isolating and forming a time interval corresponding to the useful duration of the image signal of the object using special al rhythms and software.

5. The method according to claim 1, characterized in that the process of isolating and forming a time interval attributable to the useful signal duration Δt ₁ and Δt ₃ for the control object in a difficult background situation is carried out in the operator mode, for example, by generating measurement signals in images of two moving thin horizontal (for measuring the linear dimensions of an object by frame) or vertical lines (for measuring the linear dimensions of an object by a line) and their joint display on the screen of a video monitoring device -keeping with the image of the object, the operator guidance of these lines on the first and second TV image control object when displaying the memorized (static) TV image of the object and signal duration Δt ₁ and Δt ₃ properties of these measuring signals.

6. The method according to claim 1, characterized in that the process of moving the TV camera at a distance Δρ to the object of control can be carried out in various ways, for example, due to the wearable option using a person or a mobile option, due to the movement of ground, underwater, surface, air and other means, with a speed of V, with Δρ = V · Δt, where Δt is the time the TV camera moves from point A ₁ to another point.

7. The method according to claim 1, or 2, or 5, characterized in that the signals of duration Δt ₁ and Δt ₃ in the vertical direction of the TV image have their values and designations Δt _1k and Δt _3k , and in the direction of horizontal scanning of the TV image Δt _1c and Δt _3c , and accordingly the linear size of the object in the direction of the vertical and horizontal scanning of the TV image will have its own values and designations L _to and L _c .