RU2804376C1 - Устройство для панорамной пространственной фотосъемки - Google Patents
Устройство для панорамной пространственной фотосъемки Download PDFInfo
- Publication number
- RU2804376C1 RU2804376C1 RU2023105044A RU2023105044A RU2804376C1 RU 2804376 C1 RU2804376 C1 RU 2804376C1 RU 2023105044 A RU2023105044 A RU 2023105044A RU 2023105044 A RU2023105044 A RU 2023105044A RU 2804376 C1 RU2804376 C1 RU 2804376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- camera
- photographs
- segment
- rotation
- images
- Prior art date
Links
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования панорамных пространственных изображений, позволяя измерять расстояния до окружающих объектов, а также их отдельных частей, отличающихся по цвету, посредством цифровой обработки получаемых этим устройством фотоснимков. В составе устройства имеется трегер, фотоаппарат, блок поворота фотоаппарата, блок цифровой обработки изображений, блок управления. С помощью трегера осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения
где ω - угол поворота фотоаппарата; x1 - абсцисса центра сегмента на первом снимке; х2 - абсцисса центра сегмента на втором снимке; ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата. 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования панорамных пространственных изображений, позволяя измерять расстояния до окружающих объектов, а также их отдельных частей, отличающихся по цвету, посредством цифровой обработки получаемых этим устройством фотоснимков.
Известна система [1], предназначенная для пассивного определения координат источника излучения (горизонтального угла, угла возвышения и расстояния) посредством двух идентичных инфракрасных устройств пассивного типа для панорамного наблюдения (видеокамер). Видеокамеры в данной системе располагаются на одной вертикальной оси, вокруг которой они могут синхронно вращаться, и на известном друг от друга расстоянии таким образом, что их оптические оси всегда находятся в одной вертикальной плоскости. При этом расстояние определяется методом триангуляции по получаемым от каждой из камер углам видимого смещения источника излучения. Недостатками этого способа являются необходимость разноса видеокамер на некоторое расстояние друг от друга, что увеличивает габариты системы. Кроме того, необходимость использования двух видеокамер существенно увеличивает стоимость системы и снижает ее надежность.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является принятое за прототип устройства на основе цифрового фотоаппарата [2]. В указанном устройстве с помощью фотоаппарата получают цифровой снимок объектов. Затем оптическая ось фотоаппарата перемещается по горизонтали на заданный угол, и получают второй снимок этих объектов. Путем корреляционной обработки, вычисляется расстояние, на которое изображение объекта сместилось на втором снимке относительно первого вследствие поворота фотоаппарата. Дальность до объекта определяется как отношение расстояния смещения его изображения к тангенсу угла поворота фотоаппарата. Недостатком этого устройства является то, что применяемая в нем корреляционная обработка двух снимков не позволяет измерять расстояние более чем до одного объекта и при этом фон объекта должен быть однородным. Кроме этого, в данном устройстве не принимается в расчет фокусное расстояние объектива используемого фотоаппарата, что может приводить к возникновению большой погрешности измерения дальности объекта.
Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности измерения дальностей до всех объектов, а также до их отдельных частей, отличающихся по цвету и находящихся в поле зрения устройства.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в составе устройства имеется трегер с помощью которого осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения:
где ω - угол поворота фотоаппарата;
х1 - абсцисса центра сегмента на первом снимке;
х2 - абсцисса центра сегмента на втором снимке;
ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата.
Свойство, появляющееся у заявляемого устройства - высокая скорость формирования пространственных панорамных изображений окружающих объектов, визуально отличающихся от примыкающих к ним объектов по цвету.
Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 изображен внешний вид устройства для панорамной пространственной фотосъемки; на фиг. 2 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 3 показана принципиальная схема построения изображения в оптической системе фотоаппарата на примере объекта, расположенного в точке А, проектирующегося на плоскость изображения фотоаппарата 5 до и после поворота фотоаппарата на заданный угол ω; на фиг. 4 приведен график погрешности определения дальности объектов устройством.
Устройство для панорамной пространственной фотосъемки содержит: фотоаппарат 1, блок поворота фотоаппарата 2, трегер 3, блок цифровой обработки изображений 4, блок управления 5.
Формирование панорамных пространственных изображений объектов осуществляется следующим образом. Устройство для панорамной пространственной фотосъемки (фиг. 1) устанавливается в заданном месте и горизонтируется с помощью трегера 3. Управление устройством (фиг. 2) выполняется с помощью блока управления 5. После подачи команды на формирование пространственного панорамного изображения блок поворота фотоаппарата 2 начинает вращать фотоаппарат 1 вокруг вертикальной оси вращения с заданным угловым шагом. После каждого поворота фотоаппарат 1 делает фотоснимок объектов, находящихся в поле ее зрения. Полученные фотоснимки обрабатываются в блоке цифровой обработки изображений 4. Определение дальности объектов и формирование пространственного панорамного изображения устройством производится по следующему алгоритму работы.
Принцип действия устройства (фиг. 3) объясняется законами геометрической оптики, в соответствии с которыми проектируемые лучи от некоторого объекта, расположенного в точке А, входят в объектив фотоаппарата под некоторым углом к его оптической оси 6, после чего преломляются и выходят под тем же углом к оптической оси фотоаппарата. Таким образом, на плоскости изображения фотоаппарата 7 формируется изображение объекта. Затем фотоаппарат поворачивается на угол ω вокруг вертикальной оси, проходящей через центр плоскости изображения 7, и делается следующий снимок.
Полученные фотоснимки упорядочиваются по времени их создания. Для каждой пары фотоснимков в данной последовательности осуществляется цифровая обработка изображения по области взаимного перекрытия фотоснимков. Изображения на фотоснимках в данной области сегментируются на изолированные по цвету сегменты, состоящие из связанных друг с другом пикселей, цвет которых находится в одном диапазоне цвета. Поскольку снимки объектов получают с разных ракурсов съемки, то цвет одного и того же объекта на двух разных снимках может отличаться. Поэтому поиск идентичных сегментов в области взаимного перекрытия двух фотоснимков производится путем корреляционной обработки по следующим признакам: координаты геометрических центров, площадь, размеры описанного прямоугольника, среднее значение компонентов цвета. Дальность каждого объекта, представленного сегментом на фотоснимках, вычисляется из выражения:
Найденные дальности позволяют составить карту глубины изображения и объединить смежные объекты, находящиеся на одинаковом удалении от точки съемки. Горизонтальные и вертикальные углы направлений на эти объекты определяются из выражений:
Полученные сегменты представляются в сферической системе координат и образуют пространственное панорамное изображение.
Проведена оценка погрешности определения дальности объектов устройством (фиг. 4). В составе устройства использован фотоаппарат с фокусным расстоянием объектива 50 мм, имеющим разрешение матрицы 4000×3000 пикселей и физический размер пикселя матрицы 1,6 мкм. Тестовые объекты размещались на разных расстояниях от устройства в диапазоне [200, 10000] мм, действительные значения расстояний до объектов определялись лазерным дальномером с абсолютной погрешностью 1 мм. При этом вероятность идентификации объектов по визуальным признакам в области взаимного перекрытия фотоснимков достигает 95%.
Источники информации
1. Европейский патент на изобретение ЕР №0379425 А1 от 18.01.1989 г. МПК G01S 5/16 «System for determining the position of at least one target by means of triangulation». Авторы: Michel P.B., Michel B.B., Andre' R.D. Опубликовано 25.07.1990 г.
2. Патент на полезную модель BY №6127 U «Измеритель расстояний». МПК G01C 3/00. Автор: Козлов В.Л. Опубликовано: 30.04.2010 г.
Claims (3)
- Устройство для панорамной пространственной фотосъемки, включающее фотоаппарат, блок поворота фотоаппарата, блок цифровой обработки изображений, блок управления, отличающееся тем, что в составе устройства имеется трегер, с помощью которого осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения
-
- где ω - угол поворота фотоаппарата; x1 - абсцисса центра сегмента на первом снимке; х2 - абсцисса центра сегмента на втором снимке; ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2804376C1 true RU2804376C1 (ru) | 2023-09-28 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU758048A1 (ru) * | 1978-01-24 | 1980-08-23 | Tsnii Geodezii | Панорамный фотоаппарат 1 |
| SU1493977A1 (ru) * | 1987-09-30 | 1989-07-15 | Bocharov Boris B | Панорамный стереофотоаппарат |
| US8767037B2 (en) * | 2007-09-21 | 2014-07-01 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for panoramic imaging |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU758048A1 (ru) * | 1978-01-24 | 1980-08-23 | Tsnii Geodezii | Панорамный фотоаппарат 1 |
| SU1493977A1 (ru) * | 1987-09-30 | 1989-07-15 | Bocharov Boris B | Панорамный стереофотоаппарат |
| US8767037B2 (en) * | 2007-09-21 | 2014-07-01 | The Trustees Of Columbia University In The City Of New York | Systems and methods for panoramic imaging |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111435081B (zh) | 海面测量系统、海面测量方法以及存储介质 | |
| CN105282443A (zh) | 一种全景深全景图像成像方法 | |
| RU2626051C2 (ru) | Способ определения дальностей до объектов по изображениям с цифровых видеокамер | |
| CN206611521U (zh) | 一种基于多传感器的车载环境识别系统及全方位视觉模块 | |
| JP2012063350A (ja) | 測位処理装置、測位処理方法、画像処理装置および画像処理方法 | |
| CN109883391B (zh) | 基于微透镜阵列数字成像的单目测距方法 | |
| CN114838668B (zh) | 一种隧道位移监测方法及系统 | |
| KR20200071960A (ko) | 카메라 및 라이다 센서 융합을 이용한 객체 검출 방법 및 그를 위한 장치 | |
| CN113686314A (zh) | 船载摄像头的单目水面目标分割及单目测距方法 | |
| AU2019353165B2 (en) | Optics based multi-dimensional target and multiple object detection and tracking method | |
| RU2804376C1 (ru) | Устройство для панорамной пространственной фотосъемки | |
| JPH1195344A (ja) | 全方位ステレオ画像撮影装置 | |
| JP2001317915A (ja) | ３次元計測装置 | |
| CN2904001Y (zh) | 复合激光着陆导航设备 | |
| CN1804720A (zh) | 一种全向立体视觉成像方法及装置 | |
| JPH05135155A (ja) | 連続シルエツト画像による３次元モデル構成装置 | |
| Gao et al. | Single-event-camera-based 3D trajectory measurement method for high-speed moving targets | |
| JP2000304508A (ja) | ３次元入力装置 | |
| RU2685761C1 (ru) | Фотограмметрический способ измерения расстояний вращением цифрового фотоаппарата | |
| Gao et al. | Development of a high-speed videogrammetric measurement system with application in large-scale shaking table test | |
| EP0547635A2 (en) | Method and apparatus for sensing a three-dimensional scene | |
| JPH0337513A (ja) | ３次元位置・速度計測装置 | |
| CN110726407A (zh) | 一种定位监控方法及装置 | |
| JPH0252204A (ja) | ３次元座標計測装置 | |
| JP5582009B2 (ja) | ３次元位置計測システム、３次元位置計測装置および３次元位置計測方法 |