RU2522840C1 - Electronic space scanning method - Google Patents

Electronic space scanning method Download PDF

Info

Publication number
RU2522840C1
RU2522840C1 RU2012158197/28A RU2012158197A RU2522840C1 RU 2522840 C1 RU2522840 C1 RU 2522840C1 RU 2012158197/28 A RU2012158197/28 A RU 2012158197/28A RU 2012158197 A RU2012158197 A RU 2012158197A RU 2522840 C1 RU2522840 C1 RU 2522840C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
illumination
computing device
lines
scene
photo
Prior art date
Application number
RU2012158197/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012158197A (en
Inventor
Николай Анатольевич Грязнов
Дмитрий Алексеевич Кочкарев
Алексей Игоревич Модягин
Original Assignee
Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
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 Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) filed Critical Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК)
Priority to RU2012158197/28A priority Critical patent/RU2522840C1/en
Publication of RU2012158197A publication Critical patent/RU2012158197A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2522840C1 publication Critical patent/RU2522840C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: electronic space scanning method includes projecting structured laser illumination formed by multiple laser line generators lying at fixed angles relative to each other, detecting said illumination with a matrix photographic recorder which successively captures frames with illumination and without illumination for subsequent background differentiation, transmitting an image of the illumination lines to a computing device and determining, by the computing device, a three-dimensional scene image using a triangulation method. Scanning is carried out by successively turning on one or more structured laser illumination lines.
EFFECT: obtaining a three-dimensional model of a scene portrait.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники и может быть использовано для воспроизведения объемных изображений сцены, определения геометрических параметров трехмерных объектов и их расположения.The invention relates to the field of measuring laser technology and can be used to reproduce three-dimensional images of the scene, determine the geometric parameters of three-dimensional objects and their location.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ, реализованный в устройстве для контроля геометрии трехмерных объектов и описанный в патенте WO 99/17076. Способ заключается в формировании с помощью анизотропного источника света на измеряемой поверхности контрастной линии, регистрации этой линии неподвижным фоторегистрирующим устройством и определении рельефа поверхности в плоскости луча по степени искривления линии с помощью цифрового вычислительного устройства, вход которого соединен с выходом фоторегистрирующего устройства. При этом с целью измерения всей поверхности осуществляется непрерывный поворот плоского луча относительно измеряемого объекта с одновременным измерением угла поворота.The closest known for its technical nature and the achieved result is the selected as a prototype method, implemented in a device for controlling the geometry of three-dimensional objects and described in patent WO 99/17076. The method consists in forming a contrast line using an anisotropic light source on the measured surface, registering this line with a stationary photo-recording device and determining the surface topography in the beam plane by the degree of curvature of the line using a digital computing device, the input of which is connected to the output of the photo-recording device. Moreover, in order to measure the entire surface, a flat beam is continuously rotated relative to the measured object with simultaneous measurement of the rotation angle.

Недостатком данного способа является необходимость измерения угла поворота луча и наличие механических движущихся частей, а также проблема получения достоверной информации при сильной внешней фоновой засветке.The disadvantage of this method is the need to measure the angle of rotation of the beam and the presence of mechanical moving parts, as well as the problem of obtaining reliable information with strong external background illumination.

Аналогом является способ бесконтактного измерения трехмерных объектов, описанный в патенте 2007127463/28. Указанный способ бесконтактного измерения трехмерных объектов заключается в проецировании с помощью анизотропного источника света на измеряемую поверхность яркой контрастной линии, регистрации ее с помощью цифрового фоторегистрирующего устройства, передаче изображения этой линии на вычислительное устройство, определении вычислительным устройством рельефа измеряемой поверхности в плоскости луча по величине искривления линии.An analogue is the method of non-contact measurement of three-dimensional objects described in patent 2007127463/28. The specified method of non-contact measurement of three-dimensional objects consists in projecting a bright contrast line using an anisotropic light source onto the measured surface, registering it with a digital photo-recording device, transferring the image of this line to a computing device, determining by the computing device the relief of the measured surface in the beam plane by the amount of line curvature .

При этом линия подсветки неподвижна относительно фоторегистрирующего устройства, а сканирование его по всем сечениям измеряемой поверхности осуществляют ручным перемещением фоторегистрирующего устройства (совместно с лучом). Также предусматриваются опорные линии, нанесенные на базовую панель, неподвижную относительно измеряемого объекта, изображения которых фиксируются фоторегистрирующим устройством совместно с линиями сечений и передаются на вычислительное устройство, которое по анализу расположения опорных линий совмещает все измеренные сечения в единую поверхность.In this case, the backlight line is stationary relative to the photo-recording device, and scanning it over all sections of the measured surface is carried out by manual movement of the photo-recording device (together with the beam). Reference lines are also provided that are applied to the base panel, which is stationary relative to the measured object, the images of which are recorded by the photo-recording device together with the section lines and transmitted to the computing device, which, by analyzing the location of the reference lines, combines all measured sections into a single surface.

Недостатками рассмотренного способа являются ручное перемещение сканирующего устройства и проблема получения достоверной информации при сильной фоновой засветке.The disadvantages of the considered method are the manual movement of the scanning device and the problem of obtaining reliable information with strong background illumination.

Основной решаемой задачей изобретения является разработка простого и надежного способа получения трехмерной модели портрета сцены, исключающего наличие движущихся деталей и работающего при любой фоновой освещенности.The main problem to be solved by the invention is the development of a simple and reliable way to obtain a three-dimensional model of a portrait of a scene, eliminating the presence of moving parts and working under any background illumination.

Устройство, реализующее способ электронного сканирования пространства, состоит из нескольких лазерных генераторов линий, матричного фоторегистрирующего устройства, спектрального фильтра и вычислительного устройства. Лазерные генераторы линий расположены под известными жестко фиксированными углами относительно друг друга и относительно фоторегистрирующего устройства таким образом, чтобы перекрывать всю зону обзора фоторегистрирующего устройства, что позволяет избавиться от механически движущихся деталей.A device that implements a method of electronic scanning of space consists of several laser line generators, a matrix photo-recording device, a spectral filter and a computing device. Laser line generators are located at known rigidly fixed angles relative to each other and relative to the photo-recording device so as to overlap the entire field of view of the photo-recording device, which allows you to get rid of mechanically moving parts.

Блок источников лазерного излучения и фоторегистрирующее устройство жестко зафиксированы и располагаются таким образом, что их поля зрения максимально перекрываются, а оптические оси лежат в одной плоскости и либо параллельны, либо пересекаются в дальней зоне. В идеальном случае они пересекаются в центре рабочего диапазона дальностей, при этом расстояние между оптическими центрами блока и устройства, так же как и углы наклона осей в выбранной системе координат, определяются в процессе калибровки прибора.The block of laser radiation sources and the photo-recording device are rigidly fixed and arranged so that their fields of view overlap as much as possible, and the optical axes lie in the same plane and are either parallel or intersect in the far zone. In the ideal case, they intersect at the center of the operating range, while the distance between the optical centers of the unit and the device, as well as the angles of the axes in the selected coordinate system, are determined during the calibration of the device.

Спектральный фильтр, в полосу пропускания которого попадает излучение лазерных генераторов линий, служит для уменьшения чувствительности прибора к фоновой засветке и расположен непосредственно перед объективом фоторегистрирующего устройства.The spectral filter, in the passband of which the radiation of laser line generators falls, serves to reduce the sensitivity of the device to background illumination and is located directly in front of the lens of the photo-recording device.

Сущность заявляемого изобретения заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки на сканируемую область (фиг.1), регистрации ее проекции через спектральный фильтр матричным фоторегистрирующим устройством, синхронизированным с блоком структурированной лазерной подсветки таким образом, что каждый нечетный кадр снимается без подсветки, а каждый четный - с подсветкой одной или несколькими линиями. Далее полученные кадры передаются на вычислительное устройство, которое вычитает из каждого четного кадра предыдущий нечетный кадр.The essence of the claimed invention consists in projecting a structured laser illumination onto a scanned area (Fig. 1), registering its projection through a spectral filter with a matrix photo-recording device synchronized with a structured laser illumination unit in such a way that every odd frame is taken without illumination, and every even frame with backlighting with one or more lines. Further, the received frames are transmitted to a computing device, which subtracts the previous odd frame from each even frame.

Затем производится определение трех координат каждой точки линий подсветки относительно выбранной системы координат. Например, использование триангуляционного метода в системе координат, представленной на фиг.2, для выбранной точки на подсвеченной линии осуществляется по следующим формулам:Then, the three coordinates of each point of the highlight lines are determined relative to the selected coordinate system. For example, the use of the triangulation method in the coordinate system shown in figure 2, for the selected point on the highlighted line is carried out according to the following formulas:

h = h C tan ( β L ) h L tan ( β C + α y ) tan ( β L ) tan ( β C + α y )

Figure 00000001
h = h C tan ( β L ) - h L tan ( β C + α y ) tan ( β L ) - tan ( β C + α y )
Figure 00000001

S = h L h C tan ( β L ) tan ( β C + α y )

Figure 00000002
S = h L - h C tan ( β L ) - tan ( β C + α y )
Figure 00000002

x 0 = S tan ( α x )

Figure 00000003
. x 0 = S tan ( α x )
Figure 00000003
.

По полученным координатам восстанавливается трехмерный портрет сцены, при этом разрешение в направлении линии подсветки определяется разрешением фоторегистрирующего устройства, а в ортогональном направлении - количеством используемых лазерных генераторов линий. Работа в реальном времени может быть обеспечена за счет применения высокоскоростных матричных фоторегистрирующих устройств.Based on the obtained coordinates, a three-dimensional portrait of the scene is restored, while the resolution in the direction of the backlight line is determined by the resolution of the photo-recording device, and in the orthogonal direction, by the number of laser line generators used. Work in real time can be achieved through the use of high-speed matrix photo-recording devices.

Работа системы в широком диапазоне освещенностей достигается тремя этапами фильтрации: использованием спектрального фильтра, осуществляющим спектральную селекцию и снижающим интенсивность спектральной засветки, открытием затвора фоторегистрирующего устройства только на время включения подсветки, что обеспечивает временную селекцию, и вычитанием кадра без подсветки из кадра с подсветкой (дифференцирование фона).The operation of the system in a wide range of illumination is achieved by three stages of filtering: using a spectral filter that performs spectral selection and reduces the intensity of spectral illumination, opens the shutter of the photo-recording device only for the time the backlight is turned on, which provides temporary selection, and subtracts the frame without backlight from the backlit frame (differentiation background).

Claims (1)

Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены, заключающийся в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий, расположенных под фиксированными углами относительно друг друга, регистрации ее с помощью матричного фоторегистрирующего устройства, последовательно снимающего кадры с подсветкой и без подсветки для последующего дифференцирования фона, передаче изображения линий подсветки на вычислительное устройство и определении вычислительным устройством объемного изображения сцены триангуляционным методом, при том что сканирование осуществляется последовательным поочередным включением одной или нескольких линий структурированной лазерной подсветки. A method of electronically scanning space to obtain a three-dimensional model of a portrait of a scene, which consists in projecting a structured laser illumination generated using several laser line generators located at fixed angles relative to each other, registering it using a matrix photo-recording device that sequentially shoots frames with and without backlight for the subsequent differentiation of the background, the transfer of the image of the backlight lines to the computing device and ELENITE computing device voxel scene triangulation method, while the scanning by repeatedly alternately turning on one or more lines of structured laser illumination.
RU2012158197/28A 2012-12-20 2012-12-20 Electronic space scanning method RU2522840C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012158197/28A RU2522840C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Electronic space scanning method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012158197/28A RU2522840C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Electronic space scanning method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012158197A RU2012158197A (en) 2014-06-27
RU2522840C1 true RU2522840C1 (en) 2014-07-20

Family

ID=51216190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012158197/28A RU2522840C1 (en) 2012-12-20 2012-12-20 Electronic space scanning method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2522840C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772138C1 (en) * 2021-07-21 2022-05-18 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ИТЭЛМА" (ООО "НПП "ИТЭЛМА") Method for determining the volume of bulk cargo in a moving vehicle using non-contact measurement

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987002797A1 (en) * 1985-10-31 1987-05-07 Energy Optics, Inc. Dead reckoning optoelectronic intelligent docking system
US20050278098A1 (en) * 1994-05-23 2005-12-15 Automotive Technologies International, Inc. Vehicular impact reactive system and method
RU2365876C2 (en) * 2007-07-18 2009-08-27 Яков Борисович Ландо Method of noncontact sensing of three-dimensional objects
US7787105B2 (en) * 2006-09-15 2010-08-31 Triple-In Holding Ag Taking distance images
WO2010141982A9 (en) * 2009-06-09 2011-03-03 Dux Technologies Pty Ltd Laser detection and timing method and apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1987002797A1 (en) * 1985-10-31 1987-05-07 Energy Optics, Inc. Dead reckoning optoelectronic intelligent docking system
US20050278098A1 (en) * 1994-05-23 2005-12-15 Automotive Technologies International, Inc. Vehicular impact reactive system and method
US7787105B2 (en) * 2006-09-15 2010-08-31 Triple-In Holding Ag Taking distance images
RU2365876C2 (en) * 2007-07-18 2009-08-27 Яков Борисович Ландо Method of noncontact sensing of three-dimensional objects
WO2010141982A9 (en) * 2009-06-09 2011-03-03 Dux Technologies Pty Ltd Laser detection and timing method and apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2772138C1 (en) * 2021-07-21 2022-05-18 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ИТЭЛМА" (ООО "НПП "ИТЭЛМА") Method for determining the volume of bulk cargo in a moving vehicle using non-contact measurement

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012158197A (en) 2014-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105358092B (en) The automatic acquisition based on video for dental surface imaging equipment
US8134719B2 (en) 3-D imaging using telecentric defocus
US6549288B1 (en) Structured-light, triangulation-based three-dimensional digitizer
CN112469361B (en) Apparatus, method and system for generating dynamic projection patterns in confocal cameras
CN104279981B (en) The measuring method and device of a kind of absolute face shape of the minute surface based on streak reflex/class mirror article
CN107131848A (en) The optical triangle method device of quick and fine and close SHAPE DETECTION can be realized
CN101264002A (en) Three-dimensional endoscopic measurement device and method based on grating projection
JP3629532B2 (en) Method and system for measuring real-time shape of continuously moving object
CN105333838A (en) Color three-dimensional (3D) measuring system
JP2012237613A (en) Shape measuring device and shape measuring method
US20160021305A1 (en) Method and apparatus for measuring optical systems and surfaces with optical ray metrology
RU2522840C1 (en) Electronic space scanning method
KR101555027B1 (en) Appapatus for three-dimensional shape measurment and method the same
RU125335U1 (en) DEVICE FOR MONITORING LINEAR SIZES OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS
RU153982U1 (en) DEVICE FOR MONITORING LINEAR SIZES OF THREE-DIMENSIONAL OBJECTS
US11231375B2 (en) Apparatus for high-speed surface relief measurement
CN105547191A (en) Colorful 3D measuring system
KR20100032742A (en) Living body surface morphological measuring system
CN105008903A (en) Method and device for analyzing the surface of a substrate
KR20130002760A (en) Surface roughness measurement apparatus and method having intermediate view generator
CN201208249Y (en) Three-dimensional endoscopic measurement device based on grating projection
CN105571522A (en) Color 3D measurement system
CN205192448U (en) Lighting device that colored 3D measurement system used
CN205192447U (en) Lighting device that colored 3D measurement system used
CN205192446U (en) Lighting device that colored 3D measurement system used