RU2552123C2 - Method of selecting objects on remote background - Google Patents
Method of selecting objects on remote background Download PDFInfo
- Publication number
- RU2552123C2 RU2552123C2 RU2013147224/28A RU2013147224A RU2552123C2 RU 2552123 C2 RU2552123 C2 RU 2552123C2 RU 2013147224/28 A RU2013147224/28 A RU 2013147224/28A RU 2013147224 A RU2013147224 A RU 2013147224A RU 2552123 C2 RU2552123 C2 RU 2552123C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- images
- objects
- image
- compared
- distance
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к методам фото- и видеосъемки. Более конкретно, к оптическим стереоскопическим способам определения местонахождения объекта в окружающем пространстве, включающим определение расстояний до интересующих объектов, а также их угловых координат. Изобретение применимо, например, в автоматических системах определения местонахождения объектов в пространстве, в частности на транспорте, в качестве средства предупреждения столкновения.The invention relates to methods for photographing and filming. More specifically, to optical stereoscopic methods for determining the location of an object in the surrounding space, including determining the distances to objects of interest, as well as their angular coordinates. The invention is applicable, for example, in automatic systems for determining the location of objects in space, in particular in transport, as a means of preventing collisions.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен стереоскопический способ измерения расстояний и судовой дальномер-пеленгатор, описанные в патенте РФ №2468336, опубл. 27.11.2012, G01C 3/02, G01S 17/06, автор Гузевич С.Н. В способе наводят оси наблюдений на объект, получают отображения объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям, из центров двух идентичных оптических устройств, разнесенных на известной базе. Проводят на плоскостях измерений через точки проекций оптических осей измерительных осей координат, параллельных базе. Измеряют положения граничных точек отображений объекта от центров проекций оптических осей и вычисляют расстояния до объекта, используя размер базы как составную часть опорного параметра. Управляют размером базы и расстоянием от центров оптических устройств до плоскостей измерений, а вычисления выполняют, используя как опорный параметр произведение длины базы на расстояние от центров оптических устройств до измерительных плоскостей.Known stereoscopic method for measuring distances and ship range finder-direction finder described in the patent of the Russian Federation No. 2468336, publ. 11/27/2012, G01C 3/02,
Недостатком данного способа является то, что расстояние между камерами (базис) ограничено размерами основания, например корабля, на которое устанавливаются камеры. Если основание больших размеров, то регулировка базиса возможна. Если же основание мало, то необходимый базис реализовать механическим устройством подвижки камер невозможно. Кроме того, способ сложный в осуществлении. Требуется дополнительно механическая система изменения расстояния между камерами. Способ и устройство имеют недостаточное быстродействие в случае детектирования (селекции) быстроперемещающихся объектов, а также в случае использования на быстроперемещающихся объектах (кораблях).The disadvantage of this method is that the distance between the cameras (basis) is limited by the dimensions of the base, for example, the ship on which the cameras are installed. If the base is large, then adjustment of the basis is possible. If the base is small, then it is impossible to implement the necessary basis with a mechanical device for moving the cameras. In addition, the method is difficult to implement. An additional mechanical system for changing the distance between the cameras is required. The method and device have insufficient performance in the case of detection (selection) of rapidly moving objects, as well as in the case of use on fast moving objects (ships).
В качестве прототипа выбран способ селекции объектов на удаленном фоне в патенте РФ №2363018, кл. G01S 17/06, опубл. 27.07.2009, авторы Подгорнов В.А., Подгорнов С.В., Щербина А.Н. Способ заключается в приеме и формировании опорного и сравниваемого изображений двумя идентичными оптическими системами, установленными на небольшом расстоянии между собой относительно удаленного фона. У объективов параллельные главные оптические оси. Одновременно регистрируют оба изображения. Ищут фрагменты образов объектов на изображениях и ставят им в соответствие величины параллактического сдвига. Вычисляют расстояния до выявленных объектов в пространстве по формуле R=L·A/Δi, где L - расстояние между центрами объективов оптических систем, A - расстояние от фотоматрицы до главной оптической оси объектива оптической системы, Δi - величина параллактического сдвига i-го образа объекта. Данный способ позволяет с высокой точностью обнаруживать (селектировать) одиночные и множественные объекты с заранее неизвестной яркостью в условиях высококонтрастных фонов.As a prototype, a method for selecting objects on a remote background was selected in RF patent No. 2363018, class.
Недостатком способа является ограниченная дальность селекции объектов по дальности, так как невозможно увеличить базисное расстояние между оптическими системами в процессе их работы. Для этого требуется введение в конструкцию дополнительного механизма подвижки оптических систем. Кроме того, недостаточно точно определяются координаты сильно удаленных объектов наблюдения.The disadvantage of this method is the limited range of selection of objects in range, since it is impossible to increase the base distance between optical systems in the process of their operation. This requires the introduction of an additional mechanism for moving optical systems. In addition, the coordinates of highly distant objects of observation are not sufficiently determined.
Задача изобретения заключается в увеличении дальности селекции в окружающем пространстве объектов в процессе их наблюдения с перемещающегося основания (транспортного средства), без использования специальных дополнительных механизмов подвижки оптических систем, при одновременном сохранении точности селекции движущихся объектов.The objective of the invention is to increase the selection range in the surrounding space of objects during their observation from a moving base (vehicle), without using special additional mechanisms for moving optical systems, while maintaining the accuracy of selection of moving objects.
Технический результат заключается в увеличении базисного расстояния за счет рассинхронизации момента регистрации кадров стереопары в процессе перемещения оптических систем в пространстве. При этом в случае наблюдения перемещающихся объектов, приближающихся к оптическим системам, время рассинхронизации постепенно уменьшается.The technical result consists in increasing the base distance due to the desynchronization of the moment of registration of the frames of the stereo pair in the process of moving optical systems in space. Moreover, in the case of observing moving objects approaching optical systems, the desynchronization time gradually decreases.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Для достижения технического результата предлагается способ селекции объектов на удаленном фоне. Способ заключается в приеме и формировании опорного и сравниваемого изображений двумя идентичными оптическими системами на основе многоэлементных фотоприемников, с параллельными главными оптическими осями их объективов. Регистрируют оба изображения, формируют два разностных изображения. Первое - вычитанием сравниваемого изображения из опорного, второе - вычитанием опорного из сравниваемого. Обнуляют отрицательные значения в разностных изображениях. Ищут в направлении параллактического смещения фона величину сдвига между ненулевыми фрагментами первого разностного изображения и соответствующими им ненулевыми фрагментами второго разностного изображения до максимального их совпадения. Аналогично находят величины сдвига между ненулевыми фрагментами второго разностного изображения и соответствующими им фрагментами первого разностного изображения. Вычисляют расстояния до выявленных объектов по формуле R=a×f/Δi, где a - расстояние между главными оптическими осями объективов, f - фокусное расстояние объектива оптической системы, Δi - величина сдвига между соответствующими ненулевыми фрагментами i-го объекта. Принимают и формируют изображения в процессе поступательного движения оптических систем. Вектор движения образует угол с направлением главных оптических осей объективов, при этом каждую пару опорного и сравниваемого изображений последовательно регистрируют в двух разнесенных точках пространства, расстояние между которыми выбирают из условия обеспечения сдвига между соответствующими ненулевыми фрагментами разностных изображений на величину не меньше, чем размер светочувствительного элемента фотоприемника, при этом расстояние между точками регистрации каждой пары опорного и сравниваемого изображений последовательно уменьшают при приближении объектов к оптическим системам.To achieve a technical result, a method for selecting objects on a remote background is proposed. The method consists in receiving and forming the reference and compared images with two identical optical systems based on multi-element photodetectors, with parallel main optical axes of their lenses. Both images are recorded, two differential images are formed. The first is by subtracting the compared image from the reference, the second by subtracting the reference from the compared. Zero negative values in difference images. The magnitude of the shift between nonzero fragments of the first difference image and the corresponding nonzero fragments of the second difference image to their maximum coincidence is searched in the direction of the background parallax shift. Similarly, the shift values between non-zero fragments of the second differential image and the corresponding fragments of the first differential image are found. The distances to the detected objects are calculated by the formula R = a × f / Δ i , where a is the distance between the main optical axes of the lenses, f is the focal length of the lens of the optical system, Δ i is the shift between the corresponding nonzero fragments of the ith object. Receive and form images in the process of translational movement of optical systems. The motion vector forms an angle with the direction of the main optical axes of the lenses, and each pair of reference and compared images is sequentially recorded at two spaced points of space, the distance between which is selected from the condition for providing a shift between the corresponding nonzero fragments of the difference images by no less than the size of the photosensitive element photodetector, while the distance between the registration points of each pair of reference and compared images in series menshayut when approaching objects to the optical system.
Совокупность перечисленных существенных признаков позволяет увеличить базисное расстояние за счет рассинхронизации регистрации кадров стереопары в процессе перемещения оптических систем. Это позволяет увеличить дальность селекции объектов в окружающем пространстве. При этом в случае наблюдения движущихся объектов, приближающихся к оптическим системам, время рассинхронизации постепенно уменьшается по мере их приближения. Это позволяет минимизировать негативное влияние подвижки наблюдаемых объектов в интервале времени между моментами регистрации кадров стереопары, что увеличивает точность определения расстояния до объектов (увеличивает точность селекции).The combination of these essential features allows you to increase the base distance due to the desynchronization of the registration of stereo frames in the process of moving optical systems. This allows you to increase the range of selection of objects in the surrounding space. Moreover, in the case of observation of moving objects approaching optical systems, the desynchronization time gradually decreases as they approach. This allows you to minimize the negative impact of the movement of the observed objects in the time interval between the moments of registration of the frames of the stereo pair, which increases the accuracy of determining the distance to objects (increases the accuracy of selection).
Перед получением разностных изображений сравниваемое изображение параллактически смещают относительно опорного изображения до максимального совпадения удаленного фона. Данные действия выполняются с целью устранения погрешности при настройке параллельности главных оптических осей идентичных оптических систем.Before receiving the differential images, the compared image is parallactically shifted relative to the reference image to the maximum coincidence of the remote background. These actions are performed in order to eliminate the error when setting the parallelism of the main optical axes of identical optical systems.
Опорное и сравниваемое изображение выравнивают по яркости до формирования разностных изображений. Данные действия выполняются с целью устранения инструментальной погрешности светочувствительности фотоприемных устройств оптических систем.The reference and reference image are aligned in brightness until differential images are formed. These actions are performed in order to eliminate the instrumental error of the photosensitivity of photodetectors of optical systems.
В разностных изображениях значения обнуляют с определенного уровня, соответствующего разбросу чувствительности фотоприемников оптических систем. Данные действия выполняются с целью устранения шума, обусловленного, например, оптической аберрацией объективов оптических систем.In difference images, the values are reset to a certain level corresponding to the sensitivity spread of the photodetectors of optical systems. These actions are performed in order to eliminate noise caused, for example, by optical aberration of the lenses of optical systems.
В располагаемых нами источниках информации не обнаружено технических решений, содержащих в совокупности признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа. Следовательно, изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.In our available sources of information, no technical solutions have been found that together contain features similar to the distinguishing features of the proposed method. Therefore, the invention meets the criterion of inventive step.
Наличие новых существенных признаков совместно с известными и общими с прототипом позволило создать новое техническое решение - способ селекции объекта на удаленном фоне. Способ решает комплексно задачу увеличения дальности определения местоположения объектов в окружающем пространстве, в том числе движущихся объектов в процессе их наблюдения с перемещающегося основания.The presence of new significant features together with the well-known and common with the prototype allowed us to create a new technical solution - a method of selecting an object on a remote background. The method solves the complex task of increasing the range of determining the location of objects in the surrounding space, including moving objects in the process of observing them from a moving base.
Краткое описание фигур и чертежейBrief description of figures and drawings
Предлагаемый способ определения местонахождения объекта в окружающем пространстве иллюстрируется чертежами:The proposed method for determining the location of an object in the surrounding space is illustrated by the drawings:
фиг.1 - оптическая схема регистрации изображений заявляемым способом;figure 1 is an optical scheme for registering images of the claimed method;
фиг.2 - принципиальная схема устройства оптических систем.figure 2 - schematic diagram of the device of optical systems.
фиг.3(а, б) - схематическое представление зарегистрированного опорного А1 и сравниваемого А2 изображения;figure 3 (a, b) is a schematic representation of a registered reference A1 and the compared A2 image;
фиг.4(а, б) - схема смещения (обрезки) матриц изображений А1 и А2 друг относительно друга, при наличии отклонения от параллельности главных оптических осей объективов;figure 4 (a, b) is a diagram of the displacement (cropping) of the image matrices A1 and A2 relative to each other, in the presence of a deviation from parallelism of the main optical axes of the lenses;
фиг.5(а, б) - первое и второе разностные изображения Raznost1 и Raznost2, соответственно;Fig. 5 (a, b) is the first and second difference images of Raznost1 and Raznost2, respectively;
фиг.6(а, б) - схема определения параллактического смещения объектов;6 (a, b) is a diagram for determining the parallactic displacement of objects;
фиг.7(а, б) - результат определения параллактического смещения объектов, (а - светлее окружающего фона, б - темнее фона), где изображения объектов показаны каждый в своем цвете, соответствующем смещению (цветовая расшифровка соответствия приведена в середине);Fig. 7 (a, b) is the result of determining the parallactic displacement of objects, (a is lighter than the surrounding background, b is darker than the background), where the images of the objects are shown each in its own color corresponding to the displacement (color decoding of the correspondence is shown in the middle);
фиг.8 - вариант представления результата селекции объектов на удаленном фоне, образы объектов выделены цветом, причем цвет соответствует расстоянию до объекта (справа приведена цветовая расшифровка).Fig. 8 is a variant of presenting the result of selecting objects against a remote background, the images of objects are highlighted in color, the color corresponding to the distance to the object (color decoding is shown on the right).
Варианты осуществления изобретенияEmbodiments of the invention
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Рассмотрим схему проведения фотосъемки. Для регистрации оптических изображений используют две идентичные оптические системы 1 и 2 (фиг.1), установленные на подвижном основании 3 (самолете). Как показано на фиг.2, каждая оптическая система 1 и 2 состоит из многоэлементного фотоприемника 4 и сопряженного с ним объектива 5. Оптические системы 1 и 2 ориентируют друг относительно друга таким образом, чтобы главные оптические оси (штрихпунктирные линии) их объективов 5 были параллельны друг другу, (фиг.1, 2). Оптические системы 1 и 2 электрически сопрягают с блоком управления 6, обеспечивающим электропитание и управление всем устройством в целом.Consider the scheme of photographing. To register optical images, two identical optical systems 1 and 2 (Fig. 1) are used, mounted on a movable base 3 (airplane). As shown in FIG. 2, each optical system 1 and 2 consists of a
В состав блока управления 6 входят источники питания, а также электрическая схема управления работой устройства, например, программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС).The
В качестве многоэлементных фотоприемников 4 используют, например, комплементарные металооксидные полупроводниковые (КМОП) матрицы. Количество светочувствительных элементов в КМОП матрице может быть различно. В рассматриваемом варианте реализации способа используют квадратную матрицу формата n на n пикселей с длиной стороны L (фиг.2).As
В качестве объектива 5 может быть использован практически любой тип оптического объектива, обеспечивающий обзор окружающего пространства в заданном телесном угле ϑ, определяемом исходя из условия проведения съемки, и удовлетворяющий требованиям получения изображения с достаточной разрешающей способностью (фиг.1, 2). В рассматриваемом варианте реализации способа используют однолинзовый объектив с фокусным расстоянием f (фиг.2).As
Разрешающую способность оптических систем 1 и 2 считают достаточной, если образы наблюдаемых объектов 7 и 8 на регистрируемых изображениях образованы не менее 1-2 пикселями. Экспозицию при регистрации кадров оптическими системами считают оптимальной, если образы наблюдаемых объектов 7 и 8 фиксируются на изображениях без значительного смазывания.The resolution of optical systems 1 and 2 is considered sufficient if the images of the observed
Основание 3, на котором установлены оптические системы 1 и 2, в рассматриваемом случае движется поступательно с постоянной скоростью Vc (фиг.1). Угол между вектором Vc и главными оптическими осями объективов 5 равен 90 градусов. Наблюдаемые объекты 7 и 8 перемещаются прямолинейно с постоянными скоростями Vоб1, Vоб2, соответственно (фиг.1).The base 3, on which the optical systems 1 and 2 are installed, in the case under consideration moves progressively with a constant speed V c (Fig. 1). The angle between the vector Vc and the main optical axes of the
В момент времени t1 оптическая система 1 принимает при помощи собственного объектива 5 оптическое изображение окружающего пространства и формирует его в плоскости многоэлементного фотоприемника 4, который производит его регистрацию. Зарегистрированное изображение принимается в качестве опорного А1 (фиг.3а).At time t 1, the optical system 1 receives, using its
Через заданный интервал времени Δt, в момент времени t2, оптическая система 2 принимает при помощи собственного объектива 5 оптическое изображение окружающего пространства и формирует его в плоскости многоэлементного фотоприемника 4, который производит его регистрацию. Зарегистрированное изображение принимается в качестве сравниваемого А2 (фиг.3б).After a predetermined time interval Δt, at time t 2 , the optical system 2 receives, using its
Интервал времени Δt между моментом t1 регистрации опорного изображения А1 и моментом t2 регистрации сравниваемого изображения А2 выбирают из следующего условия:The time interval Δt between the time t 1 of the registration of the reference image A1 and the time t 2 of the registration of the compared image A2 is selected from the following conditions:
где Rmax - расстояние до удаленного фона (выбирается исходя из параметров наблюдаемой сцены), фиг.1; L - сторона квадрата светочувствительной площадки КМОП матрицы фотоприемника 4; f - фокусное расстояние объективов 5; Vc - скорость перемещения основания 3 (скорость самолета в полете); n - количество пикселей, расположенных вдоль стороны квадрата светочувствительной площадки КМОП матрицы фотоприемника 4.where R max is the distance to the distant background (selected based on the parameters of the observed scene), figure 1; L is the side of the square of the photosensitive area of the
Вышеописанная схема проведения фотосъемки позволяет последовательно регистрировать опорное и сравниваемое изображения в двух разнесенных точках пространства (O1 и O2), (на фиг.1). Расстояние O1O2 является фактически стереоскопическим базисом a. Базис a выбран из условия обеспечения параллактического сдвига на регистрируемой стереопаре образов объектов 7 и 8, находящихся ближе чем удаленный фон, на величину не меньше, чем размер светочувствительного элемента (пикселя) фотоприемника 4. Данная схема проведения фотосъемки позволяет организовать практически любой необходимый стереоскопический базис a, исходя из заданного значения Rmax, необходимый для увеличения дальности селекции объектов 7 и 8 в окружающем пространстве. В этом заключается технический результат изобретения. Стереоскопический базис a=Δt×Vc.The above-described scheme of photographing allows you to sequentially register the reference and compared images at two spaced points of space (O 1 and O 2 ), (in FIG. 1). The distance O 1 O 2 is actually a stereoscopic basis of a . The basis a is selected from the condition for providing a parallactic shift on the recorded stereo pair of images of
На опорном изображении (фиг.3а) присутствуют образы 9 и 10, соответствующие объектам 7 и 8 (на фиг.1), наблюдаемые на удаленном фоне 11, (на фиг.3а). На сравниваемом изображении (фиг.3б) присутствуют образы 12 и 13, соответствующие объектам 7 и 8, переместившимся в течение интервала времени Δt в положение 14 и 15 (на фиг.1), наблюдаемые на удаленном фоне 11 (фиг.3б).On the reference image (Fig.3A) there are
Удаленный фон 11 на опорном (фиг.3а) и сравниваемом (фиг.3б) изображениях, находящийся на расстоянии, превышающем значение Rmax, смещен на величину менее одного пикселя. Сдвиг удаленного фона 11 на зарегистрированных изображениях неразличимо мал. Вследствие этого величиной параллактического сдвига фона 11 можно пренебречь и считать фон 11 неподвижным.
Образы 12 и 13 на сравниваемом изображении (фиг.3б) смещены вправо (направление параллактического сдвига) относительно образов 9 и 10 на опорном изображении (фиг.3а). Значения величин сдвигов Δ1, Δ2 в направлении параллактического смещения фона 11 зависят от степени удаленности объектов 7 и 8 от оптических систем 1 и 2, а именно от расстояний Rоб1_t1, Rоб1_t2, и Rоб2_t1, Rоб2_t2 (фиг.1). Чем больше величины сдвигов Δ1, Δ2, тем ближе находятся объекты 7 и 8 к оптическим системам 1 и 2, и наоборот.The
Расстояния Rоб1_t1, и Rоб2_t1 до объектов 7 и 8 определяют по взаимному расположению их образов 9 и 12 на опорном А1, и 10 и 13 на сравниваемом А2 изображениях, исходя из значений сдвигов Δ1, Δ2, соответственно. При этом, чем меньше смещение объектов 7 и 8 за интервал времени Δt, тем точнее определяют расстояния Rоб1_t1, и Rоб2_t1. Для минимизации погрешности измерения расстояний до приближающихся к оптическим системам 1 и 2 движущихся объектов 7 и 8 требуется уменьшить расстояния между точками регистрации O1 и O2 каждой последующей пары опорного А1 и сравниваемого А2 изображений (т.е. уменьшение стереоскопического базиса a). С этой целью возможно сокращение интервала времени Δt до минимально необходимого, например, посредством использования в расчетах расстояния Rmax, определяемого как расстояние до наиболее удаленного объекта 7, наблюдаемого в предыдущей сцене (на предыдущей паре опорного А1 и сравниваемого А2 изображений). Это подтверждает достижение технического результата.The distances R ob1_t1 , and R ob2_t1 to
Процесс выявления образов 9, 10 и 12, 13 объектов 7 и 8 на зарегистрированных изображениях для определения параллактических сдвигов Δ1, Δ2 заключается в следующем.The process of identifying
Опорное и сравниваемое изображения представляют в виде матриц А1 и А2 с размером I×J, соответственно (фиг.4). На зарегистрированных изображениях (фиг.3а, б) на удаленном высококонтрастном фоне присутствуют образы объектов 9 и 12 более светлые, чем окружающий их фон, и образы объектов 10 и 13 темнее фона.The reference and compared images are represented in the form of matrices A1 and A2 with a size of I × J, respectively (Fig. 4). On the registered images (figa, b) on a remote high-contrast background there are images of
Если главные оптические оси регистрирующих систем 1 и 2 имеют незначительное отклонение параллельности между собой, то матрицы «обрезают» в направлении, противоположном параллактическому смещению фона 11. На фиг.4 показана схема смещения (обрезки) матриц изображений А1 и А2 друг относительно друга при наличии отклонения от параллельности главных оптических осей регистрирующих систем 1 и 2, где dx и dy - горизонтальная и вертикальная проекции параллактического смещения удаленного фона 11. Величина параллактического смещения удаленного фона 11 принимается постоянной для оптических систем и вычисляется по формуле . Размер получившихся матриц принимают равным I×J и сохраняют их обозначения (A1 и A2).If the main optical axes of the recording systems 1 and 2 have a slight deviation of parallelism between them, the matrices are “cut off” in the direction opposite to the parallactic displacement of the
В случае отклонения яркости на регистрируемых изображениях А1 и А2, обусловленного, например, погрешностями в производстве фотоприемников 4, опорное А1 и сравниваемое А2 изображения выравнивают по яркости до их максимального совпадения.In the case of a brightness deviation in the recorded images A1 and A2, caused, for example, by errors in the production of
Следующей последовательностью действий, проводимой в блоке управления 6, подавляют удаленный, высококонтрастный фон и одновременно на нем выделяют объекты с заранее неизвестной яркостью (светлые объекты на темном фоне или темные объекты на светлом фоне):The following sequence of actions carried out in the
1. Формируют два разностных изображения.1. Form two differential images.
Первому разностному изображению соответствует матрица, равная: Raznoct1=A1-A2 (фиг.5а). Второму разностному изображению соответствует матрица равная: Raznoct2=A2-A1 (фиг.5б).The first difference image corresponds to a matrix equal to: Raznoct1 = A1-A2 (figa). The second difference image corresponds to an equal matrix: Raznoct2 = A2-A1 (Fig.5b).
2. В полученных разностных изображениях обнуляют отрицательные значения. Если на разностных изображениях присутствует шум, обусловленный, например, оптическими аберрациями объективов 5, то обнуление значений в разностных матрицах проводят, начиная с некоторой положительной величины, т.е.:2. In the resulting difference images, zero values are zeroed. If noise is present on the difference images due, for example, to the optical aberrations of the
Raznoct1(i, j)=0, если Raznoct1(i, j)<bRaznoct1 (i, j) = 0 if Raznoct1 (i, j) <b
Raznoct2(i, j)=0, если Raznoct2(i, j)<bRaznoct2 (i, j) = 0 if Raznoct2 (i, j) <b
Величина (b) постоянна и определяется заранее, исходя из разности удаленного фона на опорном и сравниваемом изображении.The value (b) is constant and is determined in advance based on the difference of the distant background in the reference and compared image.
На фиг.5а и 5б представлены первое и второе разностные изображения. На полученном первом разностном изображении (фиг.5а) выделены (не обнулены) фрагмент 16, соответствующий более светлому объекту на опорном изображении А1, а также фрагмент 17, соответствующий более темному объекту на сравниваемом изображении А2, а все остальные значения обнулены. На полученном втором разностном изображении (фиг.5б) выделены (не обнулены) фрагмент 18, соответствующий более темному объекту на опорном изображении А1, а также фрагмент 19, соответствующий более светлому объекту на сравниваемом изображении А2, а все остальные значения обнулены.On figa and 5b presents the first and second difference images. On the obtained first difference image (Fig. 5a),
Для вычисления расстояний Rоб1_t1, Rоб2_t1 до выявленных объектов 7 и 8 в блоке управления 6 определяют параллактические смещения Δ1, Δ2 фрагментов, соответствующих объектам 7 и 8 на разностных изображениях Raznoct1 и Raznoct2. Определение величин смещения разделяют на два этапа:To calculate the distances R ob1_t1 , R ob2_t1 to the detected
1. Первый этап (определение смещения объекта светлее фона) заключается в определении соответствующего параллактического смещения Δi (i=1, 2, для рассматриваемого случая), как аргумента функции F1(Δi), при котором она минимальна. Функция F1(Δi) есть модуль среднеарифметического значения разности ненулевого фрагмента первого разностного изображения и соответствующего участка второго разностного изображения. При этом фрагмент первого разностного изображения наложен на второе разностное изображение со смещением координаты (от 0 до dX), в направлении параллактического смещения фона, ненулевого фрагмента первого разностного изображения и соответствующего участка второго разностного изображения:1. The first step (determining the displacement of the object lighter than the background) is to determine the corresponding parallactic displacement Δ i (i = 1, 2, for the case under consideration), as an argument of the function F 1 (Δ i ), at which it is minimal. The function F 1 (Δ i ) is the module of the arithmetic mean value of the difference of the nonzero fragment of the first difference image and the corresponding section of the second difference image. In this case, a fragment of the first difference image is superimposed on the second difference image with a coordinate offset (from 0 to dX), in the direction of the background parallax, a nonzero fragment of the first difference image and the corresponding section of the second difference image:
где Raznoct1(X, Y) - ненулевой фрагмент первого разностного изображения, соответствующий объекту; Raznoct1(X+Δi, Y) - участок второго разностного изображения по размеру и геометрии соответствующий Raznoct1(X, Y), и сдвинутый на величину Δi в направлении параллактического смещения фона; N - размер фрагмента в пикселях; dX - максимальное параллактическое смещение, определяемое дальностью обнаружения объектов и их размерами.where Raznoct1 (X, Y) is a nonzero fragment of the first difference image corresponding to the object; Raznoct1 (X + Δ i , Y) is the portion of the second difference image in size and geometry corresponding to Raznoct1 (X, Y), and shifted by Δ i in the direction of the background parallax; N is the fragment size in pixels; dX is the maximum parallactic displacement determined by the detection range of objects and their sizes.
При этом, значения функции F1(Δi) для фрагментов, соответствующих более темным объектам, постоянны, вследствие отсутствия на втором разностном изображении соответствующих им фрагментов, смещенных в направлении параллактического сдвига (фиг.6а). Вследствие этого Δi принимается равной нулю, т.е. фрагмент приравнивается к участку удаленного фона (фиг.7а).Moreover, the values of the function F 1 (Δ i ) for the fragments corresponding to darker objects are constant, due to the absence on the second difference image of the corresponding fragments shifted in the direction of the parallactic shift (Fig. 6a). As a result, Δ i is taken equal to zero, i.e. the fragment is equated to the area of the removed background (figa).
2. Второй этап (определение смещения объекта темнее фона) заключается в определении Δi (i=1, 2 для рассматриваемого случая), как аргумента функции F2(Δi), при котором она минимальна. Функция F2(Δi) есть модуль среднеарифметического значения разности ненулевого фрагмента второго разностного изображения и соответствующего участка первого разностного изображения. При этом фрагмент второго разностного изображения наложен на первое разностное изображение со смещением координаты (от 0 до dX), в направлении параллактического смещения фона, ненулевого фрагмента второго разностного изображения и соответствующего участка первого разностного изображения:2. The second stage (determining the displacement of the object darker than the background) is to determine Δ i (i = 1, 2 for the case under consideration) as an argument to the function F 2 (Δ i ) at which it is minimal. The function F 2 (Δ i ) is the module of the arithmetic mean value of the difference of the nonzero fragment of the second difference image and the corresponding section of the first difference image. In this case, a fragment of the second difference image is superimposed on the first difference image with a coordinate offset (from 0 to dX), in the direction of the background parallax, a nonzero fragment of the second difference image and the corresponding section of the first difference image:
где Raznoct2(X, Y) - ненулевой фрагмент второго разностного изображения, соответствующий объекту; Raznoct1(X+Δi, Y) - участок первого разностного изображения по размеру и геометрии соответствующий Raznoct1(X, Y) и сдвинутый на величину Δi в направлении параллактического смещения фона.where Raznoct2 (X, Y) is a nonzero fragment of the second difference image corresponding to the object; Raznoct1 (X + Δ i , Y) is the portion of the first difference image in size and geometry corresponding to Raznoct1 (X, Y) and shifted by Δ i in the direction of background parallactic displacement.
При этом значения функции F2(Δi) для фрагментов, соответствующих более светлым объектам, постоянны, вследствие отсутствия на первом разностном изображении соответствующих им фрагментов, смещенных в направлении параллактического сдвига (фиг.6б). Вследствие этого Δi принимается равной нулю, т.е. фрагмент приравнивается к участку удаленного фона (фиг.7б).Moreover, the values of the function F 2 (Δ i ) for fragments corresponding to lighter objects are constant, due to the absence on the first difference image of the corresponding fragments shifted in the direction of the parallactic shift (Fig.6b). As a result, Δ i is taken equal to zero, i.e. the fragment is equated to the remote background area (Fig.7b).
Расстояние до выявленных объектов 7 и 8 вычисляют по формуле Rоб.i_t1=a·f/Δi, где a - расстояние между главными оптическими осями объективов 5, f - фокусное расстояние объектива 5, Δi - величина сдвига между соответствующими ненулевыми фрагментами i-го объекта (величина параллактического сдвига i-го объекта).The distance to the detected
В итоге на сигнальном выходе блока управления 6 получают информацию о выявленных объектах 7 и 8, находящихся на разных расстояниях от оптических систем 1 и 2 в виде координат объектов на опорном изображении, и поставленным им в соответствие расстояниям до объектов (фиг.8).As a result, at the signal output of the
При этом оператору степень удаленности объектов 7 и 8 от видеосистем 1 и 2 показывается в виде цветовой гаммы (или оттенков серого), которой в соответствие поставлен диапазон расстояний (фиг.8).At the same time, the degree of remoteness of
Пространственные угловые координаты объектов 7 и 8 определяют согласно координатам образов объектов 16 и 17 на опорном изображении А1.The spatial angular coordinates of
Промышленная применимостьIndustrial applicability
Заявленный способ селекции объектов на удаленном фоне может быть использован в автоматических системах определения местонахождения объектов в пространстве. В частности, на авиатранспорте для предупреждения столкновения летательных аппаратов в воздухе. Например, в гражданской авиации на винтомоторных самолетах, вертолетах.The claimed method of selecting objects on a remote background can be used in automatic systems for determining the location of objects in space. In particular, in air transport to prevent collisions of aircraft in the air. For example, in civil aviation on airliners, helicopters.
Техническая реализация способа селекции объектов на удаленном фоне в конкретном устройстве вполне осуществима. При создании оптических систем и блока управления могут быть использованы освоенные промышленностью оптико-электронные устройства, конструкционных узлы и элементы. Алгоритм работы указанного устройства также технически реализуем. В устройстве, реализующем способ селекции объектов на удаленном фоне, в качестве оптических систем могут быть использованы коммерчески доступные видеокамеры, снимающие изображения окружающего пространства с частотой 30 кадров в секунду. Две идентичные видеокамеры параллельно подключены к блоку управления, например, ПЛИС. Время рассинхронизации между моментами регистрации кадров видеокамерами задается ПЛИС, который в свою очередь принимает зарегистрированные изображения и проводит их конвейерную обработку с выдачей результатов вычислений в виде изображений (фиг.8) на монитор оператора (пилота).The technical implementation of the method of selecting objects on a remote background in a particular device is quite feasible. When creating optical systems and a control unit, optical-electronic devices mastered by the industry, structural units, and elements can be used. The algorithm of the specified device is also technically feasible. In a device that implements a method of selecting objects on a remote background, commercially available video cameras can be used as optical systems, which capture images of the surrounding space at a frequency of 30 frames per second. Two identical video cameras are connected in parallel to the control unit, for example, FPGA. The time of desynchronization between the moments of registration of frames by video cameras is set by FPGA, which in turn receives registered images and carries out their pipelining with the output of the calculation results in the form of images (Fig. 8) to the operator (pilot) monitor.
При использовании видеокамер с разрешением 1920×1080 пикселей (n=1920) и размером светочувствительной площадки фотоприемников 14.2×8 мм (L=14.2), оснащенных объективами с фокусным расстоянием (f), равным 4 мм (угол обзора ϑ равен 122×90 градусов), обеспечивается максимальная дальность (Rmax) селекции объектов 1500 м, при рассинхронизации работы видеокамер в один кадр (Δt=1/30 с) и скорости (Vc) перемещения основания (скорости полета самолета) 300 км/ч.When using video cameras with a resolution of 1920 × 1080 pixels (n = 1920) and a photosensitive area of photodetectors 14.2 × 8 mm (L = 14.2) equipped with lenses with a focal length (f) of 4 mm (viewing angle ϑ is 122 × 90 degrees ), the maximum range (R max ) of object selection is 1,500 m, when the cameras are out of sync in one frame (Δt = 1/30 s) and the speed (V c ) of the base movement (aircraft flight speed) is 300 km / h.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147224/28A RU2552123C2 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Method of selecting objects on remote background |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013147224/28A RU2552123C2 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Method of selecting objects on remote background |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013147224A RU2013147224A (en) | 2015-04-27 |
RU2552123C2 true RU2552123C2 (en) | 2015-06-10 |
Family
ID=53283085
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013147224/28A RU2552123C2 (en) | 2013-10-22 | 2013-10-22 | Method of selecting objects on remote background |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2552123C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703611C1 (en) * | 2019-01-28 | 2019-10-21 | Акционерное общество "Стелла-К" | Method of producing stereoscopic images with a synthesized stereo base value |
RU2714701C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-02-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Method of selecting an object on a distant background with optical systems from an air carrier |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06201379A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | Range finder |
JPH11174316A (en) * | 1997-12-16 | 1999-07-02 | Canon Inc | Range finder and focus detector |
RU2363018C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина") | Method of selecting objects on remote background |
RU2383902C2 (en) * | 2008-04-14 | 2010-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР-ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина") | Method of selecting moving object |
JP2011185664A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Object detector |
-
2013
- 2013-10-22 RU RU2013147224/28A patent/RU2552123C2/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06201379A (en) * | 1992-12-28 | 1994-07-19 | Mitsubishi Electric Corp | Range finder |
JPH11174316A (en) * | 1997-12-16 | 1999-07-02 | Canon Inc | Range finder and focus detector |
RU2363018C1 (en) * | 2007-11-06 | 2009-07-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский Федеральный Ядерный Центр - Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Технической Физики имени академика Е.И. Забабахина" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина") | Method of selecting objects on remote background |
RU2383902C2 (en) * | 2008-04-14 | 2010-03-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР-ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИТФ имени академика Е.И. Забабахина") | Method of selecting moving object |
JP2011185664A (en) * | 2010-03-05 | 2011-09-22 | Panasonic Electric Works Co Ltd | Object detector |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2703611C1 (en) * | 2019-01-28 | 2019-10-21 | Акционерное общество "Стелла-К" | Method of producing stereoscopic images with a synthesized stereo base value |
RU2714701C1 (en) * | 2019-06-17 | 2020-02-19 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" | Method of selecting an object on a distant background with optical systems from an air carrier |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013147224A (en) | 2015-04-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8718326B2 (en) | System and method for extracting three-dimensional coordinates | |
CN102494609B (en) | Three-dimensional photographing process based on laser probe array and device utilizing same | |
CN105790836A (en) | Estimating surface properties using a plenoptic camera | |
US20160379066A1 (en) | Method and Camera System for Distance Determination of Objects from a Vehicle | |
CN105115445A (en) | Three-dimensional imaging system and imaging method based on combination of depth camera and binocular vision | |
CN105043350A (en) | Binocular vision measuring method | |
CN108805910A (en) | More mesh Train-borne recorders, object detection method, intelligent driving system and automobile | |
JP5293131B2 (en) | Compound eye distance measuring device for vehicle and compound eye distance measuring method | |
CN109883391B (en) | Monocular distance measurement method based on digital imaging of microlens array | |
CN108195305B (en) | Binocular detection system and depth detection method thereof | |
EP2866090A2 (en) | Method for producing an image of the surface of the earth from a moving carrier and a device for implementing same | |
CN107122770A (en) | Many mesh camera systems, intelligent driving system, automobile, method and storage medium | |
CN102081296A (en) | Device and method for quickly positioning compound-eye vision imitated moving target and synchronously acquiring panoramagram | |
IL264714A (en) | Video geolocation | |
CN103234475A (en) | Sub-pixel surface morphology detecting method based on laser triangular measuring method | |
US9851549B2 (en) | Rapid autofocus method for stereo microscope | |
EP3782363B1 (en) | Method for dynamic stereoscopic calibration | |
RU2363018C1 (en) | Method of selecting objects on remote background | |
RU2552123C2 (en) | Method of selecting objects on remote background | |
KR100957590B1 (en) | Aparratus for display omni-directional image with object image | |
CN103630118B (en) | A kind of three-dimensional Hyperspectral imaging devices | |
CN112556657B (en) | Multi-view vision measurement system for flight motion parameters of separating body in vacuum environment | |
JPH0252204A (en) | Measuring instrument for three-dimensional coordinate | |
JPH11223516A (en) | Three dimensional image pickup device | |
US9560260B2 (en) | System for determining a lens position |