RU2431863C2 - Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве - Google Patents

Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве Download PDF

Info

Publication number
RU2431863C2
RU2431863C2 RU2009112382/09A RU2009112382A RU2431863C2 RU 2431863 C2 RU2431863 C2 RU 2431863C2 RU 2009112382/09 A RU2009112382/09 A RU 2009112382/09A RU 2009112382 A RU2009112382 A RU 2009112382A RU 2431863 C2 RU2431863 C2 RU 2431863C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parallelogram
coordinate system
image plane
point
optical
Prior art date
Application number
RU2009112382/09A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009112382A (ru
Inventor
Зигфрид РУЗ (FR)
Зигфрид РУЗ
Original Assignee
Таль
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 Таль filed Critical Таль
Publication of RU2009112382A publication Critical patent/RU2009112382A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2431863C2 publication Critical patent/RU2431863C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/16—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S5/163—Determination of attitude
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F41—WEAPONS
    • F41G—WEAPON SIGHTS; AIMING
    • F41G3/00—Aiming or laying means
    • F41G3/22—Aiming or laying means for vehicle-borne armament, e.g. on aircraft
    • F41G3/225—Helmet sighting systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/87—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/875—Combinations of systems using electromagnetic waves other than radio waves for determining attitude
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/0093—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 with means for monitoring data relating to the user, e.g. head-tracking, eye-tracking

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способу оптического определения положения и ориентации некоторого объекта при помощи оптического устройства, содержащего по меньшей мере один параллелограмм, жестко связанный с упомянутым объектом, причем это оптическое устройство имеет в своем составе оптические средства и электронные средства анализа, дающие возможность определить координаты четырех вершин параллелограмма A'B'C'D' в ортонормированной системе координат с центром в точке О, обозначенной Ro(O,
Figure 00000068
,
Figure 00000069
,

Description

Изобретение относится к способу оптического определения положения и ориентации объекта в пространстве. Говоря более конкретно, этот способ применяется в авиационной области. В этом случае упомянутый объект представляет собой шлем пилота, содержащий систему визуализации на этом шлеме.
Определение положения и ориентации объекта в пространстве представляет собой проблему, касающуюся многих технических областей. Обычно предлагаемые различные технические решения в качестве основных характеристик должны обладать способностью устранить всякую неоднозначность положения или ориентации, способностью соответствовать более или менее жесткой динамике систем и обеспечивать высокую точность определения.
Эти системы используются в авиации для определения положения головы, в частности, для шлемов пилотов военных самолетов, а также пилотов военных, гражданских или полугражданских вертолетов. Такие системы используются также для определения положения и ориентации шлемов симуляторов, причем в этом случае такое определение может использоваться в сочетании с окулометрическим устройством, также называемым эйтрекером (еуеtrаскеr) для определения направления взгляда человека. В области виртуальной реальности и компьютерных игр также существуют многочисленные применения подобных систем.
В настоящее время оптические системы определения позы основываются на двух главных принципах. В первую очередь имеется возможность идентифицировать на изображении, реализуемом, например, при помощи матричного датчика, положение точечных световых излучателей. При этом в качестве таких световых излучателей могут быть использованы электролюминисцентные диоды, называемые светоизлучающими диодами (LЕD). В то же время другое техническое решение состоит в наблюдении недвусмысленного рисунка, отпечатанного на объекте, положение и ориентация которого подлежат определению. С этой целью используют одну или несколько видеокамер, предназначенных для наблюдения этого рисунка и его анализа на основе полученных изображений.
В случае использования световых источников типа светодиодов LЕD эти источники располагаются группами. Эти группы светодиодов LЕD также называют кластерами (сlustеr). В случае применения в области авиации эти кластеры, размещаемые на шлеме, обычно не располагаются в одной плоскости и представлены во многих случаях в форме тетраэдра на шлеме.
На Фиг.1 представлен шлем 1, используемый в авиации для систем определения положения и ориентации объекта в пространстве. Светодиоды 10, размещенные на шлеме, образуют кластер в форме тетраэдра. Этот тетраэдр на Фиг.1 показан пунктирными линиями. Система такого типа требует использования датчиков, обычно видеокамер, размещаемых в кабине пилотов. Здесь речь идет об устройстве, содержащем множество излучателей и множество приемников, в котором излучатели представляют собой светодиоды и приемники представляют собой видеокамеры.
Анализ информации, поступающей от датчиков, является сложным, принимая во внимание пространственную геометрию, которая требует большого объема вычислений. В то же время приведение в действие системы этого типа может представлять определенные ограничительные аспекты с точки зрения быстроты выполнения вычислений и может, таким образом, затрагивать точность работы подобных систем. При этом для достижения требуемой точности датчик типа видеокамеры должен иметь высокую разрешающую способность и обработка информации датчика предлагает предсказание положения светодиодов LЕD и анализ интересующих зон.
Существуют различные варианты систем этого типа, в частности устройства определения тени от решетки, освещенной при помощи источника света, установленного на шлеме. Эти системы представляют ограничение на определение, с требуемой точностью, ориентации объекта, подлежащего идентификации.
Способ определения положения и ориентации объекта путем наблюдения рисунка на объекте при помощи видеокамер является менее точным. Этот способ требует выполнения большого объема вычислений и ставит проблемы использования в возмущенной окружающей среде. Способ улучшения характеристик такой системы состоит в увеличении количества датчиков и размещении этих датчиков оптимальным образом. Тем не менее, это техническое решение остается достаточно сложным в реализации.
В целом современные технические решения, обеспечивающие определение положения и ориентации объекта в пространстве и используемые в области авиации, представляют некоторые ограничения, связанные с компромиссом между использованием технических решений, предельно тяжелых с точки зрения необходимых вычислений, и требованиями обеспечения заданной точности. В то же время специфические условия авиационной окружающей среды заставляют обеспечивать резервирование оптических средств или датчиков и не позволяют использовать достаточно простые технические решения.
Способ в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет, в частности, устранить отмеченные выше недостатки. Действительно, предлагаемое устройство содержит датчики или излучатели, сгруппированные в кластер, имеющий форму параллелограмма. Способ определения положения датчиков вследствие этого является достаточно простым в использовании и требует весьма незначительных вычислений, причем этот способ является детерминистическим. Этот способ является весьма выгодным в случае следящих систем, где время между двумя измерениями уменьшено и точность определения возрастает.
Предпочтительным образом оптический способ определения положения и ориентации объекта в пространстве реализуется посредством оптического устройства, содержащего по меньшей мере один первый параллелограмм (А′В′C′D′), жестко связанный с упомянутым объектом, и имеющего в своем составе оптические средства и электронные средства анализа, позволяющие определить координаты четырех вершин первого параллелограмма (А′В′C′D′) в ортонормированной системе координат (Rо(О,
Figure 00000001
)), содержащей центр (О), причем эта система координат содержит плоскость (О,
Figure 00000002
), параллельную плоскости изображения (Рi). Эта плоскость изображения недвусмысленно представляет собой плоскость изображения рассматриваемого оптического устройства.
Предлагаемый способ содержит несколько этапов:
- первый этап определения второго опорного параллелограмма (АоВоСоDо), центр (О) которого представляет собой центр системы координат (Rо(О,
Figure 00000001
)), обладающего теми же характеристиками, что и первый параллелограмм (А′В′C′D′), располагающийся в плоскости (О,
Figure 00000002
), параллельной плоскости изображения (Рi);
- второй этап определения преобразования, в результате которого первый параллелограмм (А′В′C′D′) будет представлять собой изображение второго параллелограмма (АоВоСоDо), причем это преобразование раскладывается на смещение
Figure 00000003
и векторный поворот r;
- третий этап определения при помощи оптических средств четырехугольника (АВСD), получаемого при помощи проекции параллелограмма (А′В′C′D′) в плоскость изображения (Рi) с ненулевой абсциссой Хi в системе координат (RО) с центром в О вдоль направления (
Figure 00000004
),
Figure 00000005
перпендикулярного плоскости изображения (Рi);
- четвертый этап определения:
а) первой точки (Е), принадлежащей плоскости изображения (Рi), когда она существует, такой, чтобы первая точка (Е) представляла собой пересечение прямых, образованных двумя противоположными сторонами (АВ, СD) четырехугольника;
б) второй точки (F), принадлежащей плоскости изображения (Рi), когда она существует, такой, чтобы вторая точка (F) представляла собой пересечение прямых, образованных двумя другими сторонами (АС, ВD) этого четырехугольника;
в) первого вектора
Figure 00000006
связывающего центр (О) системы координат и упомянутую первую точку (Е);
г) второго вектора
Figure 00000007
связывающего центр (О) системы координат и упомянутую вторую точку (F);
- пятый этап определения соответствующих изображений единичных векторов
Figure 00000008
определяющих систему координат (Rо) при помощи поворота r в зависимости от упомянутых первого и второго векторов
Figure 00000009
и координат четырех вершин (Ао, Во, Со, Dо) второго параллелограмма (АоВоСоDо);
- шестой этап определения смещения
Figure 00000010
в зависимости от первого и второго векторов
Figure 00000009
и координат четырех вершин (Ао, Во, Со, Dо) второго параллелограмма (АоВоСоDо). Знание этого смещения
Figure 00000011
и поворота r достаточно для того, чтобы точно засечь положение объекта, а также его ориентацию в пространстве;
- и наконец, седьмой этап может быть реализован для того, чтобы определить координаты вершин (А′, В′, C′, D′) первого параллелограмма в системе координат Rо на основе известных координат вершин (Ао, Во, Со, Dо) второго параллелограмма, а также преобразования, состоящего из смещения u и поворота r.
Предпочтительным образом способ определения может содержать специфические формы параллелограммов, такие, например, как ромбы, прямоугольники или квадраты.
Предпочтительным образом предлагаемый способ оптического определения может содержать оптические средства, имеющие в своем составе голографический видеопроектор, излучающий в изображение отчетливые световые рисунки в любой точке зоны отклонения упомянутого объекта, и по меньшей мере два идентичных линейных матричных датчика, параллельных между собой и размещенных на данном объекте, причем четыре конца двух этих датчиков образуют параллелограмм.
Предпочтительным образом способ оптического определения может содержать оптические средства, имеющие в своем составе видеокамеру и по меньшей мере четыре излучающих светодиода, располагающихся на данном объекте, каждый из которых представляет концы параллелограмма.
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении чертежи, на которых:
- Фиг.1 представляет шлем пилота в соответствии с предшествующим уровнем техники;
- Фиг.2 представляет характеристики опорного параллелограмма;
- Фиг.3 представляет трехмерный (3D) вид рисунка параллелограмма, полученного из его проекции на плоскость изображения;
- Фиг.4 представляет точки схождения чертежа, показанного на Фиг.3, в том случае, когда эти точки существуют;
- Фиг.5 представляет векторы, известные в системе координат Rо, точек схождения чертежа, показанного на Фиг.3;
- Фиг.6 представляет пример оптического устройства в соответствии с предлагаемым изобретением.
Способ оптического определения в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в определении вершин параллелограмма А′В′С′D′, располагающегося в пространственной системе координат Rо, обозначенной как Rо
Figure 00000012
на основе знания характеристик параллелограмма и четырех известных точек четырехугольника АВСD. Этот четырехугольник представляет собой чертеж, полученный в результате проекции параллелограмма А′В′С′D′ в плоскость изображения.
Характеристиками параллелограмма А′В′С′D′ могут быть, например, его высота, его ширина и координаты одной из его точек в системе координат Rо. Разумеется, может оказаться подходящим и любой другой способ представления.
Это определение параллелограмма осуществляется посредством оптического устройства, позволяющего, когда этот параллелограмм закреплен на объекте, засечь положение и ориентацию этого объекта в системе координат Rо.
На Фиг.2 представлен пример параллелограмма 20 с вершинами Ао, Во, Со и Dо, характеристики которого являются такими же, как и характеристики параллелограмма А′В′С′D′, положение и ориентация которого в системе координат Rо подлежат определению. Параллелограмм 20 обладает четырьмя сторонами, обозначенными АоВо, СоDо, АоСо и ВоDо и попарно параллельными между собой. Высота 21 этого параллелограмма обозначена Н, его ширина 22 обозначена L и координата 23 вершины Ао в системе координат Rо вдоль оси
Figure 00000013
обозначена Т.
Четыре точки определяются в системе координат Rо при помощи следующих четырех уравнений:
Figure 00000014
Как это показано на Фиг.3, этот опорный параллелограмм размещается в системе координат Rо таким образом, чтобы его центр был О. При этом плоскость (О,
Figure 00000002
), обозначенная Ро, является параллельной плоскости Рi, обозначенной (Хi,
Figure 00000002
), причем последняя упомянутая плоскость представляет собой плоскость изображения. Плоскость Рi содержит рисунок АВСD четырехугольника, где Хi представляет собой абсциссу плоскости вдоль оси
Figure 00000015
При этом знание координат четырех вершин параллелограмма А′В′С′D′ в системе координат Rо эквивалентно знанию аналитического преобразования, которое позволяет получить параллелограмм А′В′С′D′ из параллелограмма 20.
Поскольку заданным является то обстоятельство, что два упомянутых параллелограмма имеют одни и те же характеристики, существует непосредственный векторный поворот r относительно оси, проходящей через О, и смещение
Figure 00000016
, причем r и
Figure 00000016
являются единственными и такими, что
Figure 00000017
Figure 00000018
На Фиг.3 представлен параллелограмм 30, обозначенный А′В′C′D′ в системе координат Rо. Его рисунок 31, полученный в результате проекции А′В′C′D′ на плоскость Рi, представлен четырехугольником АВСD.
Поскольку координаты четырехугольника АВСD в системе координат Rо известны в результате использования предлагаемого способа оптического определения, алгоритм позволяет на основе рисунка 31 и опорного параллелограмма 20 знать преобразования r и
Figure 00000019
Положение и пространственная ориентация объекта могут быть определены непосредственно на основе r и
Figure 00000020
без специфического знания положений вершин параллелограмма А′В′C′D′.
На Фиг.4 представлен в плоскости Рi четырехугольник АВСD. Координаты точек пересечения прямых (АВ) и (СD) и прямых (АD) и (ВС), когда они существуют, что соответствует наиболее часто встречающемуся случаю, определяются в результате знания координат точек А, В, С и D в системе координат Rо. При этом позицией Е обозначена точка пересечения прямых (АВ) и (СD), и позицией F обозначена точка пересечения прямых (АD) и (ВC). В этом случае позицией
Figure 00000021
обозначен вектор
Figure 00000022
и позицией
Figure 00000023
обозначен вектор
Figure 00000024
.
Известно, что вектор
Figure 00000025
является положительно пропорциональным вектору
Figure 00000026
и что вектор
Figure 00000027
будет положительно пропорциональным вектору
Figure 00000028
в системе координат Rо.
На Фиг.5 представлены, когда они существуют, векторы
Figure 00000029
и
Figure 00000030
в системе координат Rо и проиллюстрировано упомянутое выше свойство.
Те случаи, когда точка Е не существует, или точка F не существует, или не существуют обе эти точки Е и F, отвечают соответственно следующим соотношениям, которые вытекают из геометрии четырехугольника АВСD:
- стороны АВ и СD являются параллельными друг другу. При этом четырехугольник АВСD представляет собой трапецию вдоль стороны АВ, то есть это означает что сторона А′В′ является параллельной плоскости изображения, а сторона А′С′ не является параллельной этой плоскости. При этом определяют следующие соотношения:
Figure 00000031
=
Figure 00000032
и
Figure 00000033
;
- стороны ВС и АD являются параллельными друг другу, и АВСD представляет собой трапецию вдоль ВС, то есть это означает, что сторона А′С′ является параллельной плоскости изображения, а сторона А′В′ не является параллельной этой плоскости. При этом определяют следующие соотношения:
Figure 00000034
и
Figure 00000031
=
Figure 00000035
;
- АВСD представляет собой параллелограмм, то есть это означает, что параллелограмм А′В′С′D′ является параллельным плоскости изображения. При этом получают два следующих соотношения:
Figure 00000031
=
Figure 00000032
и
Figure 00000034
.
В том случае, когда Е и F существуют, производятся следующие расчеты, причем естественным образом выполняются соответствующие упрощения для специфических случаев, когда одно определенное решение существует для каждого случая.
Из соотношения
Figure 00000036
с использованием упомянутых выше обозначений получают выражение:
Figure 00000037
откуда получается, что:
Figure 00000038
принимая во внимание, что:
Figure 00000039
Кроме того, из соотношения
Figure 00000040
с использованием упомянутых выше обозначений получают выражение:
Figure 00000041
Отсюда получается, что:
Figure 00000042
где q=L-2Т.
При этом, поскольку r представляет собой здесь непосредственный поворот, получают выражение:
Figure 00000043
Три изображения, соответствующие векторам
Figure 00000044
в результате поворота r, определяются в зависимости от известных характеристик параллелограмма и двух векторов
Figure 00000045
и
Figure 00000046
.
Из соотношения
Figure 00000047
получают выражение:
Figure 00000048
Если обозначают как µЕ известную реальность, такую, что выполняется соотношение
Figure 00000049
и обозначают как k известную реальность, такую, что выполняется соотношение
Figure 00000050
, то проверяют справедливость соотношения:
Figure 00000051
Аналогичным образом имеют параметр µF в качестве реальности, определяемой соотношением
Figure 00000052
µF
Figure 00000053
.
После этого получают аналитический результат искомого смещения в виде:
Figure 00000054
где величина k известна.
Параллелограмм А′В′C′D′ устанавливается путем определения преобразования, образованного известным векторным поворотом и известным смещением опорного параллелограмма АоВоCоDо.
В том случае, когда параллелограмм А′В′C′D′ представляет собой ромб, получают дополнительное соотношение:
Figure 00000055
В том случае, когда параллелограмм А′В′C′D′ представляет собой прямоугольник, получают дополнительное соотношение:
Figure 00000056
В том случае, когда параллелограмм А′В′C′D′ представляет собой квадрат, аналитические выражения преобразований векторов
Figure 00000057
при помощи поворота r упрощаются. При этом получают соотношение: L = Н = 2×Т, и поворот вектора
Figure 00000058
определяется достаточно простым образом:
Figure 00000059
Два этих дополнительных соотношения, соответствующих случаю ромба и прямоугольника, также пригодны, каждое из них, для случая квадрата.
На Фиг.6 представлен пример устройства в соответствии с предлагаемым изобретением. Объект 65 содержит электрооптические приемники типа линейных матричных датчиков и средство проецирования изображений, причем упомянутые изображения содержат световые рисунки 61.
Упомянутые датчики сгруппированы таким образом, чтобы они попарно формировали параллелограммы 30. Эти датчики попарно параллельны между собой и имеют одинаковые размеры.
В то же время пример средства проецирования изображения в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в использовании оптического средства, излучающего в любой точке зоны 66 отклонения объекта 65 четкое изображение. Датчики, размещенные на шлеме, принимают недвусмысленные сигналы, поступающие от этого изображения.
Для этого в примере реализации предлагаемого изобретения в качестве проекционного средства используется голографический видеопроектор 60. Такие голографические видеопроекторы изготавливаются и поставляются на рынок фирмой Light Blue Optics и известны под торговой маркой PVPro. Этот голографический видеопроектор обладает весьма предпочтительным свойством излучать четкое изображение в любой точке зоны 66 отклонения объекта.
Этот голографический видеопроектор, в последующем изложении называемый проектором VPH, имеет в своем составе когерентный источник света, который обычно представляет собой лазерный диод, дисплей, позволяющий реализовать фазовое изображение, оптические средства, размещенные таким образом, чтобы создать на основе волны, излученной источником света, первую опорную волну и вторую волну, модулированную при помощи дисплея, и средства, позволяющие заставить интерферировать эти волны. Конечное полученное изображение представляет собой голограмму Фраунхофера (Fraunhofer) фазового изображения, создаваемого на дисплее. При этом имеется возможность создавать при помощи этого средства изображение любого типа. Дисплей может представлять собой жидкокристаллический дисплей, например, типа LCOS.
В этих условиях центр О системы координат Rо определяется как точка VРН и плоскость
Figure 00000060
представляет собой плоскость изображения, параллельную плоскости изображения 32 проецируемого изображения, содержащего источник.
Для того чтобы определить координаты объекта в пространстве, голографический видеопроектор VРН излучает изображения, содержащие световые рисунки 61, на датчики, располагающиеся на шлеме. Анализ информации, поступающей с этих датчиков, осуществляется при помощи цифрового вычислителя 64, установленного после датчиков в цепи обработки принятых сигналов.
Анализ сигналов, принятых каждой ячейкой, позволяет восстановить рисунок, получаемый при помощи проекции параллелограмма, позиционированного на объекте, в плоскости изображения. Рисунок определяется практически естественным образом при помощи фотографии деформированных рисунков в локальной плоскости параллелограмма. Зная оригинальные рисунки и их деформации, идентифицированные при помощи датчиков, знание априори характеристик параллелограмма дает его рисунок в обратном отображении. Этот рисунок представляет собой четырехугольник в плоскости изображения.
На основе этого рисунка и знания характеристик параллелограмма, известных априори, предлагаемый способ позволяет достаточно простым способом определить положение и ориентацию кластера в системе координат Rо.
Второй вариант реализации состоит в рассмотрении оптического устройства, содержащего, по меньшей мере, одну видеокамеру и шлем пилота, содержащий светоизлучающие диоды, сгруппированные в кластер. По меньшей мере, один кластер образует параллелограмм А′В′С′D′, вершины которого представляют собой светодиоды.
В этих условиях зона отклонения объекта представляет собой всю или некоторую часть кабины экипажа.
Центр системы координат Rо представляет собой видеокамеру, и плоскость
Figure 00000060
представляет собой плоскость изображения этой видеокамеры. При этом видеокамера получает в ее плоскости изображения представление четырехугольника АВСD, поступающее из проекции параллелограмма А′В′С′D′ в плоскость изображения.
Таким образом, средства анализа имеют возможность на основе знания представления четырехугольника в известной плоскости изображения и характеристик параллелограмма, известных априори, определить положение и ориентацию кластера.

Claims (8)

1. Способ оптического определения положения и ориентации объекта посредством оптического устройства, содержащего по меньшей мере один первый параллелограмм (A'B'C'D'), жестко связанный с упомянутым объектом, характеристики которого известны, и имеющего в своем составе оптические средства и электронные средства анализа, позволяющие определить координаты четырех вершин упомянутого первого параллелограмма (A'B'C'D') в ортонормированной системе координат (Ro(O,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
,
Figure 00000063
)), содержащей центр (О), причем эта система координат содержит плоскость (O,
Figure 00000062
,
Figure 00000063
), параллельную плоскости изображения (Pi), упомянутый способ, отличающийся тем, что содержит:
первый этап определения второго опорного параллелограмма (AoBoCoDo), центр (О) которого представляет собой центр системы координат (Ro(O,
Figure 00000061
,
Figure 00000062
,
Figure 00000063
)), обладающего теми же характеристиками, что и первый параллелограмм (A'B'C'D'), располагающийся в плоскости (O,
Figure 00000062
,
Figure 00000063
), параллельной плоскости изображения (Pi);
- второй этап определения преобразования, в результате которого первый параллелограмм (A'B'C'D') представляет собой изображение второго параллелограмма (AoBoCoDo), причем это преобразование раскладывается на смещение
Figure 00000064
и векторный поворот r;
- третий этап определения при помощи оптических средств четырехугольника (ABCD), получаемого при помощи проекции первого параллелограмма (A'B'C'D') в плоскость изображения (Pi) с ненулевой абсциссой Xi в системе координат (RO) с центром О вдоль направления (
Figure 00000061
), перпендикулярного к плоскости изображения (Pi);
- четвертый этап определения:
* первой точки (Е), принадлежащей плоскости изображения (Pi), когда она существует, такой, чтобы первая точка (Е) представляла собой пересечение прямых, образованных двумя противоположными сторонами (АВ, CD) четырехугольника;
* второй точки (F), принадлежащей плоскости изображения (Pi), когда она существует, такой, чтобы вторая точка (F) представляла собой пересечение прямых, образованных двумя другими сторонами (AC, BD) четырехугольника;
* первого вектора (
Figure 00000065
) связывающего центр (О) системы координат и первую точку (Е);
* второго вектора (
Figure 00000066
), связывающего центр (О) системы координат и вторую точку (F);
- пятый этап определения соответствующих изображений единичных векторов
Figure 00000067
определяющих систему координат (Ro) при помощи поворота (r) преобразования в зависимости от первого и второго векторов (
Figure 00000065
,
Figure 00000066
) и известных характеристик второго параллелограмма (AoBoCoDo);
- шестой этап определения смещения (
Figure 00000064
) преобразования в зависимости от первого и второго векторов (
Figure 00000065
,
Figure 00000066
), вектора, связывающего центр (О) системы координат с одной вершиной четырехугольника (ABCD), и известных характеристик второго параллелограмма (AoBoCoDo).
2. Способ определения по п.1, отличающийся тем, что он содержит седьмой этап определения координат вершин (А', В', С', D') первого параллелограмма в системе координат (Ro) в зависимости от известных координат вершин второго параллелограмма (AoBoCoDo) и преобразования, состоящего из смещения (
Figure 00000064
) и поворота (r).
3. Способ определения по п.1, отличающийся тем, что упомянутый параллелограмм представляет собой ромб.
4. Способ определения по п.1, отличающийся тем, что упомянутый параллелограмм представляет собой прямоугольник.
5. Способ определения по п.1, отличающийся тем, что упомянутый параллелограмм представляет собой квадрат.
6. Способ оптического определения по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что упомянутое устройство имеет в своем составе оптические средства, содержащие голографический видеопроектор, излучающий в плоскость изображения отчетливые световые рисунки в любой точке зоны отклонения объекта, соответствующей пространству, в котором упомянутый объект имеет возможность двигаться, и, по меньшей мере, два идентичных линейных матричных датчика, параллельных между собой и размещенных на данном объекте, причем четыре конца двух этих датчиков образуют параллелограмм.
7. Способ оптического определения по любому из пп.1-2, отличающийся тем, что упомянутое устройство имеет в своем составе оптические средства, содержащие видеокамеру и, по меньшей мере, четыре светоизлучающих диода, располагающихся на объекте, каждый из которых представляет концы параллелограмма.
8. Способ определения по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что упомянутый объект представляет собой шлем пилота, причем комплект оптического устройства установлен в кабине экипажа летательного аппарата.
RU2009112382/09A 2006-09-05 2007-08-31 Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве RU2431863C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0607763A FR2905455B1 (fr) 2006-09-05 2006-09-05 Procede de detection de l'orientation et de la position d'un objet dans l'espace.
FR0607763 2006-09-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009112382A RU2009112382A (ru) 2010-10-20
RU2431863C2 true RU2431863C2 (ru) 2011-10-20

Family

ID=37882298

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009112382/09A RU2431863C2 (ru) 2006-09-05 2007-08-31 Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8098383B2 (ru)
EP (1) EP2059828B1 (ru)
FR (1) FR2905455B1 (ru)
RU (1) RU2431863C2 (ru)
WO (1) WO2008028877A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513900C1 (ru) * 2012-12-06 2014-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ и устройство определения координат объектов
RU2720076C1 (ru) * 2019-05-29 2020-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ оценивания по реперным точкам угловых и пространственных координат объекта в оптико-электронной системе позиционирования
RU2743048C1 (ru) * 2019-09-09 2021-02-15 Борис Викторович Рыжков Способ определения взаимного положения объектов навигации и система для осуществления указанного способа

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2936609B1 (fr) * 2008-09-26 2012-10-12 Thales Sa Systeme de detection optique de position et/ou d'orientation d'objets comprenant au moins deux capteurs coplanaires
FR2936608B1 (fr) * 2008-09-26 2010-09-24 Thales Sa Systeme de detection par balayage optique de position et/ou d'orientation d'objets
FR2936607B1 (fr) * 2008-09-26 2012-10-12 Thales Sa Dispositif de detection optique de position et/ou d'orientation d'objets comprenant au moins un capteur lineaire
FR2945127B1 (fr) * 2009-04-30 2012-03-30 Thales Sa Procede et dispositif de detection optique des mouvements d'un solide dans l'espace
FR2959023B1 (fr) * 2010-04-20 2012-05-25 Thales Sa Systeme de visualisation multi-projecteurs asservi
US9821920B2 (en) 2015-08-18 2017-11-21 Nextvr Inc. Methods and apparatus for compensating for vehicular motion

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1520154A (en) * 1976-02-24 1978-08-02 Elliott Brothers London Ltd Apparatus for measuring the angular displacement of a bod
DE3481556D1 (de) * 1983-12-27 1990-04-12 Onera (Off Nat Aerospatiale) System zur unterscheidung und zur lagebestimmung von objekten.
GB2251751A (en) * 1990-10-09 1992-07-15 Gaertner W W Res Position and orientation measurement
FR2870599B1 (fr) * 2004-05-24 2006-08-25 Sagem Procede et systeme d'harmonisation de detecteurs de posture

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513900C1 (ru) * 2012-12-06 2014-04-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ВОЕННАЯ АКАДЕМИЯ СВЯЗИ имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации Способ и устройство определения координат объектов
RU2720076C1 (ru) * 2019-05-29 2020-04-23 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Способ оценивания по реперным точкам угловых и пространственных координат объекта в оптико-электронной системе позиционирования
RU2743048C1 (ru) * 2019-09-09 2021-02-15 Борис Викторович Рыжков Способ определения взаимного положения объектов навигации и система для осуществления указанного способа

Also Published As

Publication number Publication date
WO2008028877A1 (fr) 2008-03-13
US20100020335A1 (en) 2010-01-28
EP2059828B1 (fr) 2013-01-23
FR2905455A1 (fr) 2008-03-07
US8098383B2 (en) 2012-01-17
EP2059828A1 (fr) 2009-05-20
FR2905455B1 (fr) 2008-10-17
RU2009112382A (ru) 2010-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2431863C2 (ru) Способ определения ориентации и положения объекта в пространстве
US8259307B2 (en) Device for optically detecting position and/or orientation of objects and associated detection methods
US10469722B2 (en) Spatially tiled structured light projector
US10996744B2 (en) NTE display systems and methods with optical trackers
US8854610B2 (en) Apparatus and method for measuring a three-dimensional shape
US7768656B2 (en) System and method for three-dimensional measurement of the shape of material objects
EP1483740B1 (en) Position and orientation sensing with a projector
US8675911B2 (en) System for optically detecting position and/or orientation of objects comprising at least two coplanar sensors
US8243992B2 (en) Device for optically detecting position and/or orientation of objects comprising at least one linear sensor
CN107533225B (zh) 用于虚拟现实系统的稀疏投影
CN1766522A (zh) 测量物体形状的方法和装置
EP3467429A1 (en) Three-dimensional-measurement device
CN112762859B (zh) 一种非数字光机正弦条纹结构光高精度三维测量装置
JP5770495B2 (ja) 形状計測装置および格子投影装置
US3269254A (en) Optical apparatus for indicating and measuring the roll angular orientation of a movable body
US8605295B2 (en) Optical reflector having semi-reflective blades for a position detection device for a helmet, and helmet comprising such a device
US9046347B2 (en) Optical system for measuring the orientation of a helmet using corner cubes and a telecentric emission lens
US20100277583A1 (en) Optical Method and Device for Detecting the Movements of a Solid in Space
US8854612B2 (en) Optical system for measuring orientation with cubic wedge and mask
CN114241059B (zh) 一种光度立体视觉系统中相机和光源的同步标定方法
JP4429135B2 (ja) 三次元形状計測システム及び計測方法
Boisvert et al. Augmented reality, 3D measurement, and thermal imagery for computer-assisted manufacturing
US11085761B2 (en) Determining surface structures of objects
RU164082U1 (ru) Устройство контроля линейных размеров трехмерных объектов
Bomberg et al. Monoscopic 6DOF Detection using a Laser Pointer