RU98100086A - Устройство для трехмерного измерения и формирования изображения со связанной с фокусом компенсацией схождения и способ его использования - Google Patents

Claims (51)

1. Приспособление к объективу для создания трехмерных изображений с использованием единственного объектива, для применения с объективами, имеющими симметричное относительно оптической оси поле зрения и фокусирующее средство для фокусировки объектива на выбранное расстояние, содержащее а) правое и левое внутренние зеркала, причем оба внутренних зеркала расположены перед объективом и обращены внутрь к объективу вдоль оптической оси объектива, покрывая практически все поле зрения объектива, при этом внутренние зеркала соединены вместе на одном конце на оптической оси объектива, так что два внутренних зеркала образуют острый угол, симметричный относительно оптической оси объектива; б) правое и левое наружные зеркала, причем оба наружных зеркала больше, чем внутренние зеркала, и расположены снаружи от внутренних зеркал и обращены наружу к предмету, так что практически все поле зрения внутренних зеркал покрывается наружными зеркалами, при этом наружные зеркала установлены шарнирно относительно вертикальной оси; в) объединяющее средство для одновременного поворачивания наружных зеркал вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны, имеющее управляющий вход для запуска объединяющего средства, так что передвижение управляющего входа заставляет правое и левое наружные зеркала поворачиваться одинаково и одновременно, так что передвижение управляющего входа в одном направлении вызывает схождение полей зрения наружных зеркал, а движение управляющего входа в противоположном направлении вызывает расхождение полей зрения наружных зеркал; и г) адаптерное средство для передвижения управляющего входа спаренного механизма в ответ на воздействие фокусирующего средства объектива, соединенного с управляющим входом спаренного средства и фокусирующего средства объектива, так что, когда объектив фокусируется на выбранное расстояние, поле зрения наружных зеркал сходится на выбранном расстоянии.

2. Приспособление к объективу по п. 1, в котором каждое из внутренних зеркал установлено под углом 45° к оптической оси объектива.

3. Приспособление к объективу по п. 1, дополнительно содержащее тандемное средство для регулировки угла внутренних зеркал к оптической оси объектива, так что оба внутренних зеркала остаются под одинаковым углом к оптической оси объектива, когда этот угол регулируется.

4. Приспособление к объективу по п. 3, в котором тандемное средство для регулировки угла внутренних зеркал содержит а) средний блок, расположенный на пересечении оптической оси объектива и срединной линии наружных зеркал, имеющий первое сквозное отверстие, ориентированное вдоль оптической оси объектива, и второе сквозное отверстие вдоль срединной линии зеркал; б) средний шарнир в точке, где края двух внутренних зеркал соединены вместе, при этом соединение между этими двумя зеркалами подвижно; в) направляющая, расположенная на срединной линии зеркал, проходя через второе сквозное отверстие в среднем блоке, и с центром на оптической оси объектива, имеющая два конца и длину, достаточную, чтобы эти концы направляющей по меньшей мере выходили за внутренние зеркала на срединной линии зеркал; г) два скользящих шарнира, каждый из которых имеет сквозное отверстие, через которое со скольжением вводится направляющая, и шарнир, на котором шарнирно на своей срединной линии установлено одно из внутренних зеркал; д) два скользящих шарнира, каждый из которых имеет сквозное отверстие, через которое со скольжением проходит направляющая, и шарнир, на котором шарнирно установлено на своей срединной линии одно из внутренних зеркал, так что, когда средний шарнир перемещается вдоль оптической оси к среднему блоку, скользящие шарниры, к которым прикреплены внутренние зеркала, скользят наружу по направляющей и внутренние зеркала шарнирно поворачиваются на них, сглаживая угол между внутренними зеркалами и оптической осью и поддерживая каждое внутреннее зеркало под одинаковым углом к оптической оси объектива.

5. Приспособление по п. 4, в котором первое сквозное отверстие в среднем блоке является резьбовым, и которое дополнительно содержит резьбовой регулировочный стержень с совпадающей резьбой, проходящий через первое сквозное отверстие в среднем блоке и прикрепленный к среднему шарниру, так что средний шарнир перемещается вдоль оптической оси объектива, когда резьбовой регулировочный стержень вращается в резьбовом первом сквозном отверстии.

6. Приспособление к объективу по п. 3, в котором тандемное средство для регулировки угла между внутренними зеркалами содержит а) средний шарнир в точке, где края двух внутренних зеркал соединены вместе, при этом соединение между этими двумя зеркалами подвижно; б) первый объединяющий стержень, имеющий первый конец, гибко закрепленный на внутреннем зеркале около края этого зеркала, наиболее удаленного от среднего шарнира, и второй конец, гибко закрепленный на наружном зеркале, расположенном с той же самой стороны от оптической оси объектива; в) второй объединяющий стержень, имеющий первый конец, гибко закрепленный на другом внутреннем зеркале около края этого зеркала, наиболее удаленного от среднего шарнира, в такой же точке крепления, в которой первый конец первого объединяющего стержня закреплен на своем внутреннем зеркале, и второй конец, гибко закрепленный на наружном зеркале, расположенном с той же самой стороны от оптической оси объектива, в точке на этом наружном зеркале, которая является такой же точкой, в которой второй конец первого объединяющего стержня закреплен на своем наружном зеркале; так что, когда наружные зеркала перемещаются на своих шарнирах, первый и второй объединяющие стержни заставляют внутренние зеркала перемещаться одинаково и одновременно в противоположные стороны.

7. Приспособление по п. 6, в котором точка закрепления второго конца первого и второго объединяющих стержней на наружных зеркалах находится около середины наружных зеркал.

8. Приспособление по п. 6, в котором точка закрепления второго конца первого и второго объединяющих стержней на наружных зеркалах находится около шарнирной точки наружных зеркал.

9. Приспособление по п. 1, в котором объединяющее средство содержит а) среднюю ведущую шестерню, расположенную на срединной линии зеркал; б) зеркальную ведущую шестерню, расположенную на вертикальной оси одного из наружных зеркал, так что вращение зеркальной ведущей шестерни поворачивает это наружное зеркало вокруг его вертикальной оси; в) рейку, операционно связывающую среднюю ведущую шестерню с зеркальной ведущей шестерней, так что вращение средней ведущей шестерни линейно перемещает рейку, заставляя зеркальную ведущую шестерню поворачиваться и поворачивать наружное зеркало; и г) связывающее средство для принуждения другого наружного зеркала перемещаться одинаково и в противоположную сторону с наружным зеркалом, имеющим зеркальную ведущую шестерню.

10. Приспособление по п. 9, в котором связывающее средство для принуждения наружного зеркала поворачиваться содержит объединяющий стержень, соединенный с одним концом правого наружного зеркала и с противоположным концом левого наружного зеркала.

11. Приспособление по п. 9, в котором связывающее средство для принуждения наружного зеркала поворачиваться содержит вторую зеркальную ведущую шестерню и вторую рейку, соединяющую среднюю ведущую шестерню со второй зеркальной ведущей шестерней, так что вращение средней ведущей шестерни линейно перемещает вторую рейку, заставляя вторую зеркальную ведущую шестерню поворачиваться и поворачивать наружное зеркало одинаково и в противоположную к поворачиванию другого наружного зеркала сторону.

12. Приспособление по п. 9, в котором управляющий вход объединяющего средства содержит управляющую рейку, соединенную со средней ведущей шестерней, так что линейное перемещение управляющей рейки заставляет среднюю ведущую шестерню вращаться.

13. Приспособление по п. 1, в котором адаптерное средство для перемещения управляющего входа объединяющего средства в ответ на приведение в движение фокусирующего кольца объектива содержит а) адаптерную муфту, окружающую по меньшей мере часть фокусирующего кольца объектива, соединенную с ним для совместного с ним вращения, имеющую вдавленную в нее спиральную канавку; б) палец, расположенный на управляющем входе; в) этот палец удерживается в этой спиральной канавке адаптерной муфты, так что вращение адаптерной муфты заставляет палец перемещаться линейно и пропорционально вращению адаптерной муфты.

14. Приспособление по п. 13, в котором спиральная канавка имеет такую конфигурацию, что линейное перемещение пальца заставляет объединяющее средство поворачивать наружные зеркала, так чтобы поля зрения наружных зеркал перекрывались на выбранном расстоянии фокусировки объектива, когда это расстояние фокусировки изменяется фокусировкой объектива.

15. Приспособление по п. 1, в котором объединяющее средство для поворачивания наружных зеркал содержит пару стержней, имеющих наружные концы, закрепленные на наружных зеркалах с отнесением на расстояние от вертикальной оси, вокруг которой поворачиваются наружные зеркала, и внутренние концы, соединенные друг с другом и с приводным стержнем, расположенным параллельно оптической оси объектива.

16. Приспособление по п. 1, в котором вертикальная ось, вокруг которой поворачиваются наружные зеркала, расположена на внутреннем конце наружных зеркал, наружные зеркала далее содержат сдвигающий стержень, имеющий первый конец, соединенный с наружным зеркалом на его вертикальной оси и протягивающийся назад от шарнира, и имеющий второй конец, а объединяющее средство для поворачивания наружных зеркал содержит пару стержней, имеющих наружные концы, закрепленные на втором конце сдвигающего стержня, и внутренние концы, соединенные друг с другом и с приводным стержнем, расположенным параллельно оптической оси объектива.

17. Приспособление по п. 1, в котором адаптерное средство содержит электрический возбудитель, имеющий электрический вход для электрического сигнала, представляющего фокусировку объектива, и механический выход, соединенный с управляющим входом объединяющего средства, причем возбудитель перемещается в ответ на электрический сигнал на электрическом входе, так что электрический сигнал, представляющий фокусировку объектива, регулирует схождение зеркал соответственно на точку фокусировки объектива.

18. Приспособление по п. 17, в котором электрический возбудитель представляет собой соленоид.

19. Приспособление по п. 17, в котором электрический возбудитель представляет собой шаговый двигатель.

20. Приспособление по п. 17, в котором электрический возбудитель представляет собой сервомеханизм.

21. Приспособление по п. 1, в котором объектив представляет собой объектив с переменным фокусным расстоянием, а адаптерное средство перемещается в ответ на изменение фокусного расстояния объектива.

22. Приспособление к объективу для создания трехмерных изображений с использованием единственного объектива, для применения с объективами, имеющими симметричное относительно оптической оси поле зрения и фокусирующее средство для фокусировки объектива на выбранное расстояние, содержащее а) правое и левое внутренние зеркала, причем оба внутренних зеркала расположены перед объективом и обращены внутрь к объективу вдоль оптической оси объектива, покрывая практически все поле зрения объектива, при этом внутренние зеркала соединены вместе на одном конце на оптической оси объектива, так что два внутренних зеркала образуют острый угол, симметричный относительно оптической оси объектива; б) правое и левое наружные зеркала, причем оба наружных зеркала больше, чем внутренние зеркала, и расположены снаружи от внутренних зеркал и обращены наружу к предмету, так что практически все поле зрения внутренних зеркал покрывается наружными зеркалами, при этом наружные зеркала шарнирно установлены относительно вертикальной оси; в) объединяющее средство для одновременного поворачивания наружных зеркал вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны, имеющее управляющий вход для запуска объединяющего средства, так что передвижение управляющего входа заставляет правое и левое наружные зеркала поворачиваться одинаково и одновременно, так что передвижение управляющего входа в одном направлении вызывает схождение полей зрения наружных зеркал, а движение управляющего входа в противоположном направлении вызывает расхождение полей зрения наружных зеркал; и г) измеряющее расстояние средство для измерения расстояния между устройством и предметом, имеющее управляющий выход, пропорциональный расстоянию между устройством и предметом, и д) приводное средство для перемещения управляющего входа объединяющего средства в ответ на управляющий выход измеряющего расстояние средства, так что поля зрения наружных зеркал перекрываются на расстоянии, измеренном измеряющим расстояние средством.

23. Приспособление к объективу по п. 22, в котором каждое из внутренних зеркал установлено под углом 45° к оптической оси объектива.

24. Приспособление к объективу по п. 22, дополнительно содержащее тандемное средство для регулировки угла внутренних зеркал к оптической оси объектива, так что оба внутренних зеркала остаются под одинаковым углом к оптической оси объектива, когда этот угол регулируется.

25. Приспособление к объективу по п. 24, в котором тандемное средство для регулировки угла внутренних зеркал содержит а) средний блок, расположенный на пересечении оптической оси объектива и срединной линии наружных зеркал, имеющий первое сквозное отверстие, ориентированное вдоль оптической оси объектива, и второе сквозное отверстие вдоль срединной линии зеркал; б) средний шарнир в точке, где края двух внутренних зеркал соединены вместе, при этом соединение между этими двумя зеркалами подвижно; в) направляющая, расположенная на срединной линии зеркал, проходя через второе сквозное отверстие в среднем блоке, и с центром на оптической оси объектива, имеющая два конца и длину, достаточную, чтобы эти концы направляющей по меньшей мере выходили за внутренние зеркала на срединной линии зеркал; г) два скользящих шарнира, каждый из которых имеет сквозное отверстие, через которое со скольжением вводится направляющая, и шарнир, на котором шарнирно на своей срединной линии установлено одно из внутренних зеркал; д) два скользящих шарнира, каждый из которых имеет сквозное отверстие, через которое со скольжением проходит направляющая, и шарнир, на котором шарнирно установлено на своей срединной линии одно из внутренних зеркал, так что, когда средний шарнир перемещается вдоль оптической оси к среднему блоку, скользящие шарниры, к которым прикреплены внутренние зеркала, скользят наружу по направляющей и внутренние зеркала шарнирно поворачиваются на них, сглаживая угол между внутренними зеркалами и оптической осью и поддерживая каждое внутреннее зеркало под одинаковым углом к оптической оси объектива.

26. Приспособление по п. 25, в котором первое сквозное отверстие в среднем блоке является резьбовым, и которое дополнительно содержит резьбовой регулировочный стержень с совпадающей резьбой, проходящий через первое сквозное отверстие в среднем блоке и прикрепленный к среднему шарниру, так что средний шарнир перемещается вдоль оптической оси объектива, когда резьбовой регулировочный стержень вращается в резьбовом первом сквозном отверстии.

27. Приспособление к объективу по п. 24, в котором тандемное средство для регулировки угла между внутренними зеркалами содержит а) средний шарнир в точке, где края двух внутренних зеркал соединены вместе, при этом соединение между этими двумя зеркалами подвижно; б) первый объединяющий стержень, имеющий первый конец, гибко закрепленный на внутреннем зеркале около края этого зеркала, наиболее удаленного от среднего шарнира, и второй конец, гибко закрепленный на наружном зеркале, расположенном с той же самой стороны от оптической оси объектива; в) второй объединяющий стержень, имеющий первый конец, гибко закрепленный на другом внутреннем зеркале около края этого зеркала, наиболее удаленного от среднего шарнира, в такой же точке крепления, в которой первый конец первого объединяющего стержня закреплен на своем внутреннем зеркале, и второй конец, гибко закрепленный на наружном зеркале, расположенном с той же самой стороны от оптической оси объектива, в точке на этом наружном зеркале, которая является такой же точкой, в которой второй конец первого объединяющего стержня закреплен на своем наружном зеркале; так что, когда наружные зеркала перемещаются на своих шарнирах, первый и второй объединяющие стержни заставляют внутренние зеркала перемещаться одинаково и одновременно в противоположные стороны.

28. Приспособление по п. 27, в котором точка закрепления второго конца первого и второго объединяющих стержней на наружных зеркалах находится около середины наружных зеркал.

29. Приспособление по п. 27, в котором точка закрепления второго конца первого и второго объединяющих стержней на наружных зеркалах находится около шарнирной точки наружных зеркал.

30. Приспособление по п. 22, в котором объединяющее средство содержит а) среднюю ведущую шестерню, расположенную на срединной линии зеркал; б) зеркальную ведущую шестерню, расположенную на вертикальной оси одного из наружных зеркал, так что вращение зеркальной ведущей шестерни поворачивает это наружное зеркало вокруг его вертикальной оси; в) рейку, операционно связывающую среднюю ведущую шестерню с зеркальной ведущей шестерней, так что вращение средней ведущей шестерни линейно перемещает рейку, заставляя зеркальную ведущую шестерню поворачиваться и поворачивать наружное зеркало; и г) связывающее средство для принуждения другого наружного зеркала перемещаться одинаково и в противоположную сторону с наружным зеркалом, имеющим зеркальную ведущую шестерню.

31. Приспособление по п. 30, в котором связывающее средство для принуждения наружного зеркала поворачиваться содержит объединяющий стержень, соединенный с одним концом правого наружного зеркала и с противоположным концом левого наружного зеркала.

32. Приспособление по п. 30, в котором связывающее средство для принуждения наружного зеркала поворачиваться содержит вторую зеркальную ведущую шестерню и вторую рейку, соединяющую среднюю ведущую шестерню со второй зеркальной ведущей шестерней, так что вращение средней ведущей шестерни линейно перемещает вторую рейку, заставляя вторую зеркальную ведущую шестерню поворачиваться и поворачивать наружное зеркало одинаково и в противоположную к поворачиванию другого наружного зеркала сторону.

33. Приспособление по п. 30, в котором управляющий вход объединяющего средства содержит управляющую рейку, соединенную со средней ведущей шестерней, так что линейное перемещение управляющей рейки заставляет среднюю ведущую шестерню вращаться.

34. Приспособление по п. 33, в котором измеряющее расстояние средство представляет собой оптический датчик фокусировки.

35. Приспособление по п. 33, в котором измеряющее расстояние средство представляет собой ультразвуковой датчик.

36. Приспособление по п. 33, в котором объединяющее средство для поворачивания наружных зеркал содержит пару стержней, имеющих наружные концы, закрепленные на наружных зеркалах с отнесением на расстояние от вертикальной оси, вокруг которой поворачиваются наружные зеркала, и внутренние концы, соединенные друг с другом и с приводным стержнем, расположенным параллельно оптической оси объектива.

37. Приспособление по п. 33, в котором вертикальная ось, вокруг которой поворачиваются наружные зеркала, расположено на внутреннем конце наружных зеркал, наружные зеркала далее содержат сдвигающий стержень, имеющий первый конец, соединенный с наружным зеркалом на его вертикальной оси и протягивающийся назад от шарнира, и имеющий второй конец, а объединяющее средство для поворачивания наружных зеркал содержит пару стержней, имеющих наружные концы, закрепленные на втором конце сдвигающего стержня, и внутренние концы, соединенные друг с другом и с приводным стержнем, расположенным параллельно оптической оси объектива.

38. Приспособление по п. 33, в котором приводное средство содержит электрический возбудитель, имеющий электрический вход для электрического сигнала, представляющего фокусировку объектива, и механический выход, соединенный с управляющим входом объединяющего средства, причем возбудитель перемещается в ответ на электрический сигнал на электрическом входе, так что электрический сигнал, представляющий фокусировку объектива, регулирует схождение зеркал соответственно на точку фокусировки объектива.

39. Приспособление по п. 38, в котором электрический возбудитель представляет собой соленоид.

40. Приспособление по п. 38, в котором электрический возбудитель представляет собой шаговый двигатель.

41. Приспособление по п. 38, в котором электрический возбудитель представляет собой сервомеханизм.

42. Устройство для создания трехмерных изображений, содержащее а) правый и левый оптические датчики изображения, обращенные наружу к предмету, причем оптические датчики изображения могут поворачиваться вокруг вертикальной оси; б) объединяющее средство для одновременного поворачивания оптических датчиков изображения вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны, имеющее управляющий вход для запуска объединяющего средства, так что передвижение управляющего входа заставляет правый и левый оптические датчики изображения поворачиваться одинаково и одновременно, так что передвижение управляющего входа в одном направлении вызывает схождение полей зрения оптических датчиков изображения, а движение управляющего входа в противоположном направлении вызывает расхождение полей зрения оптических датчиков изображения; и в) измеряющее расстояние средство для измерения расстояния между устройством и предметом, имеющее управляющий выход, пропорциональный расстоянию между устройством и предметом, и д) приводное средство для перемещения управляющего входа объединяющего средства в ответ на управляющий выход измеряющего расстояние средства, так что поля зрения оптических датчиков изображения перекрываются на расстоянии, измеренном измеряющим расстояние средством.

43. Устройство по п. 42, в котором оптические датчики изображения представляют собой датчики изображения на ПЗС.

44. Устройство по п. 42, в котором измеряющее расстояние средство представляет собой механизм автофокусировки видеокамеры.

45. Устройство для создания трехмерных изображений, содержащее а) правый и левый оптические датчики изображения, причем оба оптических датчика изображения расположены в середине перпендикулярно к линии от устройства до предмета, будучи обращены наружу от этой линии, б) правое и левое наружные зеркала, причем оба наружных зеркала больше, чем оптические датчики изображения, и расположены снаружи от оптических датчиков изображения и обращены наружу к предмету, так что практически все поле зрения оптических датчиков изображения покрывается наружными зеркалами, при этом наружные зеркала шарнирно установлены относительно вертикальной оси; в) объединяющее средство для одновременного поворачивания наружных зеркал вокруг их вертикальных осей в противоположные стороны, имеющее управляющий вход для запуска объединяющего средства, так что передвижение управляющего входа заставляет правое и левое наружные зеркала поворачиваться одинаково и одновременно, так что передвижение управляющего входа в одном направлении вызывает схождение полей зрения наружных зеркал, а движение управляющего входа в противоположном направлении вызывает расхождение полей зрения наружных зеркал; и г) измеряющее расстояние средство для измерения расстояния между устройством и предметом, имеющее управляющий выход, пропорциональный расстоянию между устройством и предметом, и д) приводное средство для перемещения управляющего входа объединяющего средства в ответ на управляющий выход измеряющего расстояние средства, так что поля зрения наружных зеркал перекрываются на расстоянии, измеренном измеряющим расстояние средством.

46. Устройство по п. 45, в котором оптические датчики изображения представляют собой датчики изображения на ПЗС.

47. Способ измерения положения предмета в трехмерном пространстве из левого и правого изображения, получаемого устройством для создания трехмерных изображений с использованием единственного объектива, имеющим фокусирующее средство для фокусировки объектива на выбранное расстояние, и правое и левое наружные зеркала, обращенные наружу к предмету, причем наружные зеркала могут поворачиваться одновременно и в противоположные стороны вокруг вертикальной оси, так что наружные зеркала регулируются фокусированием объектива для схождения при угле схождения относительно фокусировки объектива, содержащий следующие шаги а) калибровка устройства множеством целей, имеющих множество измерительных точек на известных положениях в трехмерном пространстве, что дает множество калибровочных карт, причем каждая карта помечается углом схождения и каждая содержит множество двумерных координат, представляющих положение измерительных точек цели в каждом из левого и правого изображений, и множество координат, представляющих действительное положение измерительных точек на цели; б) прицеливание и фокусирование устройства на предмет при одновременном схождении наружных зеркал, чтобы максимизировать перекрытие изображений; в) измерение угла схождения наружных зеркал; г) выбор калибровочной карты, наиболее точно соответствующей измеренному углу схождения; д) измерение двумерного положения предмета в каждом из левого и правого изображений; и е) используя измеренные двумерные положения предмета в левом и правом изображениях, определение действительного положения предмета в трехмерном пространстве из выбранной калибровочной карты.

48. Способ по п. 47, в котором шаг (а) калибровки содержит следующие шаги: а) выбор множества целей, причем каждая имеет множество измерительных точек в известном положении; б) прицеливание устройства на одну из множества целей; в) фокусирование устройства на цели так, чтобы цель практически полностью находилась в глубине поля объектива, заставляя соответственно регулироваться схождение зеркал; г) измерение угла схождения; д) измерение координат двумерного изображения каждой из измерительных точек на каждом из левого и правого изображений; е) занесение координат левого и правого двумерных изображений каждой из измерительных точек на цели в калибровочную таблицу, отмеченную углом схождения; ж) занесение действительного положения каждой из измеряемых точек на цели в калибровочную таблицу, отмеченную углом схождения; и з) повторение шагов б)-ж) для остальных целей.

49. Способ по п. 48, в котором каждая цель выбирается по размеру так, чтобы практически полностью заполнять площадь зрения и глубину поля объектива на выбранном расстоянии.

50. Способ по п. 47, в котором координаты двумерного изображения измеряются как прямоугольные координаты х и у.

51. Способ по п. 47, в котором координаты двумерного изображения измеряются как полярные координаты ρ и θ.