RU2667343C1 - Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта - Google Patents
Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2667343C1 RU2667343C1 RU2017132379A RU2017132379A RU2667343C1 RU 2667343 C1 RU2667343 C1 RU 2667343C1 RU 2017132379 A RU2017132379 A RU 2017132379A RU 2017132379 A RU2017132379 A RU 2017132379A RU 2667343 C1 RU2667343 C1 RU 2667343C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- quadrocentric
- marks
- video
- coordinates
- algorithm
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000013598 vector Substances 0.000 claims abstract description 11
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 238000010845 search algorithm Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/26—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения углового положения подвижных объектов при радиолокационных измерениях. Заявлен способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта, при котором наблюдают за смещением объекта с помощью видеокамеры и передают в последующем видеосигнал по каналу связи в ЭВМ. Причем в алгоритм работы вводят этап калибровки для получения калибровочных коэффициентов, используемых для коррекции оптических искажений в линзах длиннофокусного объектива видеокамеры, размещают на продольной оси объекта две квадроцентрические метки, находящиеся в поле зрения видеокамеры, и обрабатывают полученные на ЭВМ видеокадры с целью коррекции оптических искажений, накладываемых длиннофокусным объективом видеокамеры. Также определяют координаты центров квадроцентрических меток на каждом видеокадре на основе данных о предыдущих положениях центров квадроцентрических меток путем вычисления оптического потока пирамидальным алгоритмом Лукаса-Канадэ и уточнения полученных координат с субпиксельной точностью алгоритмом поиска угла Ши-Томази и вычисляют позиции и направления вектора угловой ориентации объекта на основе данных о положении и ориентации видеокамеры и по расположению центров квадроцентрических меток на каждом кадре. Технический результат - получение углового положения объекта, подвешенного на высоте до 30 метров с точностью до 8 угловых минут. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения углового положения подвижных объектов при радиолокационных измерениях.
Способы видеоизмерительного определения координат объекта заключаются в обработке отдельных кадров видеопотока, фиксирующих изображение специальных (визирных) меток, закрепленных на исследуемом объекте.
Известно устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта (1 - патент RU 2166735 "Устройство для дистанционного определения координат и углового положения объекта"), в котором на контролируемом объекте закрепляется источник переменного магнитного поля, а определение координат и углового положения объекта осуществляется по измеренным составляющим векторов магнитной индукции.
Известен способ определения углового положения объекта (2 - патент SU 1675668 "Способ определения углового положения объекта"), в котором контроль за положением объекта ведется по отраженному от зеркальной поверхности объекта пучку когерентного излучения.
К недостаткам аналогов можно отнести обязательные конструктивные изменения в исследуемом объекте (размещение источника энергии и измерительных устройств, нанесение светоотражающего покрытия), что приводит к ошибкам при радиолокационных измерениях. Дополнительным источником ошибок при применении данных изобретений на отрытых радиоизмерительных полигонах являются переменные условия освещенности и значительное (до 30 м) удаление объекта исследования от поверхности земли.
Известен способ измерения координат удаленного объекта (3 - патент РФ №2506536 "Способ субпиксельного контроля и слежения за перемещением удаленного объекта"), взятый за прототип. В данном изобретении на контролируемом объекте закрепляется точечный источник с излучением на длине волны в красном спектральном диапазоне (контрольная точка), в точке наблюдения устанавливается видеодатчик с длиннофокусным объективом. Принцип работы способа основан на передаче по оптическому каналу изображения контрольной точки подвижной системы и слежении за смещением этой точки в подвижной системе координат по перемещению ее изображения на матрице видеокамеры в неподвижной системе координат, последующей передаче видеосигнала слежения по каналу связи в электронно-вычислительную машину (ЭВМ), обработке и вычислении смещения разности текущих и первоначальных, записанных в памяти ЭВМ координат центра изображения контрольной точки в подвижной системе координат, определении искомых координат контрольной точки объекта путем использования преобразования координат. Повышение точности определения координат точечного источника достигается за счет определения максимума интенсивности пятна засветки.
Прототип имеет те же недостатки, что и аналоги предлагаемого изобретения. Дополнительным источником ошибок в [3] являются оптические искажения в линзах длиннофокусного объектива видеодатчика.
Предлагаемый способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта устраняет отмеченные недостатки прототипа и позволяет определять угловую ориентацию объекта без внесения изменений в его конструкцию в полевых условиях.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение точности определения углового положения подвижного объекта и устранение ошибок при радиолокационных измерениях.
Для решения указанной задачи предлагается способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта, включающий наблюдение за смещением объекта с помощью видеокамеры и передачу в последующем видеосигнала по каналу связи в ЭВМ.
Согласно изобретению вводят в алгоритм работы этап калибровки для получения калибровочных коэффициентов, используемых для коррекции оптических искажений в линзах длиннофокусного объектива видеокамеры, и размещают на продольной оси исследуемого объекта две квадроцентрические метки, находящиеся в поле зрения видеокамеры. Обрабатывают полученные на ЭВМ видеокадры с целью коррекции оптических искажений, накладываемых длиннофокусным объективом видеокамеры. Также вычисляют позиции и направления вектора угловой ориентации объекта на основе данных о положении и ориентации видеокамеры и по расположению центров квадроцентрических меток на каждом кадре, вычисленных на основе данных о предыдущих положениях центров квадроцентрических меток путем определения оптического потока пирамидальным алгоритмом Лукаса-Канадэ и уточненных с субпиксельной точностью алгоритмом поиска угла Ши-Томази.
Техническим результатом изобретения является получение углового положения объекта, например летательного аппарата, подвешенного на высоте до 30 метров с точностью до 8 угловых минут.
Указанный технический результат достигается за счет введения этапа калибровки, устраняющего оптические искажения в линзах длиннофокусного объектива, а также вычисления координат контрольных точек путем вычисления оптического потока пирамидальным алгоритмом Лукаса-Канадэ и их уточнения с субпиксельной точностью алгоритмом поиска угла Ши-Томази.
Сочетание отличительных признаков и свойств предлагаемого способа из литературы не известно, поэтому он соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
На чертеже изображена схема устройства, реализующего предлагаемый способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта.
При реализации предлагаемого способа выполняется следующая последовательность действий:
- калибровка видеокамеры - 1;
- размещение на продольной оси исследуемого объекта двух квадроцентрических меток - 2;
- наблюдение за смещением объекта с помощью видеокамеры и передача видеосигнала по каналу связи в ЭВМ - 3;
- обработка полученных на ЭВМ видеокадров с целью коррекции оптических искажений, накладываемых длиннофокусным объективом видеокамеры - 4;
- определение координат центров квадроцентрических меток на каждом видеокадре - 5;
- вычисление позиции и направления вектора угловой ориентации объекта относительно направления локации - 6.
Операцию 1 по калибровке видеокамеры проводят с помощью метода Ченгуэ Чанга (Zhengyou Zhang), для этого калибровочную доску поднимают на рабочую высоту и с помощью оттяжек придают ей горизонтальное положение. Зарегистрированный кадр, с изображением калибровочной доски, обрабатывают на ЭВМ с целью получения калибровочных коэффициентов, которые используются в алгоритме измерения угловой ориентации объекта для коррекции оптических искажений кадра. Затем проводят операцию 2 по размещению двух квадроцентрических меток на продольной оси объекта. После чего исследуемый объект поднимают на рабочую высоту таким образом, чтобы квадроцентрические метки были в поле видимости видеокамеры.
Смещение объекта регистрируется с помощью видеокамеры, видеосигнал с которой отправляется по каналу связи в ЭВМ (операция 3).
Текущий кадр, пришедший с видеокамеры, обрабатывается ЭВМ (операция 4) для удаления искажений, накладываемых видеокамерой, с помощью коэффициентов, полученных в результате калибровки.
Операция 5 по измерению координат квадроцентрических меток производится по следующему алгоритму:
1. Проверяется наличие предыдущих координат квадроцентрических меток. Если координаты не определены, то начальные положения квадроцентрических меток, соответствующие координатам их центров, указываются вручную оператором. В противном случае вызывается алгоритм вычисления оптического потока, на вход которому подаются координаты предыдущих положений, текущий и предыдущий кадры. В качестве метода расчета оптического потока используется пирамидальный алгоритм Лукаса-Канадэ. Так как процедура расчета оптического потока и процедура уточнения углов основаны на сравнении интенсивностей изображений в локальном окне вокруг особых точек, то в качестве особых точек используются центры квадроцентрических меток. Тем самым обеспечивается уверенное слежение за положением квадроцентрических меток на изображении. На выходе получают текущие координаты квадроцентрических меток в пикселях.
2. Координаты квадроцентрических меток уточняются с помощью процедуры детектирования углов, которая заключается в применении алгоритма поиска угла Ши-Томази в окрестности центра каждой квадроцентрической метки. Данный шаг необходим для предотвращения срыва слежения за центром квадроцентрической метки, а также приведения вычисленных значений к субпиксельной точности.
3. Текущий кадр сохраняется как предыдущий.
Операция 6 по вычислению вектора угловой ориентации объекта выполняется следующим образом:
1. Выполняется обратное проективное преобразование текущих координат квадроцентрических меток:
рм=М×W×рэ,
где рм - местные координаты квадроцентрических меток;
рэ - экранные координаты квадроцентрических меток;
М - матрица внутренних параметров калибровки видеокамеры;
W=[Rt] - матрица, состоящая из вектора переноса t и матрицы поворота R.
2. Вычисляется вектор продольной оси объекта и координат геометрического центра объекта для каждой видеокамеры:
где (х1; у1) - текущие координаты начала вектора продольной оси;
(х2,у2) - текущие координаты конца вектора продольной оси;
(xc, ус) - координаты геометрического центра.
Вычисляется угол наклона вектора продольной оси объекта относительно оси абсцисс местной системы координат 
.
Выполняется, расчет угла отклонения от направления локации и получение конечного азимута объекта:
где β - азимут направления локации;
α - угол поворота продольной оси объекта в местной системе координат;
Если полученное значение 
, то прибавляется 360°.
3. Если направление локации при проведении радиолокационных измерений не совпадает с осью абсцисс местной системы координат, то итоговое значение азимута объекта получается суммированием значения азимута в местной системе координат с углом, образованным осью абсцисс и направлением локации.
Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта, включающий этапы калибровки видеокамеры и измерения угловой ориентации объекта, реализуется с помощью устройства, которое содержит (чертеж) видеокамеру (ВК) 1 с длиннофокусным объективом, формирующую видеопоток с изображением 5 объекта, электронно-вычислительную машину (ЭВМ) 2, обрабатывающую отдельные кадры видеопотока с изображением и осуществляющую управление видеокамерой 1, и две квадроцентрические метки 3, закрепленные на продольной оси объекта 4.
Устройство работает следующим образом: по команде с ЭВМ 2 видеокамера 1 начинает передачу по оптическому каналу видеопотока с изображением 5, фиксирующего движение объекта 4, на ЭВМ 2 происходит поиск на полученном изображении квадроцентрических меток 3 и вычисление их координат в неподвижной системе координат, затем по полученным координатам происходит определение текущего углового положения исследуемого объекта 4 и угловых поправок относительно направления локации.
Claims (1)
- Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта, при котором наблюдают за смещением объекта с помощью видеокамеры и передают в последующем видеосигнал по каналу связи в ЭВМ, отличающийся тем, что вводят в алгоритм работы этап калибровки для получения калибровочных коэффициентов, используемых для коррекции оптических искажений в линзах длиннофокусного объектива видеокамеры, размещают на продольной оси объекта две квадроцентрические метки, находящиеся в поле зрения видеокамеры, обрабатывают полученные на ЭВМ видеокадры с целью коррекции оптических искажений, накладываемых длиннофокусным объективом видеокамеры, определяют координаты центров квадроцентрических меток на каждом видеокадре на основе данных о предыдущих положениях центров квадроцентрических меток путем вычисления оптического потока пирамидальным алгоритмом Лукаса-Канадэ и уточнения полученных координат с субпиксельной точностью алгоритмом поиска угла Ши-Томази, вычисляют позиции и направления вектора угловой ориентации объекта на основе данных о положении и ориентации видеокамеры и по расположению центров квадроцентрических меток на каждом кадре.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132379A RU2667343C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017132379A RU2667343C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2667343C1 true RU2667343C1 (ru) | 2018-09-18 |
Family
ID=63580337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017132379A RU2667343C1 (ru) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2667343C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113532331A (zh) * | 2020-04-17 | 2021-10-22 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种非接触式转角测量系统及方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU630528A1 (ru) * | 1976-10-18 | 1978-10-30 | Киевский Государственный Университет Имени Т.Г.Шевченко | Способ контрол угловой ориентации объекта |
| SU868346A1 (ru) * | 1979-09-21 | 1981-09-30 | Киевский Ордена Ленина Государственный Университет Им. Т.Г.Шевченко | Способ контрол угловой ориентации объекта |
| US20020033818A1 (en) * | 2000-08-05 | 2002-03-21 | Ching-Fang Lin | Three-dimensional relative positioning and tracking using LDRI |
| RU2506536C2 (ru) * | 2012-04-09 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ субпиксельного контроля и слежения за перемещением удаленного объекта |
-
2017
- 2017-09-15 RU RU2017132379A patent/RU2667343C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU630528A1 (ru) * | 1976-10-18 | 1978-10-30 | Киевский Государственный Университет Имени Т.Г.Шевченко | Способ контрол угловой ориентации объекта |
| SU868346A1 (ru) * | 1979-09-21 | 1981-09-30 | Киевский Ордена Ленина Государственный Университет Им. Т.Г.Шевченко | Способ контрол угловой ориентации объекта |
| US20020033818A1 (en) * | 2000-08-05 | 2002-03-21 | Ching-Fang Lin | Three-dimensional relative positioning and tracking using LDRI |
| RU2506536C2 (ru) * | 2012-04-09 | 2014-02-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" | Способ субпиксельного контроля и слежения за перемещением удаленного объекта |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113532331A (zh) * | 2020-04-17 | 2021-10-22 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种非接触式转角测量系统及方法 |
| CN113532331B (zh) * | 2020-04-17 | 2023-08-08 | 广州汽车集团股份有限公司 | 一种非接触式转角测量系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105606077B (zh) | 大地测量系统 | |
| US10171802B2 (en) | Calibration method and calibration device | |
| CN105258710B (zh) | 一种高精度相机主点标定方法 | |
| US10321114B2 (en) | Testing 3D imaging systems | |
| EP3310046B1 (en) | Binocular stereo vision device and adjustment method | |
| JP2016060610A (ja) | エレベータ昇降路内寸法測定装置、エレベータ昇降路内寸法測定制御装置、およびエレベータ昇降路内寸法測定方法 | |
| US20130113897A1 (en) | Process and arrangement for determining the position of a measuring point in geometrical space | |
| KR102255017B1 (ko) | 시간 코딩된 패턴 타겟을 사용하여 적어도 하나의 센서 카메라를 포함하는 이미지 캡처 센서를 캘리브레이션하는 방법 | |
| CN106092059A (zh) | 一种基于多点拟合的结构物平面位移监测方法 | |
| CN109483507B (zh) | 一种多个轮式机器人行走的室内视觉定位方法 | |
| CN114838668B (zh) | 一种隧道位移监测方法及系统 | |
| CN112598750A (zh) | 路侧相机标定方法、装置、电子设备和存储介质 | |
| CN103900421A (zh) | 用于多光谱多光轴光电设备光轴平行性自动校准的系统及方法 | |
| JP2019060754A (ja) | 光学画像を用いた雲の高度および風速の計測方法 | |
| US20150378000A1 (en) | Delay compensation while controlling a remote sensor | |
| KR101204870B1 (ko) | 감시 카메라 시스템 및 그의 제어방법 | |
| CN102628693A (zh) | 一种用于摄像机主轴与激光束进行平行配准的方法 | |
| RU2667343C1 (ru) | Способ бесконтактного измерения угловой ориентации объекта | |
| US12022197B2 (en) | Image capturing system, method, and analysis of objects of interest | |
| KR20100033741A (ko) | Ｃｃｄ 카메라를 이용한 비접촉식 위치 측정 시스템 | |
| CN104113733A (zh) | 一种低慢小目标电视搜索探测方法 | |
| CN105333818B (zh) | 基于单目摄像机的3d空间测量方法 | |
| KR101992417B1 (ko) | 무기체계의 폭발고도 측정 장치 및 방법 | |
| RU126846U1 (ru) | Устройство пеленгации и определения координат беспилотных летательных аппаратов | |
| RU2506536C2 (ru) | Способ субпиксельного контроля и слежения за перемещением удаленного объекта |