RU2734070C9 - Method of measuring spatial distance between small objects - Google Patents

Method of measuring spatial distance between small objects Download PDF

Info

Publication number
RU2734070C9
RU2734070C9 RU2019144199A RU2019144199A RU2734070C9 RU 2734070 C9 RU2734070 C9 RU 2734070C9 RU 2019144199 A RU2019144199 A RU 2019144199A RU 2019144199 A RU2019144199 A RU 2019144199A RU 2734070 C9 RU2734070 C9 RU 2734070C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
small
objects
sized
optical
images
Prior art date
Application number
RU2019144199A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2734070C1 (en
Inventor
Владимир Евгеньевич Махов
Александр Александрович Закутаев
Владислав Владимирович Широбоков
Александр Владимирович Емельянов
Александр Александрович Михайлов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
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 бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2019144199A priority Critical patent/RU2734070C9/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2734070C1 publication Critical patent/RU2734070C1/en
Publication of RU2734070C9 publication Critical patent/RU2734070C9/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C3/00Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders
    • G01C3/10Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument
    • G01C3/14Measuring distances in line of sight; Optical rangefinders using a parallactic triangle with variable angles and a base of fixed length in the observation station, e.g. in the instrument with binocular observation at a single point, e.g. stereoscopic type

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Image Processing (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to optical stereoscopic methods of determining relative location of objects in surrounding space. Method involves forming an optical image, determining the location of each small object, measuring distance between selected small objects, changing the viewing angle. Measurement of distances between small objects and determination of location of each small-sized object is carried out based on all full-format optical images of the area of the observed space with algorithmically calculated different viewing angles and the focusing distance of the optoelectronic system consisting of an optical part which converts the direction of the rays from the object to the plane of the electronic device for detecting energy rays, and the electronic part which detects the energy of the beams.
EFFECT: technical result is high accuracy of determining distance between small objects and resolution for objects when their images are placed in plane of photodetector.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к методам фото и видео наблюдения, а более конкретно, к оптическим стереоскопическим способам определения местонахождения объектов в окружающем пространстве, включающего определение расстояний до интересующих объектов и их угловых координат. Изобретение применимо, например, в автоматических системах определения местонахождения объектов в окружающем пространстве, и в частности в средствах контроля местоположения удаленных объектов космического пространства.The invention relates to photo and video surveillance methods, and more specifically, to optical stereoscopic methods for determining the location of objects in the surrounding space, including determining the distances to the objects of interest and their angular coordinates. The invention is applicable, for example, in automatic systems for determining the location of objects in the surrounding space, and in particular in means for monitoring the location of remote space objects.

Предшествующий уровень техникиPrior Art

1. Известен способ определения температурных деформаций образца и устройство для его осуществления [1]. Способ заключается в том, что регистрация и модуляция изображения световых меток осуществляется в оптико-электронной системе путем перемещения штриховой решетки перпендикулярно направлению пучков лучей света. Данный способ позволяет с высокой точностью определять расстояние между, источниками пучков лучей, т.е. световыми метками (источниками) с заранее неизвестной яркостью в условиях фоновых засветок.1. A known method for determining the temperature deformation of the sample and a device for its implementation [1]. The method consists in that the registration and modulation of the image of light marks is carried out in an optoelectronic system by moving the streaked grating perpendicular to the direction of the beams of light rays. This method allows to determine with high accuracy the distance between the sources of beams of rays, i.e. light marks (sources) with a previously unknown brightness in the conditions of background illumination.

Недостатками способа являются: узкий диапазон расстояний взаимного расположения световых меток (источников), необходимость настройки измерительной системы в диапазон пространственного расположения световых меток (источников), невозможность непосредственного определения расстояний между метками в направлении угла визирования оптико-электронной системы, сравнительно низкое быстродействие и надежность системы из-за наличия узла механической модуляции штриховой решетки.The disadvantages of the method are: a narrow range of distances of the mutual arrangement of light marks (sources), the need to adjust the measuring system in the range of spatial arrangement of light marks (sources), the impossibility of directly determining the distances between the marks in the direction of the viewing angle of the optoelectronic system, relatively low speed and reliability of the system due to the presence of a mechanical modulation node of the streaked grating.

2. Известен способ определения расстояний между малоразмерными световыми метками (источниками) оптико-электронной системой на основе фазово-растровых измерений, позволяющих определять координаты световых источников от лазерных целеуказателей [2], заключающийся в том, что световые источники проецируются оптической системой на матричный фотоприемник (матрицу фотодиодов), на основе алгоритма суммирования сигналов с фотодиодов приемника получают последовательность выборок сигналов в области каждого малоразмерного объекта, представляющего собой световую метку, на основании сравнения полученных выборок сигналов, по степени их корреляции определяют расстояние между световыми метками. С целью расширения яркостного динамического диапазона световых меток, снижения уровня насыщения фотодиодов приемника, а также для повышения точности измерения их координат в указанном способе используют дополнительную оптическую систему, формирующую на матрицу серию дублирующих смещенных изображений световых меток. Результаты измерений уточняются путем усреднения измерений в изображениях соответствующих основных и дублирующих световых меток.2. There is a known method for determining the distances between small-sized light marks (sources) by an optoelectronic system based on phase-raster measurements, which make it possible to determine the coordinates of light sources from laser designators [2], which consists in the fact that light sources are projected by the optical system onto a matrix photodetector ( matrix of photodiodes), based on the algorithm for summing signals from the photodiodes of the receiver, a sequence of signal samples is obtained in the area of each small-sized object, which is a light mark, based on a comparison of the received signal samples, the distance between the light marks is determined by the degree of their correlation. In order to expand the brightness dynamic range of light marks, reduce the saturation level of the receiver photodiodes, and also to increase the accuracy of measuring their coordinates, an additional optical system is used in this method, which forms a series of duplicate shifted images of light marks on the matrix. The measurement results are refined by averaging the measurements in the images of the corresponding main and backup light marks.

Недостатками способа является узкий диапазон взаимного положения световых меток, значительная погрешность, связанная с дискретностью и шовностью матрицы фотодиодов приемника, и ошибки, связанные с оптическими аберрациями оптической системы при формировании изображения области наблюдаемого пространства, необходимость настройки измерительной системы в диапазон расположения световых меток, а также ограниченные возможности определения расстояний вдоль угла визирования оптической системы.The disadvantages of this method are a narrow range of relative position of the light marks, a significant error associated with the discreteness and smoothness of the array of photodiodes of the receiver, and errors associated with optical aberrations of the optical system when forming an image of the area of the observed space, the need to adjust the measuring system in the range of location of the light marks, as well as limited possibilities for determining distances along the viewing angle of the optical system.

3. Известен способ для определения местонахождения объекта в окружающем пространстве [3]. Способ заключается в формировании оптико-электронной системой на плоскости многоэлементного фотоприемника, входящего в состав оптико-электронной системы, двух панорамных изображений, фиксировании на каждом изображении наблюдаемый под заданным ракурсом образ интересующего участка окружающего пространства с находящимся в нем объектом, регистрации сформированных изображений, определении местонахождения объекта с оценкой расстояния до него и определении расстояния до объекта по взаимному расположению двух его образов на одновременно зарегистрированной паре разнесенных панорамных изображений.3. There is a method for determining the location of an object in the surrounding space [3]. The method consists in the formation of two panoramic images on the plane of a multi-element photodetector, which is part of the optoelectronic system, by an optoelectronic system, fixing on each image the image of the area of interest of the surrounding space observed from a given angle with an object located in it, registering the generated images, determining the location an object with an estimate of the distance to it and determining the distance to the object by the relative position of its two images on a simultaneously registered pair of spaced panoramic images.

Недостатками способа является нецелесообразность наблюдения малоразмерных световых объектов, вследствие низкой разрешающей способности многоэлементного фотоприемника, так как в плоскости одного фотоприемника одновременно формируются два панорамных изображения, что приводит к недостаточному количеству пикселей, приходящихся на единицу площади обозреваемого пространства. При этом, если использовать фотоприемник с большим количеством пикселей, то снижается уровень быстродействия вследствие увеличения объема регистрируемой и передаваемой информации, что не позволяет обеспечить наблюдение за перемещающимися объектами (образы объектов на изображениях получаются смазанными или отсутствуют по причине выхода за границы зоны обзора оптической системы). Кроме того, селекция объекта на изображении производится методами контурного анализа (например, методом дискретных разностей с использованием оператора Собеля) без осуществления дополнительных операций по подавлению фона, что влечет снижение достоверности селекции объекта в условиях неоднородного фона.The disadvantages of the method are the impracticality of observing small-sized light objects, due to the low resolution of the multi-element photodetector, since two panoramic images are simultaneously formed in the plane of one photodetector, which leads to an insufficient number of pixels per unit area of the observed space. At the same time, if you use a photodetector with a large number of pixels, then the level of performance decreases due to an increase in the amount of recorded and transmitted information, which does not allow for observation of moving objects (images of objects in the images are blurry or absent due to going beyond the boundaries of the optical system view area) . In addition, the selection of an object in the image is performed by contour analysis methods (for example, the discrete difference method using the Sobel operator) without additional background suppression operations, which leads to a decrease in the reliability of object selection under conditions of a non-uniform background.

В качестве прототипа выбран способ идентификации и определения взаимного положения световых меток, в том числе при их частичном наложении, оптико-электронной системой контроля [4], заключающийся в том, что световые объекты проецируются оптической системой на матричный фотоприемник (матрицу фотодиодов), и на основе алгоритма суммирования произведения сигналов получаемых от фотоприемника с масштабируемой сдвигаемой вдоль выбранного направления, и на основе заданной функции формируют выборку сигналов содержащую информацию обо всех световых объектах в области наблюдения, а по разности координат экстремумов сформированной выборки сигналов определяют расстояние между наблюдаемыми световыми объектами (метками).As a prototype, a method was chosen for identifying and determining the relative position of light marks, including when they are partially superimposed, by an optoelectronic control system [4], which consists in the fact that light objects are projected by an optical system onto a matrix photodetector (matrix of photodiodes), and onto based on the summation algorithm of the product of signals received from the photodetector with a scalable shifted along the selected direction, and on the basis of a given function, a signal sample is formed containing information about all light objects in the observation area, and the distance between the observed light objects (marks) is determined by the difference in the coordinates of the extrema of the generated signal sample .

Недостатками прототипа является ограничения по точности определения координат малоразмерных объектов (световых источников), вследствие низкой разрешающей способности фотоприемника в области малоразмерных объектов, так как на плоскости фотоприемника одновременно формируются несколько изображений, что приводит к недостаточному количеству пикселей, приходящихся на единицу каждого малоразмерного объекта. При этом, если использовать фотоприемник с большим количеством пикселей или несколько фотоприемников, то снижается уровень быстродействия вследствие увеличения объема обработки получаемой информации, что не позволяет обеспечить наблюдение за перемещающимися объектами в режиме реального времени. Кроме того, в прототипе селекция объекта производится методом анализа бинарных кластеров, сформированных из их изображений, без осуществления дополнительных операций по улучшению качества изображения, что приводит к снижению достоверности селекции объектов в условиях неоднородного фона.The disadvantages of the prototype are limitations on the accuracy of determining the coordinates of small-sized objects (light sources), due to the low resolution of the photodetector in the area of small-sized objects, since several images are simultaneously formed on the plane of the photodetector, which leads to an insufficient number of pixels per unit of each small-sized object. At the same time, if you use a photodetector with a large number of pixels or several photodetectors, then the level of performance decreases due to an increase in the amount of processing of the information received, which does not allow monitoring moving objects in real time. In addition, in the prototype, the selection of the object is performed by analyzing binary clusters formed from their images, without performing additional operations to improve the image quality, which leads to a decrease in the reliability of the selection of objects under conditions of a heterogeneous background.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в определении расстояния между малоразмерными объектами, представляющих собой световые источники, в окружающем пространстве, находящихся в зоне поля зрения оптико-электронной системы, в широком диапазоне их взаимного положения, с более высокой точностью и достоверностью.The task to be solved by the present invention is to determine the distance between small-sized objects, which are light sources, in the surrounding space, located in the field of view of the optoelectronic system, in a wide range of their relative positions, with higher accuracy and reliability.

Сущность изобретения заключается в том, что интересуемый участок окружающего пространства наблюдают составной оптической системой (часть оптико-электронной системы) [11], формирующей массив субапертурных изображений в плоскости фотоприемника. В процессе формирования массива субапертурных изображений в плоскости фотоприемника регистрируются совокупности хода лучей по направлениям их распространения в оптико-электронную систему и их пространственные координаты, что обеспечивает получение объемных параметров наблюдаемых объектов (XO, YO, ZO) (координаты в пространстве) [8], характеризующихся распределением яркости в плоскости перпендикулярной оси визирования оптико-электронной системы (XO, YO) [2], а также расстоянием этой плоскости до оптико-электронной системы (по оси ZO) [3]. Указанное действие достигается на основе использования составной оптической системой, включающей основной проектирующий объектив и дополнительную матричную оптическую систему, состоящей из массива микролинз расположенного после основного проектирующего объектива перед матричным фотоприемником [9]. Панорамные полноразмерные изображения объектов формируются алгоритмически из массива субапертурных изображений с алгоритмически изменяемым углом визирования оптической системы и расстоянием ее фокусировки до объекта, при этом изменение угла визирования осуществляют алгоритмически на базе правила суммирования сигналов с фотодиодов фотоприемника соответствующих направлению хода лучей. Суммирование изображений в наборе с алгоритмически изменяемыми углами визирования обеспечивает увеличение числа значимых пикселей в области изображений малоразмерных объектов [8], что дает повышение точности измерения расстояний между малоразмерными объектами по максимумам кривых непрерывного вейвлет преобразования.The essence of the invention lies in the fact that the area of interest of the surrounding space is observed by a composite optical system (part of an optical-electronic system) [11], which forms an array of sub-aperture images in the photodetector plane. In the process of forming an array of sub-aperture images in the plane of the photodetector, sets of beam paths along the directions of their propagation into the optoelectronic system and their spatial coordinates are recorded, which ensures the receipt of volumetric parameters of the observed objects (X O , Y O , Z O ) (coordinates in space) [ 8], characterized by the distribution of brightness in the plane perpendicular to the axis of sight of the optoelectronic system (X O , Y O ) [2], as well as the distance of this plane from the optoelectronic system (along the axis Z O ) [3]. This action is achieved through the use of a composite optical system, including the main projecting lens and an additional matrix optical system, consisting of an array of microlenses located after the main projecting lens in front of the matrix photodetector [9]. Panoramic full-size images of objects are formed algorithmically from an array of sub-aperture images with an algorithmically changed viewing angle of the optical system and its focusing distance to the object, while changing the viewing angle is carried out algorithmically based on the rule of summing signals from the photodiodes of the photodetector corresponding to the direction of the rays. The summation of images in a set with algorithmically variable viewing angles provides an increase in the number of significant pixels in the area of images of small-sized objects [8], which improves the accuracy of measuring distances between small-sized objects using the maxima of continuous wavelet transform curves.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности определения расстояния между малоразмерными объектами и разрешающей способности для объектов при наложении их изображений в плоскости фотоприемника, что позволяет определять с большей точностью расстояние между объектами в зоне контроля и перемещение объектов на неоднородном фоне. Формирование набора стереоскопических изображений для серии углов визирования с большой разрешающей способностью, приводит к увеличению точности определения расстояния между наблюдаемыми малоразмерными объектами и увеличении достоверности измерения за счет селективного подавления локальной неоднородности образа малоразмерного объекта путем вариации пиксельной структуры при изменении угла визирования, компенсации погрешности масштабирования путем возможной калибровки оптической системы [5], перепикселизации в области градиента контраста границ малоразмерного объекта, возможность частичного выделения и удаления неоднородного фона на зарегистрированном изображении.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the distance between small-sized objects and the resolution for objects when their images are superimposed in the plane of the photodetector, which makes it possible to determine with greater accuracy the distance between objects in the control zone and the movement of objects against a non-uniform background. The formation of a set of stereoscopic images for a series of viewing angles with high resolution leads to an increase in the accuracy of determining the distance between the observed small-sized objects and an increase in the measurement reliability due to selective suppression of local heterogeneity of the image of a small-sized object by varying the pixel structure with a change in the viewing angle, compensating for the scaling error by possible calibration of the optical system [5], re-pixelization in the region of the contrast gradient of the borders of a small-sized object, the possibility of partial selection and removal of an inhomogeneous background in the recorded image.

Для достижения технического результата предлагается способ высокоточного определения расстояний между малоразмерными объектами в окружающем пространстве. Способ включает в себя формирование на плоскости многоэлементного фотоприемника набора малоразмерных панорамных изображений, содержащих в каждом изображении наблюдаемые под заданными ракурсами образы интересующего участка окружающего пространства с находящимся в нем малоразмерными объектами. Синтез серии полноформатных изображений, соответствующих разным углам визирования оптической системы, позволяет определить местонахождение малоразмерных объектов в каждом панорамном изображении с оценкой расстояния до них. При этом определение расстояния до малоразмерных объектов осуществляется по их нахождению в слоях пространства разрешаемой оптической системой.To achieve a technical result, a method for highly accurate determination of the distances between small-sized objects in the surrounding space is proposed. The method includes forming a set of small-sized panoramic images on the plane of the multi-element photodetector, containing in each image images of the area of interest of the surrounding space with small-sized objects located in it, observed from given angles. Synthesis of a series of full-length images corresponding to different viewing angles of the optical system makes it possible to determine the location of small-sized objects in each panoramic image with an estimate of the distance to them. In this case, the determination of the distance to small-sized objects is carried out by their location in the layers of space by a resolvable optical system.

Согласно изобретению, наблюдают интересующий участок окружающего пространства оптической системой переноса изображения в плоскость матричного фотоприемника, состоящей из проектирующего объектива и массива микролинз (NxM), расположенных перед матричным фотоприемником (рис. 1). Это обеспечивает получение на матрице фотодиодов массива субапертурных изображений

Figure 00000001
, координаты отображаемых точек (х, у) определяются формулой (1):According to the invention, the area of interest of the surrounding space is observed by an optical system for image transfer into the plane of the matrix photodetector, consisting of a projecting lens and an array of microlenses (NxM) located in front of the matrix photodetector (Fig. 1). This provides an array of sub-aperture images on the photodiode array.
Figure 00000001
, the coordinates of the displayed points (x, y) are determined by formula (1):

Figure 00000002
Figure 00000002

где I (расстояние массива микролинз до матрицы фотодиодов) и L (расстояние от объектива до массива микролинз) - конструктивные параметры оптической схемы, (X Y) - координаты в системе координат в плоскости линзы, (х, у) -координаты изображения точек объекта (световой метки) в системе координат в плоскости фотоприемника, Z - расстояние от плоскости формируемого изображения (плоскости фотоприемника) до оптико-электронной системы.where I (distance of the microlens array to the photodiode array) and L (distance from the lens to the microlens array) are the design parameters of the optical scheme, (X Y) are the coordinates in the coordinate system in the lens plane, (x, y) are the image coordinates of the points of the object (light marks) in the coordinate system in the plane of the photodetector, Z is the distance from the plane of the formed image (the plane of the photodetector) to the optoelectronic system.

Из массива субапертурных изображений

Figure 00000001
синтезируют полноформатные изображения Imk(х,у) наблюдаемого пространства (рис. 2) известным алгоритмом [6], которые фотоприемником представляются двухмерной выборкой сигналов
Figure 00000003
. Для обеспечения большей точности определения относительных координат световых меток расширяют границу градиента яркости световых меток путем суммирования ряда изображений Imk(х,у) с различными алгоритмически изменяемыми углами визирования Im(x,y)=Σ Imk(x+q⋅Δx,y+p⋅Δy) (рис. 3, 4, 5), что позволяет обеспечить более высокую точность определения координат малоразмерного объекта в пространстве алгоритмом непрерывного вейвлет преобразования (НВП), который сканирует полученные полноформатные изображения наблюдаемого пространства (2), вдоль заданной координаты С(а,ξ) в каждом масштабе (а) и смещении в заданном направлении (ОХ - ξ) выбранной функции преобразования ψ(х):From an array of sub-aperture images
Figure 00000001
synthesize full-size images Im k (x, y) of the observed space (Fig. 2) using a known algorithm [6], which are represented by a photodetector as a two-dimensional sample of signals
Figure 00000003
. To ensure greater accuracy in determining the relative coordinates of the light marks, the boundary of the brightness gradient of the light marks is expanded by summing a series of images Im k (x, y) with different algorithmically variable viewing angles Im(x, y)=Σ Imk(x+q⋅Δx,y+ p⋅Δy) (Fig. 3, 4, 5), which allows for a higher accuracy in determining the coordinates of a small-sized object in space by the continuous wavelet transform (CWT) algorithm, which scans the received full-format images of the observed space (2), along a given coordinate С( а,ξ) in each scale ( а ) and shift in the given direction (ОХ - ξ) of the chosen transformation function ψ(х):

Figure 00000004
Figure 00000004

где ψ(х) - функция обладающая свойствами: среднее значение равно нулю, обладает свойствами масштабируемости и координатного сдвига х.where ψ(x) is a function that has the following properties: the average value is zero, it has the properties of scalability and coordinate shift x.

По максимумам коэффициентов НВП D(ξ) (3) [6] определяют относительные координаты каждого малоразмерного источника (i) вдоль каждого выбранного направления (j) (4,5) [7, 8], разница которых определяет расстояние dik между малоразмерными источниками (i) и (k):The maxima of the CWP coefficients D(ξ) (3) [6] determine the relative coordinates of each small-sized source (i) along each selected direction (j) (4.5) [7, 8], the difference of which determines the distance d ik between small-sized sources (i) and (k):

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

В общем случае для кривых коэффициентов НВП [7] для заданной функции ψ(х), имеющих несколько максимумов или минимумов dn, линейный размер dik может определяться может определяться по разным максимумам или с большей точностью по совокупности соответствующих экстремумов (максимумам или минимумам) кривых коэффициентов НВП D(x) несколькими способами (6) [8]:In the general case, for curves of the CWP coefficients [7] for a given function ψ(x) that have several maxima or minima d n , the linear size d ik can be determined by different maxima or with greater accuracy by the totality of the corresponding extrema (maxima or minima) coefficient curves of CWP D(x) in several ways (6) [8]:

Figure 00000008
Figure 00000008

здесь n - число максимумов (определяется типом функции ψ(х), расстоянием), a i - амплитуда максимумов коэффициентов НВП, который в формуле (6) используется как весовой коэффициент (чем меньше амплитуда, тем выше ошибка дискретизации).here n is the number of maxima (determined by the type of function ψ(x), distance), and i is the amplitude of the maxima of the CWP coefficients, which is used as a weighting factor in formula (6) (the smaller the amplitude, the higher the discretization error).

Подтверждение результатов проводилось на разработанном виртуальном приборе [10] для моделирования распределения освещенности в сдвинутых световых метках (рис. 6, 7).Confirmation of the results was carried out on the developed virtual device [10] for modeling the distribution of illumination in shifted light marks (Fig. 6, 7).

В располагаемых источниках информации не обнаружено технических решений, содержащих в совокупности признаки, сходные с отличительными признаками заявляемого способа. Следовательно, изобретение соответствует критерию изобретательский уровень.In the available sources of information, no technical solutions were found containing in aggregate signs 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 измерения пространственного расстояния между малоразмерными объектами. Способ решает комплексно задачу увеличения скорости и надежности обработки сигнала при сохранении высокой обзорности и обеспечении увеличения разрешающей способности.The presence of new essential features, together with the known and common with the prototype, made it possible to create a new technical solution - a method for measuring the spatial distance between small-sized objects. The method comprehensively solves the problem of increasing the speed and reliability of signal processing while maintaining high visibility and providing an increase in resolution.

Источники информацииInformation sources

1) Патент №1392354 от 30.04.1988, кл. G01B 11/16. Способ определения температурной деформации образца и устройство для его осуществления, авторы: В.Е. Махов, А.И. Потапов, (СССР). - №1392354; Заявл. 24.03.1986; Опубл. 30.04.88, Бюл. №16.1) Patent No. 1392354 dated 04/30/1988, class. G01B 11/16. A method for determining the temperature deformation of a sample and a device for its implementation, authors: V.E. Makhov, A.I. Potapov, (USSR). - No. 1392354; Appl. 03/24/1986; Published 04/30/88, Bull. No. 16.

2) Махов В.Е. Влияние характеристик лазерных целеуказателей на точность измерения их координат // Труды Двенадцатой Всероссийской научно-практической конференции РАРАН: Актуальные проблемы защиты и безопасности, (1-3 апреля 2009 г.), том 3. - СПб: НПО Специальных материалов, 2009. - С. 281-288.2) Makhov V.E. Influence of the characteristics of laser designators on the accuracy of measuring their coordinates // Proceedings of the Twelfth All-Russian Scientific and Practical Conference of the RARAN: Actual problems of protection and security, (April 1-3, 2009), volume 3. - St. Petersburg: NPO Special Materials, 2009. - C 281-288.

3) Патент РФ №2420774 от 04.02.2009, кл. G03B 37/04, G02B 13/06. Способ для определения местонахождения объекта в окружающем пространстве и панорамная аппаратура для реализации способа, авторы: Подгорнов В.А., Подгорнов С.В., Щербина А.Н.3) Patent of the Russian Federation No. 2420774 dated February 4, 2009, class. G03B 37/04, G02B 13/06. A method for determining the location of an object in the surrounding space and panoramic equipment for implementing the method, authors: Podgornov V.A., Podgornov S.V., Shcherbina A.N.

4) Способ идентификации и определения положения световых меток при их наложении в системах оптического контроля Контроль. Диагностика. 2019. №7 (253). С. 4-13, авторов Махов В.Е., Широбоков В.В., Потапов А.И.4) A method for identifying and determining the position of light marks when they are superimposed in optical control systems Control. Diagnostics. 2019. No. 7 (253). P. 4-13, authors Makhov V.E., Shirobokov V.V., Potapov A.I.

5) Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. Geometric Calibration of Micro-Lens-Based Light-Field Cameras using Line Features // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017. Vol. 39 / Issue 2. pp. 17-61.5) Bok Y., Jeon H.-G., Kweon I. S. Geometric Calibration of Micro-Lens-Based Light-Field Cameras using Line Features // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2017 Vol. 39/Issue 2.pp. 17-61.

6) Ng R. Digital light field photography. A dissertation submitted to the department of computer science and the committee on graduate studies of Stanford university in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy, 2006.6) Ng R. Digital light field photography. A dissertation submitted to the department of computer science and the committee on graduate studies of Stanford university in partial fulfillment of the requirements for the degree of doctor of philosophy, 2006.

7) Махов В.E. Исследование алгоритмов вейвлет - преобразования для определения координат световых меток // Вопросы радиоэлектроники. Серия «Техника телевидения», вып. 2. - СПб.: ФГУП НИИТ, 2012. - С. 78-89.7) Makhov V.E. Investigation of wavelet-transformation algorithms for determining the coordinates of light marks // Problems of radio electronics. TV Technique series, no. 2. - St. Petersburg: FSUE NIIT, 2012. - S. 78-89.

8) Грузман И.С. Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учебное пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук, В.П. Косых, [и др.] - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2000. - 168 с.8) Gruzman I.S. Digital Image Processing in Information Systems: Textbook / I.S. Gruzman, B.C. Kirichuk, V.P. Kosykh, [and others] - Novosibirsk: Publishing house of NGTU, 2000. - 168 p.

9) Махов В., Потапов А., Закутаев А. Принципы работы цифровых камер светового поля с массивом микролинз // Компоненты и технологии. 2018. №1 (198). С. 14-20.9) Makhov V., Potapov A., Zakutaev A. Principles of operation of light field digital cameras with an array of microlenses // Components and technologies. 2018. No. 1 (198). pp. 14-20.

10) Махов В.Е. Контроль линейных размеров изделий на базе технологий фирмы «NATIONAL INSTRUMENTS)) / В.Е. Махов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2010. Т. 53, №7. С. 54-60.10) Makhov V.E. Control of the linear dimensions of products based on the technologies of the company "NATIONAL INSTRUMENTS)) / V.E. Makhov // News of higher educational institutions. Instrumentation. 2010. V. 53, No. 7. pp. 54-60.

11) Махов Е.М. Прикладная оптика: Учеб. пособие / Е.М. Махов, А.И. Потапов, В.Е. Махов - СПб.: СЗТУ, 2004. - 348 с.11) Makhov E.M. Applied Optics: Proc. allowance / E.M. Makhov, A.I. Potapov, V.E. Makhov - St. Petersburg: SZTU, 2004. - 348 p.

Claims (1)

Способ измерения пространственного расстояния между малоразмерными объектами в окружающем пространстве, включающий формирование оптического изображения, определение местонахождения каждого малоразмерного объектами, измерение расстояния между выбранными малоразмерными объектами, изменение угла визирования, отличающийся тем, что измерение расстояний между малоразмерными объектами и определение местонахождения каждого малоразмерного объекта осуществляют на основе всех полноформатных оптических изображений области наблюдаемого пространства с алгоритмически вычисляемыми разными углами визирования и расстоянием фокусировки оптико-электронной системы, состоящей из оптической части, которая преобразует направление хода лучей от объекта в плоскость электронного устройства регистрирующего энергию лучей (матричного фотоприемника), и электронной части, которая регистрирует энергию лучей (матричный фотоприемник), при этом формирование оптических изображений осуществляют алгоритмически на основе упорядоченной группы субапертурных малоразмерных изображений, получаемой дополнительной матричной оптической системой, дополняющей основную проектирующую оптическую систему, формирующую изображение малоразмерных объектов наблюдаемого пространства и состоящую из массива микролинз, расположенного после объектива перед матричным фотоприемником, путем регистрации совокупности хода лучей по направлениям их распространения в оптико-электронную систему, позволяющих фиксировать объемные параметры пространственно-разнесенных малоразмерных объектов и объединять субапертурные малоразмерные изображения с разными углами визирования для увеличения числа значимых пикселей в каждой области изображения наблюдаемых малоразмерных объектов, при этом изменение угла визирования осуществляют алгоритмически на базе правила суммирования сигналов с фотодиодов фотоприемника, соответствующих направлению хода лучей.A method for measuring the spatial distance between small-sized objects in the surrounding space, including the formation of an optical image, determining the location of each small-sized objects, measuring the distance between selected small-sized objects, changing the viewing angle, characterized in that measuring the distances between small-sized objects and determining the location of each small-sized object is carried out on based on all full-length optical images of the area of the observed space with algorithmically calculated different viewing angles and focusing distances of the optoelectronic system, consisting of the optical part, which converts the direction of the rays from the object into the plane of the electronic device that registers the energy of the rays (matrix photodetector), and the electronic part, which registers the energy of the rays (matrix photodetector), while the formation of optical images is carried out algorithmically based on the a rowed group of sub-aperture small-sized images obtained by an additional matrix optical system that complements the main projecting optical system that forms an image of small-sized objects of the observed space and consists of an array of microlenses located after the lens in front of the matrix photodetector, by registering the totality of the path of rays in the directions of their propagation into the optical-electronic a system that allows fixing the volumetric parameters of spatially separated small-sized objects and combining sub-aperture small-sized images with different viewing angles to increase the number of significant pixels in each image area of the observed small-sized objects, while changing the viewing angle is carried out algorithmically based on the rule of summing signals from the photodiodes of the photodetector corresponding to the direction of the rays.
RU2019144199A 2019-12-24 2019-12-24 Method of measuring spatial distance between small objects RU2734070C9 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144199A RU2734070C9 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Method of measuring spatial distance between small objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019144199A RU2734070C9 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Method of measuring spatial distance between small objects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2734070C1 RU2734070C1 (en) 2020-10-12
RU2734070C9 true RU2734070C9 (en) 2022-04-27

Family

ID=72940212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019144199A RU2734070C9 (en) 2019-12-24 2019-12-24 Method of measuring spatial distance between small objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2734070C9 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2752687C1 (en) * 2021-01-06 2021-07-29 Дмитрий Александрович Рощин Range determination method using digital video camera and three light sources

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6512518B2 (en) * 1996-04-24 2003-01-28 Cyra Technologies, Inc. Integrated system for quickly and accurately imaging and modeling three-dimensional objects
US8767186B2 (en) * 2007-11-07 2014-07-01 Magna Electronics Inc. Object detection system
KR20180037241A (en) * 2015-08-03 2018-04-11 톰톰 글로벌 콘텐트 비.브이. METHODS AND SYSTEMS FOR GENERATING AND USING POSITIONING REFERENCE DATA

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6512518B2 (en) * 1996-04-24 2003-01-28 Cyra Technologies, Inc. Integrated system for quickly and accurately imaging and modeling three-dimensional objects
US8767186B2 (en) * 2007-11-07 2014-07-01 Magna Electronics Inc. Object detection system
KR20180037241A (en) * 2015-08-03 2018-04-11 톰톰 글로벌 콘텐트 비.브이. METHODS AND SYSTEMS FOR GENERATING AND USING POSITIONING REFERENCE DATA

Also Published As

Publication number Publication date
RU2734070C1 (en) 2020-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7043085B2 (en) Devices and methods for acquiring distance information from a viewpoint
Kytö et al. Method for measuring stereo camera depth accuracy based on stereoscopic vision
US7612870B2 (en) Single-lens aperture-coded camera for three dimensional imaging in small volumes
Genovese et al. Stereo-camera calibration for large-scale DIC measurements with active phase targets and planar mirrors
US8305485B2 (en) Digital camera with coded aperture rangefinder
CN109883391B (en) Monocular distance measurement method based on digital imaging of microlens array
US20120134537A1 (en) System and method for extracting three-dimensional coordinates
Yau et al. Underwater camera calibration using wavelength triangulation
CN102461186A (en) Stereoscopic image capturing method, system and camera
CN102997891A (en) Device and method for measuring scene depth
RU2734070C9 (en) Method of measuring spatial distance between small objects
RU2733822C1 (en) Method and an optical system for obtaining tomographic distribution of wave fronts of electromagnetic fields
CN116952357A (en) Spectral imaging visual vibration measurement system and method based on combination of line-plane cameras
Maas Contributions of digital photogrammetry to 3-D PTV
Georgopoulos Photogrammetric automation: is it worth?
Jawad et al. Measuring object dimensions and its distances based on image processing technique by analysis the image using sony camera
Zhu et al. Three-dimensional measurement of fringe projection based on the camera response function of the polarization system
CN109470147B (en) Self-adaptive high-resolution stereo vision system and measuring method
Gašparović et al. Testing of image quality parameters of digital cameras for photogrammetric surveying with unmanned aircrafts
Chulichkov et al. Stereoscopic ground-based determination of the cloud base height: theory of camera position calibration with account for lens distortion
Li et al. Metric three-dimensional reconstruction model from a light field and its calibration
Keshri et al. Depth perception in single camera system using focus blur and aperture number
KR101322833B1 (en) T-ray tomography apparatus and method based on two-dimensional real-time confocal imaging
Alphonse et al. Depth estimation from a single RGB image using target foreground and background scene variations
EA028167B1 (en) Method of determining distance to an object, its height and width

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: CORRECTION TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL 29-2020 FOR INID CODE(S) (72)

TH4A Reissue of patent specification