RU2465552C1 - Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method - Google Patents

Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2465552C1
RU2465552C1 RU2011117285/28A RU2011117285A RU2465552C1 RU 2465552 C1 RU2465552 C1 RU 2465552C1 RU 2011117285/28 A RU2011117285/28 A RU 2011117285/28A RU 2011117285 A RU2011117285 A RU 2011117285A RU 2465552 C1 RU2465552 C1 RU 2465552C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
additional
current image
images
coordinates
current
Prior art date
Application number
RU2011117285/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Иванович Сырямкин (RU)
Владимир Иванович Сырямкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ)
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Томский государственный университет (ТГУ)
Priority to RU2011117285/28A priority Critical patent/RU2465552C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465552C1 publication Critical patent/RU2465552C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: according to the method, the object is illuminated with a non-coherent light source; colour reference and current images of the object which are spaced apart in time are obtained, filtered, recorded and then magnified. The images are compared while superimposing them on the scale and eliminating angular misalignments of the images. Two additional channels for illuminating the object and evaluating the colour, type and coordinates of the object are introduced and the colour, type and spatial coordinates of the object are evaluated.
EFFECT: high accuracy of determining coordinates, possibility of determining the type and colour of the object.
13 cl, 3 dwg

Description

Группа изобретений относится к способу определения координат объекта и устройству для его осуществления. Область применения охватывает системы технического зрения и может применяться для управления промышленным манипуляционным роботом, транспортными роботами, самолетами или суднами.The group of inventions relates to a method for determining the coordinates of an object and a device for its implementation. The scope covers systems of technical vision and can be used to control an industrial handling robot, transport robots, aircraft or ships.

Известны и широко применяются различные способы и устройства определения координат объекта, содержащие датчики изображения (лазерные, телевизионные, радиолокационные), блоки памяти (для хранения эталонной информации) и вычислители координат [1, 2].Various methods and devices for determining the coordinates of an object are known and widely used, containing image sensors (laser, television, radar), memory blocks (for storing reference information), and coordinate calculators [1, 2].

Существенным признаком этих способов и устройств является то, что формируется изображение объекта, которое анализируется согласно определенным методикам, алгоритмам или теоретическим моделям, а затем делается вывод местоположения объекта в рабочей зоне (сцене) [3].An essential feature of these methods and devices is that an image of the object is formed, which is analyzed according to certain methods, algorithms or theoretical models, and then the location of the object in the working area (scene) is drawn [3].

Недостатки способов и устройств заключаются в низкой точности определения координат объекта и недостаточной функциональной способности (невозможность определять тип объекта, т.е. распознавать формы объекта).The disadvantages of the methods and devices are the low accuracy of determining the coordinates of the object and lack of functional ability (inability to determine the type of object, i.e., recognize the shape of the object).

Кроме этого, все эти аналоги не универсальны: не способны с высокой точностью определять тип, цвет и пространственные координаты объекта, а также они не помехоустойчивы.In addition, all these analogues are not universal: they are not able to determine the type, color and spatial coordinates of an object with high accuracy, and they are not noise-resistant.

В качестве прототипа рассмотрим способ для распознавания типа и определения координат объекта в рабочей зоне [4]. Этот способ характеризуется корреляционно-экстремальной обработкой информации и содержит датчик текущего изображения (ТИ), блок эталонных изображений (ЭИ) и анализатор взаимно-корреляционной функции (ВКФ), по виду и положению главного максимума которого делается вывод о типе и местоположении объекта в двухмерной рабочей зоне.As a prototype, consider a method for recognizing the type and determining the coordinates of an object in a working area [4]. This method is characterized by correlation-extreme information processing and contains a current image sensor (TI), a block of reference images (EI) and a cross-correlation function analyzer (CCF), by the type and position of the main maximum of which it is concluded about the type and location of the object in a two-dimensional working zone.

Недостатки способа и устройства заключаются, во-первых, в невозможности определять трехмерные (пространственные) координаты объекта, в невозможности распознавать цвет объекта, во-вторых, в отсутствии универсальности (невозможности использования для оценки местоположения объекта на плоскости и в пространстве) и, в-третьих, в отсутствии широкой функциональной возможности (применение в робототехнических системах, системах навигации транспортных средств и различных мехатронных системах).The disadvantages of the method and device are, firstly, the inability to determine the three-dimensional (spatial) coordinates of the object, the inability to recognize the color of the object, and secondly, the lack of universality (the inability to use to assess the location of the object on the plane and in space) and, thirdly, in the absence of wide functionality (application in robotic systems, vehicle navigation systems and various mechatronic systems).

Задачей является создание способа и устройства, повышающих функциональную возможность, точность и универсальность объекта.The objective is to create a method and device that increase the functionality, accuracy and versatility of the object.

Поставленная задача достигается тем, что, как и в известном способе, и в заявляемом способе освещают объект некогерентным источником света, получают эталонные и текущие изображения объекта, разнесенные между собой во времени, которые фильтруют, запоминают и увеличивают, затем оценивают тип и координаты объекта, для чего сравнивают изображения, совмещая их по масштабу при устранении угловых рассогласований изображений, при этом способ отличается тем, что получают цветные текущие и эталонные изображения, вводят два дополнительных канала освещения объекта и оценки цвета, типа и координат объекта и оценивают цвет, тип и пространственные координаты объекта.The problem is achieved in that, as in the known method, and in the claimed method, illuminate the object with an incoherent light source, obtain reference and current images of the object spaced apart in time, which filter, store and enlarge, then evaluate the type and coordinates of the object, why compare the images, combining them in scale while eliminating the angular mismatches of the images, the method is different in that they receive color current and reference images, introduce two additional channels svescheniya object and color evaluation, the type and coordinates of the object and examine the color, type and spatial coordinates of the object.

Отличительными признаками предлагаемого способа от известного, наиболее близкого к нему, является то, что объект освещают тремя источникам света, считывают цветные телевизионные изображения в трех взаимно перпендикулярных направлениях и определяют тип, цвет и пространственные (трехмерные) координаты объекта по анализу и виду трех взаимно корреляционных функций, причем ЭИ формируется фотографированием или аналитическим конструированием (математическим моделированием) объекта.Distinctive features of the proposed method from the known closest to it is that the object is illuminated with three light sources, color television images are read in three mutually perpendicular directions and the type, color and spatial (three-dimensional) coordinates of the object are determined by analysis and the form of three mutually correlated functions, and EI is formed by photographing or analytical construction (mathematical modeling) of the object.

Кроме того, текущие изображения объекта считываются с трех взаимно перпендикулярных плоскостей.In addition, the current image of the object is read from three mutually perpendicular planes.

Кроме того, объект освещается в трех взаимно перпендикулярных областях.In addition, the object is illuminated in three mutually perpendicular areas.

Кроме того, сравнение эталонного и текущего изображений осуществляют при синхронном считывании трех цветных изображений объекта.In addition, the comparison of the reference and current images is carried out by synchronously reading three color images of the object.

Кроме того, текущие изображения получают при изменении углов крена, тангажа и ракурса датчиков цветного телевизионного изображения.In addition, current images are obtained by changing the angles of pitch, pitch and angle of the color television image sensors.

Кроме того, эталонные изображения формируют путем фотографирования объекта цветной телевизионной камерой или путем аналитического моделирования объекта.In addition, reference images are formed by photographing an object with a color television camera or by analytical modeling of the object.

Кроме того, сравнение эталонного и текущего изображений осуществляется при синхронном вращении эталонных изображений вокруг оптической оси соответствующих накопителей текущих изображений и формирователей меры близости.In addition, the comparison of the reference and current images is carried out with the synchronous rotation of the reference images around the optical axis of the respective drives of current images and formers measure proximity.

Кроме того, текущее изображение увеличивают на величину, определяемую разрешающей способностью оценки координат, типа и цвета объекта, а также скоростью его движения.In addition, the current image is increased by an amount determined by the resolution of the estimate of the coordinates, type and color of the object, as well as its speed.

Предлагаемое устройство, содержащее последовательно соединенные блок управления освещением, осветитель, объект, датчик текущего изображения, накопитель текущего изображения, формирователь меры близости, анализатор меры близости, первым выходом подключенный через блок адаптации к второму входу датчика текущего изображения, а вторым выходом подключенный через последовательно соединенные блок хранения эталонных изображений и эталонное изображение, вторым входом соединенный с третьим выходом анализатора меры близости, к второму входу формирователя меры близости, отличается от известного тем, что оно дополнительно содержит последовательно соединенные второй дополнительный осветитель, объект, второй дополнительный датчик текущего изображения, второй дополнительный накопитель текущего изображения, второй дополнительный формирователь меры близости, вторым выходом подключенный к втором выходу эталонного изображения, второй дополнительный анализатор меры близости, блок связи и вычислитель, а также последовательно соединенные третий дополнительный осветитель, объект, третий дополнительный датчик текущего изображения, третий дополнительный накопитель текущего изображения, третий дополнительный формирователь меры близости, вторым входом соединенный с третьим выходом эталонного изображения, третий дополнительный анализатор меры близости и блок связи, третьим входом подключенный к анализатору меры близости, а вторым выходом к входу блока управления, причем дополнительные отдельные выходы блока адаптации соединены с отдельными входами второго дополнительного датчика текущего изображения и третьего дополнительного датчика текущего изображения, а два дополнительных выхода блока управления освещением соединены с входами второго и третьего дополнительных осветителей, причем выход вычислителя подключен к отдельному входу блока связи, дополнительный выход блока адаптации и синхронизации подключен к отдельному входу блока связи, дополнительные входы эталонного изображения подключены к выходам второго и третьего дополнительных анализаторов меры близости, а отдельные выходы накопителя текущего изображения, второго дополнительного накопителя текущего изображения и третьего дополнительного накопителя текущего изображения подключены к отдельным входам блока хранения эталонных изображений.The proposed device containing a serially connected lighting control unit, a illuminator, an object, a current image sensor, a current image storage device, a proximity measure driver, an proximity measure analyzer connected to the second input of the current image sensor by a first output and connected via a series output through a second output a block for storing reference images and a reference image connected by a second input to the third output of the proximity analyzer to the second input proximity sensor shaper, differs from the known one in that it additionally contains a second additional illuminator, an object, a second additional current image sensor, a second additional current image storage device, a second additional proximity measure driver connected to the second output of the reference image by a second output, and a second additional proximity analyzer, communication unit and calculator, as well as a third additional illuminator connected in series, volume CT, third additional current image sensor, third additional current image storage device, third additional proximity measure driver, connected to the third output of the reference image with a second input, third additional proximity measure analyzer and communication unit, connected to the proximity measure analyzer by the third input, and the second output to the input of the control unit, and additional individual outputs of the adaptation unit are connected to the individual inputs of the second additional sensor of the current image and t an additional sensor of the current image, and two additional outputs of the lighting control unit are connected to the inputs of the second and third additional illuminators, and the output of the computer is connected to a separate input of the communication unit, the additional output of the adaptation and synchronization unit is connected to a separate input of the communication unit, additional inputs of the reference image are connected to the outputs of the second and third additional analyzers proximity measures, and the individual outputs of the drive of the current image, the second additional The current drive and the third additional drive of the current image are connected to the individual inputs of the reference image storage unit.

Кроме того, блок связи выполнен в виде беспроводной или проводной радиосвязи. In addition, the communication unit is made in the form of a wireless or wired radio.

Кроме того, вычислитель выполнен в виде процессора, определяющего пространственные координаты объекта.In addition, the calculator is made in the form of a processor that determines the spatial coordinates of the object.

Кроме того, блок хранения эталонных изображений выполнен в виде многомерного запоминающего блока памяти.In addition, the storage unit for reference images is made in the form of a multidimensional memory storage unit.

Кроме того, осветитель выполнен в виде универсального блока, содержащего когерентный или некогерентный осветители.In addition, the illuminator is made in the form of a universal unit containing coherent or incoherent illuminators.

Отличительными признаками предлагаемого устройства от указанного выше известного, наиболее близкого к нему, является то, что, во-первых, сформированы три канала считывания (восприятия) ТИ, формирования и анализа взаимно корреляционной функции, во-вторых, образованы три управляемые источника света, освещающие объект, в-третьих, введены блок связи с блоками устройства и вычислитель, обеспечивающий анализ информации и вычисляющий тип, цвет и трехмерные координаты объекта.Distinctive features of the proposed device from the above known, closest to it, is that, firstly, three channels of reading (perceiving) TI are formed, the formation and analysis of a cross-correlation function, and secondly, three controlled light sources illuminating object, thirdly, a communication unit with the device blocks and a calculator are introduced, which provides information analysis and calculates the type, color and three-dimensional coordinates of the object.

Заявленная группа изобретений соответствует требованию единства изобретения, т.к. один из объектов изобретения (а именно устройство) предназначен для осуществления функций другого заявленного объекта группы - способа определения координат объекта, и при этом оба объекта группы изобретений направлены на решение одной и той же задачи с получением единого технического результата.The claimed group of inventions meets the requirement of unity of invention, because one of the objects of the invention (namely, the device) is designed to perform the functions of another declared group object - a method for determining the coordinates of an object, and both objects of the group of inventions are aimed at solving the same problem with a single technical result.

Предлагаемый способ и устройство иллюстрируются чертежами, представленными на фиг.1 - фиг.3.The proposed method and device are illustrated by the drawings presented in figure 1 - figure 3.

На фиг.1 дана структурная схема устройства.Figure 1 is a structural diagram of a device.

На фиг.2 представлены корреляционные основы измерения пространственного положения объекта распознавания (ОР) с использованием трех датчиков текущего изображения (ДТИ).Figure 2 presents the correlation basis for measuring the spatial position of the recognition object (OR) using three sensors of the current image (DTI).

На фиг.3 приведен пример измерения положения ОР в плоскости ХОУ.Figure 3 shows an example of measuring the position of the OP in the plane of the HOU.

На фиг.1 даны следующие обозначения:Figure 1 gives the following notation:

1 - объект;1 - object;

2 - осветитель;2 - illuminator;

3 - второй дополнительный осветитель;3 - second additional illuminator;

4 - третий дополнительный осветитель;4 - the third additional illuminator;

5 - блок управления освещением;5 - lighting control unit;

6 - датчик текущего изображения;6 - current image sensor;

7 - второй дополнительный датчик текущего изображения;7 - the second additional sensor of the current image;

8 - третий дополнительный датчик текущего изображения;8 - the third additional sensor of the current image;

9 - накопитель текущего изображения;9 - drive current image;

10 - второй дополнительный накопитель текущего изображения;10 - the second additional drive of the current image;

11 - третий дополнительный накопитель текущего изображения;11 - the third additional drive of the current image;

12 - формирователь меры близости;12 - shaper measures of proximity;

13 - второй дополнительный формирователь меры близости;13 - the second additional shaper measures of proximity;

14 - третий дополнительный формирователь меры близости;14 - third additional shaper measures of proximity;

15 - анализатор меры близости;15 - proximity measure analyzer;

16 - второй дополнительный анализатор меры близости;16 is a second additional analyzer measure of proximity;

17 - третий дополнительный анализатор меры близости;17 - the third additional analyzer measures the proximity;

18 - эталонное изображение;18 is a reference image;

19 - блок хранения эталонных изображений;19 - block storage of reference images;

20 - блок связи;20 - communication unit;

21 - вычислитель;21 - a computer;

22 - блок адаптации и синхронизации.22 - block adaptation and synchronization.

На фиг.1 показаны следующие связи:Figure 1 shows the following connections:

(→) - электрические связи;(→) - electrical communications;

(--→) - оптические связи;(- →) - optical communications;

(-·-·→) - радиотехнические (беспроводные) связи.(- · - · →) - radio engineering (wireless) communications.

Устройство работает в двух режимах: подготовка эталона и измерение (определение координат). В режиме подготовки эталона формируется цветное эталонное изображение объекта 1. Для этого по сигналу от блока адаптации и синхронизации (БАС) 22 включается через блок связи (БС) 20 и блок управления освещением (БУО) 5, осветитель 2, второй и третий дополнительные осветители 3, 4 (ВДО3, ТДО4), осуществляющие подсветку объекта 1. После этого по сигналу БАС 22 включаются датчик изображения 6 (ДТИ6), второй дополнительный датчик текущего изображения 7 (ВДДТИ7) и третий дополнительный датчик текущего изображения 8 (ТДДТИ8), считывающие текущее изображение (ТИ) объекта 1 и передающие его соответственно в накопитель ТИ9 (НТИ9), второй дополнительный накопитель ТИ10 (ВДНТИ9) и третий дополнительный накопитель текущего изображения 11 (ТДНТИ11). При этом ДТИ6, ВДДТИ7 и ТДДТИ8 совершают изменения по углам крена, тангажа и ракурса. Это обеспечивает считывание различных ТИ, запись ТИ через накопители 9, 10, 11 в блок хранения эталонных изображений 19 (ВХЭИ19). На этом заканчивается режим подготовки эталона (т.е. ЭИ). ЭИ может создаваться также путем математического моделирования (аналитического конструирования).The device operates in two modes: preparation of a standard and measurement (determination of coordinates). In the preparation mode of the standard, a color reference image of object 1 is formed. For this, the signal from the adaptation and synchronization unit (BAS) 22 is turned on through the communication unit (BS) 20 and the lighting control unit (CUO) 5, illuminator 2, second and third additional illuminators 3 , 4 (VDO3, TDO4), which illuminate the object 1. After this, the BAS 22 signal activates the image sensor 6 (DTI6), the second additional sensor of the current image 7 (VDTI7) and the third additional sensor of the current image 8 (TDDTI8), which read the current image (T ) Of the object 1 and transmit it according to TI9 drive (NTI9), the second additional storage TI10 (VDNTI9) and third additional drive current image 11 (TDNTI11). In this case, DTI6, VDDTI7 and TDDTI8 make changes in roll angles, pitch and angle. This provides the reading of various TIs, the writing of TIs via drives 9, 10, 11 to the storage unit for reference images 19 (VHEI19). This completes the standard preparation mode (i.e. EI). EI can also be created by mathematical modeling (analytical design).

В режиме измерения (определения координат) устройство работает аналогично режиму подготовки эталона до момента записи ТИ в накопители 9, 10, 11. То есть в накопителях 9, 10, 11 формируются три ТИ, соответствующие текущим цветным изображениям объекта, снятым ДТИ6, ВДДТИ7 и ТДДТИ8 в трех взаимно перпендикулярных направлениях. После этого создаются три меры близости (взаимно корреляционные функции - ВКФ) с помощью формирователя меры близости 12 (ФМБ12), второго дополнительного формирователя меры близости 13 (ВДФМБ13) и третьего дополнительного формирователя меры близости 14 (ТДФМБ14), в которые кроме ТИ вводятся соответствующие ЭИ из блока хранения эталонных изображений 19 (БХЭИ19) через эталонное изображение 18 (ЭИ18). После этого анализатором меры близости 15 (АМБ15), вторым дополнительным анализатором меры близости 16 (ВДАМБ 16) и третьим дополнительным анализатором меры близости 17 (ТДАМБ17) определяются положение и вид ВКФ, значения которых пропорциональны координатам объекта в соответствующих плоскостях. Сигналы от АМБ15, ВДАМБ 16 и ТДАМБ17 поступают через блок связи 20 (БС20) на вычислитель 21, который определяет пространственные координаты, тип и цвет объекта. На этом один цикл работы устройства заканчивается.In the measurement (determination of coordinates) mode, the device operates similarly to the standard preparation mode until the TI is written to the drives 9, 10, 11. That is, three TIs are formed in the drives 9, 10, 11 corresponding to the current color images of the object captured by DTI6, VDDTI7 and TDDTI8 in three mutually perpendicular directions. After that, three proximity measures (cross-correlation functions — VKF) are created using the proximity measure generator 12 (FMB12), the second additional proximity measure generator 13 (VDFMB13) and the third additional proximity measurer 14 (TDFMB14), into which, in addition to the TI, the corresponding EI from the storage unit of the reference image 19 (BHEI19) through the reference image 18 (EI18). After that, the proximity measure analyzer 15 (AMB15), the second additional proximity measure analyzer 16 (VDAMB 16) and the third additional proximity measure analyzer 17 (TDAMB17) determine the position and type of the VKF, the values of which are proportional to the coordinates of the object in the respective planes. The signals from AMB15, VDAMB 16 and TDAMB17 arrive through the communication unit 20 (BS20) to the computer 21, which determines the spatial coordinates, type and color of the object. This completes one cycle of the device.

Рассмотрим вариант оценки положения объекта распознавания (ОР) при использовании трех ДТИ (см. фиг.2). Введем следующие системы координат: XOYZ - система координат, связанная с рабочей зоной; X1O1Y1Z1, Х2О2Y2Z2, X3O3Y3Z3 - системы координат, связанные соответственно с ДТИ1, ДТИ2, ДТИ3 (т.е. ДТИ6, ВДДТИ7 и ТДДТИ8 соответственно). Положение ОР (центр тяжести, то есть положение точки А) в этой системе координат определяется величинами ΔхА, ΔуА, ΔzА; введем следующие обозначения:l1, l2, l3 - расстояние от соответствующих ДТИ1, ДТИ2, ДТИ3 до ОР;

Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- расстояние от ДТИ1, ДТИ2, ДТИ3 до соответствующих осей координат.Consider the option of assessing the position of the recognition object (OR) when using three DTI (see figure 2). We introduce the following coordinate systems: XOYZ - coordinate system associated with the working area; X 1 O 1 Y 1 Z 1 , X 2 O 2 Y 2 Z 2 , X 3 O 3 Y 3 Z 3 - coordinate systems associated with DTI 1 , DTI 2 , DTI 3 (i.e., DTI6, VDTI7 and TDDTI8, respectively). The position of the OP (center of gravity, that is, the position of point A) in this coordinate system is determined by the values Δx A , Δy A , Δz A ; we introduce the following notation: l 1 , l 2 , l 3 - distance from the corresponding DTI 1 , DTI 2 , DTI 3 to OR;
Figure 00000001
,
Figure 00000002
,
Figure 00000003
- the distance from DTI 1 , DTI 2 , DTI 3 to the corresponding coordinate axes.

В общем виде положение ОР можно определить по анализу трех ВКФ, описываемых следующими выражениями:In general terms, the position of the OR can be determined by analyzing three VKF, described by the following expressions:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где F1(x1,y1), F1(x2,y2), F13,y3) - ТИ, формируемые соответствующими ДТИ1, ДТИ2, ДТИ3;

Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- ЭИ, подготовленные при съемке соответствующими ДТИ1, ДТИ2, ДТИ3; S1, S2, S3 - площади коррелируемых изображений. Следует отметить, что при совмещении ТИ и ЭИ не только по угловой и линейным координатам, но и по масштабу выражения (1) еще более усложняются.where F 1 (x 1 , y 1 ), F 1 (x 2 , y 2 ), F 1 (x 3 , y 3 ) - TI formed by the corresponding DTI 1 , DTI 2 , DTI 3 ;
Figure 00000007
,
Figure 00000008
,
Figure 00000009
- EI prepared when shooting with the corresponding DTI 1 , DTI 2 , DTI 3 ; S 1 , S 2 , S 3 - the area of correlated images. It should be noted that when combining TI and EI not only in angular and linear coordinates, but also in scale, expressions (1) become even more complicated.

Рассмотрим особенности оценки местоположения объекта при использовании различного числа и комбинации ДТИ. Например, если используются три датчика ТИ (ДТИ расположены так, как показаны на фиг.2), то координаты ОР определяютсяConsider the features of assessing the location of the object when using a different number and combination of DTI. For example, if you use three sensors TI (DTI are located as shown in figure 2), then the coordinates of the OP are determined

ΔXА=Δξ2=Δξ3, ΔYА=Δξ1=Δξ3, ΔZА=Δη1=Δη2. (2)ΔX A = Δξ 2 = Δξ 3 , ΔY A = Δξ 1 = Δξ 3 , ΔZ A = Δη 1 = Δη 2 . (2)

Если применяются только два ДТИ (ДТИ1 и ДТИ2), то координаты ОР находятсяIf only two DTIs are used (DTI 1 and DTI 2 ), then the OR coordinates are

ΔХА=Δη2; ΔYА=Δξ1; ΔZА=Δη1=Δη2. (3)ΔX A = Δη 2 ; ΔY A = Δξ 1 ; ΔZ A = Δη 1 = Δη 2 . (3)

При оценке предлагаемым устройством величин только по одной координате, например Δξ1, Δη1, Δη2, искомые координаты из (2) определяются простоWhen the proposed device estimates the values only in one coordinate, for example, Δξ 1 , Δη 1 , Δη 2 , the desired coordinates from (2) are simply determined

ΔXА=Δη3; ΔYА=Δξ1; ΔZА=Δη1=Δη2. (4)ΔX A = Δη 3 ; ΔY A = Δξ 1 ; ΔZ A = Δη 1 = Δη 2 . (four)

При использовании двух других (ДТИ1 и ДТИ3) искомые координаты определяются следующим образом:When using the other two (DTI 1 and DTI 3 ), the desired coordinates are determined as follows:

ΔXА=Δη3; ΔYА=Δξ1=Δξ3; ΔZА=Δη1. (5)ΔX A = Δη 3 ; ΔY A = Δξ 1 = Δξ 3 ; ΔZ A = Δη 1 . (5)

Если определяются устройством только величины Δη1, Δξ2, Δξ3, то выражение (4) упрощается до видаIf the device determines only the quantities Δη 1 , Δξ 2 , Δξ 3 , then expression (4) is simplified to the form

ΔХА=Δη3; ΔYА=Δξ3; ΔZА=Δη1. (6)ΔX A = Δη 3 ; ΔY A = Δξ 3 ; ΔZ A = Δη 1 . (6)

В случае использования ДТИ2 и ДТИ3 координаты ОР находятсяIn the case of using DTI 2 and DTI 3, the coordinates of the OR are

ΔXА=Δξ2=Δη3; ΔYА=Δξ3; ΔZА=Δη2. (7)ΔX A = Δξ 2 = Δη 3 ; ΔY A = Δξ 3 ; ΔZ A = Δη 2 . (7)

В формулах (3), (4), (5) Δξ1, Δξ2, Δξ3, Δη1, Δη2, Δη3 представляют собой координаты главного максимума соответствующих ВКФ.In formulas (3), (4), (5) Δξ 1 , Δξ 2 , Δξ 3 , Δη 1 , Δη 2 , Δη 3 are the coordinates of the main maximum of the corresponding VKF.

Расстояния l1, l2, l3 ОР определяются следующими выражениями (фиг.3):Distances l 1 , l 2 , l 3 OP are determined by the following expressions (figure 3):

Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
;
Figure 00000010
;
Figure 00000011
;
Figure 00000012
;

Figure 00000013
;
Figure 00000014
;
Figure 00000015
, (8)
Figure 00000013
;
Figure 00000014
;
Figure 00000015
, (8)

где Ψx, Ψy, Ψz - угол между направлением на и соответствующими осями системы координат XOYZ (на фиг.3 не показаны). Причемwhere Ψ x , Ψ y , Ψ z is the angle between the direction on and the corresponding axes of the XOYZ coordinate system (not shown in Fig. 3). Moreover

l1~ΔМy, l2~ΔМ, l3x,l 1 ~ ΔМ y , l 2 ~ ΔМ, l 3 ~ М x ,

где ~ - знак пропорциональности; ΔМy, ΔМz, ΔМx - изменение масштаба ВКФ, пропорциональное изменению ТИ относительно исходного ЭИ.where ~ is the sign of proportionality; ΔM y , ΔM z , ΔM x is the change in the SCF scale proportional to the change in the TI relative to the initial EI.

Таким образом, в соответствии с формулами (1)-(8) работает вычислитель 21, который также определяет цвет объекта в соответствии со следующим решающим правилом (9):Thus, in accordance with formulas (1) - (8), the calculator 21 operates, which also determines the color of the object in accordance with the following decision rule (9):

Figure 00000016
;
Figure 00000016
;

Figure 00000017
;
Figure 00000017
;

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
;
Figure 00000019
;

Figure 00000020
;
Figure 00000020
;

Figure 00000021
;
Figure 00000021
;

Figure 00000022
,
Figure 00000022
,

где Jк, Jз, Jс, Jп, Jж, Jг, Jб - соответственно уровни ВКФ красного, зеленого, синего, пурпурного, желтого, голубого и белого цветов.where J to , J s , J s , J p , J f , J g , J b - respectively, the levels of VKF red, green, blue, purple, yellow, blue and white.

Варианты исполнения всех блоков устройства приведены в [1, 3, 4].Variants of the execution of all device blocks are given in [1, 3, 4].

По сравнению с известными, предполагаемые способ и устройство обладают более высокими характеристиками, помехоустойчивостью, функциональной возможностью и универсальностью. Эти характеристики взаимосвязаны.Compared with the known, the proposed method and device have higher characteristics, noise immunity, functionality and versatility. These characteristics are interconnected.

Покажем это на примере работы устройства.We show this by the example of the operation of the device.

Высокие точностные характеристики предлагаемого устройства обеспечиваются наличием цветных изображений, позволяющих распознать не только тип (форму), но цвет объекта. Кроме этого обеспечиваются высокие точностные характеристики за счет возможности определения трехмерных координат объекта. Высокая помехоустойчивость также достигается за счет использования цветных изображений (это гарантирует распознавание цветных объектов).High accuracy characteristics of the proposed device are ensured by the presence of color images, allowing to recognize not only the type (shape), but the color of the object. In addition, high accuracy characteristics are provided due to the possibility of determining the three-dimensional coordinates of the object. High noise immunity is also achieved through the use of color images (this ensures the recognition of colored objects).

Функциональные возможности повышаются за счет того, что предлагаемое устройство можно применять в робототехнических системах, мехатронных системах и системах навигации.Functionality is enhanced due to the fact that the proposed device can be used in robotic systems, mechatronic systems and navigation systems.

Высокая универсальность обеспечивается путем определения предлагаемым устройством не только двухмерных координат, но и трехмерных координат объекта.High versatility is ensured by the proposed device determines not only two-dimensional coordinates, but also three-dimensional coordinates of the object.

Источники информацииInformation sources

1. Сырямкин В.И., Титов B.C., Якушенков Ю.Г. и др. Системы технического зрения: Справочник. - Томск: МГП «РАСКО», 1992. - 367 с. (с.192-275).1. Syryamkin V.I., Titov B.C., Yakushenkov Yu.G. and other Systems of technical vision: Reference. - Tomsk: MGP "RASCO", 1992. - 367 p. (p. 192-275).

2. Гридин В.Н., Титов B.C., Фруфанов М.И. Адаптивные системы технического зрения. - М.: Наука, 2009. - 441 с. (с.350-393).2. Gridin V.N., Titov B.C., Frufanov M.I. Adaptive vision systems. - M .: Nauka, 2009 .-- 441 p. (p. 350-393).

3. Мошкин В.И. и др. Техническое зрение роботов. - М.: Машиностроение, 1990. - 272 с. (с.229-260).3. Moshkin V.I. and other technical vision of robots. - M.: Mechanical Engineering, 1990. - 272 p. (p. 229-260).

4. Кориков A.M., Сырямкин В.И., Титов B.C. Корреляционные зрительные системы роботов. - Томск: Радио и связь. Томское отделение, 1990. - 264 с. (с.20, рис.1.4).4. Korikov A.M., Syryamkin V.I., Titov B.C. Correlation visual systems of robots. - Tomsk: Radio and communications. Tomsk Branch, 1990 .-- 264 p. (p.20, fig. 1.4).

Claims (13)

1. Способ определения координат объекта, заключающийся в том, что освещают объект некогерентным источником света, получают эталонные и текущие изображения объекта, разнесенные между собой во времени, которые фильтруют, запоминают и увеличивают, затем оценивают тип и координаты объекта, для чего сравнивают изображения, совмещая их по масштабу при устранении угловых рассогласований изображений, отличающийся тем, что получают цветные текущие и эталонные изображения, вводят два дополнительных канала освещения объекта и оценки цвета, типа и координат объекта и оценивают цвет, тип и пространственные координаты объекта.1. A method for determining the coordinates of an object, which consists in illuminating the object with an incoherent light source, obtaining reference and current images of the object spaced apart in time, which filter, store and enlarge, then evaluate the type and coordinates of the object, for which the images are compared, combining them in scale while eliminating angular mismatches of images, characterized in that they obtain color current and reference images, introduce two additional channels for illuminating the object and evaluating the color, type and coordinates of the object and evaluate the color, type and spatial coordinates of the object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что цветные текущие изображения объекта считываются с трех взаимно-перпендикулярных плоскостей.2. The method according to claim 1, characterized in that the color current image of the object is read from three mutually perpendicular planes. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что объект освещается в трех взаимно-перпендикулярных областях.3. The method according to claim 1, characterized in that the object is illuminated in three mutually perpendicular areas. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сравнение эталонного и текущего изображений осуществляют при синхронном считывании трех цветных изображений объекта.4. The method according to claim 1, characterized in that the comparison of the reference and current images is carried out by synchronously reading three color images of the object. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущие изображения получают при изменении углов крена, тангажа и ракурса датчиков цветного телевизионного изображения.5. The method according to claim 1, characterized in that the current image is obtained by changing the roll angles, pitch and angle of the color television image sensors. 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что эталонные изображения формируют путем фотографирования объекта цветной телевизионной камерой или путем аналитического моделирования объекта.6. The method according to claim 1, characterized in that the reference image is formed by photographing an object with a color television camera or by analytical modeling of the object. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сравнение эталонного и текущего изображений осуществляется при синхронном вращении эталонных изображений вокруг оптической оси соответствующих накопителей текущих изображений и формирователей меры близости.7. The method according to claim 1, characterized in that the comparison of the reference and current images is carried out with the synchronous rotation of the reference images around the optical axis of the respective drives of the current images and formers measure proximity. 8. Способ по п.1, отличающийся тем, что текущее изображение увеличивают на величину, определяемую разрешающей способностью оценки координат, типа и цвета объекта, а так же скоростью его движения.8. The method according to claim 1, characterized in that the current image is increased by an amount determined by the resolution of the estimate of the coordinates, type and color of the object, as well as its speed. 9. Устройство для определения координат, содержащее последовательно соединенные блок управления освещением, осветитель, объект, датчик текущего изображения, накопитель текущего изображения, формирователь меры близости, анализатор меры близости, первым выходом подключенный через блок адаптации к второму входу датчика текущего изображения, а вторым выходом подключенный через последовательно соединенные блок хранения эталонных изображений и эталонное изображение, вторым входом соединенный с третьим выходом анализатора меры близости, к второму входу формирователя меры близости, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит последовательно соединенные второй дополнительный осветитель, объект, второй дополнительный датчик текущего изображения, второй дополнительный накопитель текущего изображения, второй дополнительный формирователь меры близости, вторым выходом подключенный к второму выходу эталонного изображения, второй дополнительный анализатор меры близости, блок связи и вычислитель, а также последовательно соединенные третий дополнительный осветитель, объект, третий дополнительный датчик текущего изображения, третий дополнительный накопитель текущего изображения, третий дополнительный формирователь меры близости, вторым входом соединенный с третьим выходом эталонного изображения, третий дополнительный анализатор меры близости и блок связи, третьим входом подключенный к анализатору меры близости, а вторым выходом к входу блока управления, причем дополнительные отдельные выходы блока адаптации соединены с отдельными входами второго дополнительного датчика текущего изображения и третьего дополнительного датчика текущего изображения, а два дополнительных выхода блока управления освещением соединены с входами второго и третьего дополнительных осветителей, причем выход вычислителя подключен к отдельному входу блока связи, дополнительный выход блока адаптации и синхронизации подключен к отдельному входу блока связи, дополнительные входы эталонного изображения подключены к выходам второго и третьего дополнительных анализаторов меры близости, а отдельные выходы накопителя текущего изображения, второго дополнительного накопителя текущего изображения и третьего дополнительного накопителя текущего изображения подключены к отдельным входам блока хранения эталонных изображений.9. A device for determining coordinates, containing serially connected lighting control unit, illuminator, object, current image sensor, current image storage device, proximity measure generator, proximity measure analyzer connected to the second input of the current image sensor by the first output and the second output connected through a series-connected unit for storing reference images and a reference image, the second input connected to the third output of the analyzer measures the proximity, the second input of the proximity measure driver, characterized in that it further comprises a second additional illuminator connected in series, an object, a second additional current image sensor, a second additional current image storage device, a second additional proximity measure driver connected to the second output of the reference image with a second output, and a second additional proximity measure analyzer, communication unit and calculator, as well as a third additional illuminator connected in series, an object, a third additional current image sensor, a third additional current image storage device, a third additional proximity measure driver, connected to a third output of the reference image with a second input, a third additional proximity measure analyzer and a communication unit, connected to a proximity measure analyzer with a third input, and a second output to the input of the control unit, and additional individual outputs of the adaptation unit are connected to the individual inputs of the second additional sensor of the current image and there is an additional sensor for the current image, and two additional outputs of the lighting control unit are connected to the inputs of the second and third additional illuminators, and the output of the calculator is connected to a separate input of the communication unit, the additional output of the adaptation and synchronization unit is connected to a separate input of the communication unit, additional inputs of the reference image are connected the outputs of the second and third additional analyzers are measures of proximity, and the individual outputs of the drive of the current image, the second additional Yelnia drive current image and the current image of the third additional storage device connected to separate inputs of the reference image storage unit. 10. Устройств по п.9, отличающееся тем, что блок связи выполнен в виде беспроводной или проводной радиосвязи.10. The device according to claim 9, characterized in that the communication unit is made in the form of a wireless or wired radio. 11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что вычислитель выполнен в виде процессора, определяющего пространственные координаты объекта.11. The device according to claim 9, characterized in that the calculator is made in the form of a processor that determines the spatial coordinates of the object. 12. Устройство по п.9, отличающееся тем, что блок хранения эталонных изображений выполнен в виде многомерного запоминающего блока памяти.12. The device according to claim 9, characterized in that the storage unit for reference images is made in the form of a multidimensional memory storage unit. 13. Устройство по п.9, отличающееся тем, что осветитель выполнен в виде универсального блока, содержащего когерентный или некогерентный осветители. 13. The device according to claim 9, characterized in that the illuminator is made in the form of a universal unit containing coherent or incoherent illuminators.
RU2011117285/28A 2011-04-28 2011-04-28 Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method RU2465552C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117285/28A RU2465552C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011117285/28A RU2465552C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465552C1 true RU2465552C1 (en) 2012-10-27

Family

ID=47147545

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011117285/28A RU2465552C1 (en) 2011-04-28 2011-04-28 Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465552C1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007120993A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Tokyo Institute Of Technology Object shape measuring device
RU2392635C2 (en) * 2008-06-04 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method for detecting and determining coordinates of search object

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007120993A (en) * 2005-10-25 2007-05-17 Tokyo Institute Of Technology Object shape measuring device
RU2392635C2 (en) * 2008-06-04 2010-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем" Method for detecting and determining coordinates of search object

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Кориков А.М. и др. Корреляционные зрительные системы роботов. - Томск: Радио и связь, 1990. Сырямкин В.И., Титов В.С. Системы технического зрения. - Томск: МГП «РАСКО», 1993. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2230482B1 (en) Auto-referenced system and apparatus for three-dimensional scanning
CN104634276A (en) Three-dimensional measuring system, photographing device, photographing method, depth calculation method and depth calculation device
US20160260250A1 (en) Method and system for 3d capture based on structure from motion with pose detection tool
US20150075018A1 (en) Coordinate measurement machine with distance meter and camera to determine dimensions within camera images
CA2778261C (en) Position and orientation determination using movement data
JP6321202B2 (en) Method, apparatus and system for determining movement of a mobile platform
CN105354819B (en) Depth data measuring system, depth data determine method and apparatus
WO2015134795A2 (en) Method and system for 3d capture based on structure from motion with pose detection tool
CN108445808B (en) Sensing device and method for data synchronization
CN101324430A (en) Binocular odometry based on similarity principle
US9465979B2 (en) Measurement-target-selecting device, face-shape-estimating device, method for selecting measurement target, and method for estimating face shape
Rossmann et al. A real-time optical sensor simulation framework for development and testing of industrial and mobile robot applications
US10495450B2 (en) Imaging system, imaging device, method of imaging, and storage medium for imaging an object using at least one detector
Pohanka et al. An embedded stereovision system: aspects of measurement precision
EP2199806A1 (en) Passive translational velocity measurement from optical information
CN110136186A (en) A kind of detection target matching method for mobile robot object ranging
Vidhya et al. An effective evaluation of SONARS using arduino and display on processing IDE
CN106980116B (en) High-precision indoor figure ranging method based on Kinect camera
RU2465552C1 (en) Method of determining coordinates of object and apparatus for realising said method
KR20190063967A (en) Method and apparatus for measuring position using stereo camera and 3D barcode
CN106240454A (en) System and the mobile unit of vehicle collision prewarning are provided
Yanık et al. A comprehensive computational cost analysis for state-of-the-art visual slam methods for autonomous mapping
Mulsow et al. A universal approach for geometric modelling in underwater stereo image processing
Hussmann et al. One-phase algorithm for continuous wave TOF machine vision applications
Somlyai et al. Map building with rgb-d camera for mobil robot

Legal Events

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

Effective date: 20190429