SU754208A1 - Способ сканирования в стереооптическои системе i - Google Patents

Description

Изобретение относится к способам сканирования исследуемого пространства в обзорно-информационных системах (ОИС) стереооптического типа и может найти применение в автоматических стереофотограмметрических приборах, а также при создании ОИС автономных кибернетических устройств, взаимодействующих с окружающей средой.

В устройствах, предназначенных для наблюдения и исследования реальных объектов трехмерного пространства или их оптических изображений, часто используется процесс последовательного анализа, называемый сканированием. Наиболее известен способ сканирования [1], при котором сканирующий луч, выходящий из центра сферы наблюдения, попадает в каждую последующую точку измерения путем изменения двух его углов в пространстве на заданные величины. Так сканируют многие радиолокационные станции и лазерные дальномеры ОИС. При исследовании трехмерных объектов используется также способ сканирования пространства, осуществляемый путем развертки его плоскостного изображения, т. е. перемещением на изображении точки считы2

вания сигнала яркости [1]. При анализе исследуемого пространства в стереооптическом устройстве процесс сканирования осуществляется при помощи двух разверток стереопары.

₅ В качестве прототипа выбран способ сканирования трехмерного пространства, реализованный в стереотелевизионном устройстве [2]. Стереооптическая система с нулевой конвергенцией и базисным расстоянием 26 проектирует стереопару исследуемой Ю поверхности или сцены на две передающие телевизионные трубки. Процесс сканирования пространства заключается в последовательном перемещении в нем некоторой точки, соответствующей пересечению двух проектирующих лучей стереотелевизионной системы, исходящих из точек экрана телевизионных трубок, в которые в данный момент попадает электронный луч и которые называются точками считывания сигнала яркости. Особенность этого способа скани20 рования состоит в том, что точки считывания сигнала яркости перемещаются на экране по прямым линиям, лежащим в одной проектирующей плоскости, проходящей через оба оптических центра стереосистемы;

3

754208

причем эти точки движутся синхронно, и разница в положениях их на строке соответствует постоянной разности параллаксов. Если просканировать построчно весь кадр изображения с одной и той же разностью параллаксов, то это будет соответствовать _& просмотру плоскости пространства, перпендикулярной оптическим осям стереосистемы. Если в этой плоскости будут находиться реальные оптические наблюдаемые точки поверхности, то, кденфицировав их какимлибо известным способом, т. е. выделив их ю правое и левое изображение из общего фона, можно измерить их координаты в пространстве.

Недостатком известного способа сканирования является то, что съем данных о реальной поверхности происходит в точках, ^1ί которые расположены в общем случае произвольно, и это расположение при косоугольном съеме относительно выбранной плановой плоскости существенно зависит от формы реальной поверхности. Неудобство полъ- зо зования такими результатами измерения состоит в том, что на одних участках исследуемой поверхности измеренных точек оказывается избыток, а на других участках их нехватает. Это явление затрудняет апроксимацию исследуемой поверхности при по- ²⁵ строении ее модели.

Указанный недостаток устраняется при использовании заявленного способа сканирования.

Целью изобретения является достижение ₃₀ равномерности расположения измеряемых точек на исследуемой поверхности.

Поставленная цель достигается тем, что предварительно выбирают положение плановой плоскости относительно объекта измерения, определяют положение стерео- ³⁵ оптической системы относительно выбранной плановой плоскости, задают расположение измеряемых точек на выбранной плановой плоскости, а затем для каждой измеряемой точки поверхности перемещают точ- ₄₀ ки считывания сигнала яркости на каждом изображении стереопары так, чтобы проектирующие лучи перемещались в плоскостях, пересекающихся по прямой, перпендикулярной к плановой плоскости и проходящей через заданную проекцию измеряемой точки. 45 Пространственные соотношения иллюстрируются на фиг. 1. Расчетные развертки, представляющие собой прямые линии, однозначно определяются нижеприведенными функциональными зависимостями.

Для описания функциональных зависимостей необходимо ввести системы координат:

1. Декартова система координат X, Υ, Ζ;

плоскость ХУ — является плановой плоскостью. 55

2. Декартова система координат Хе, У_с,

Ζ₆; начало координат расположено в точке Ζ = Η, и ось У_с расположена в одной плоскости с Υ; оптические центры объективов расположены в точках Х_е= ±£, а их

оптические оси направлены параллельно

оси У_с и в сторону положительных значений Ус.

3. Две декартовы системы координат х „ ζι и х₂, ζ», расположенные соотвественно в плоскости правого и левого изображения: начала систем координат находятся в точках пересечения соответствующих оптических осей с плоскостью изображения, а оси Ζ| и гг противоположны по направлению с ζ®.

Связь между системами координат ΧΥΖ и Х_с, У_с, Ζ<. задана параметрами Θ (тангаж), у (крен) и Ь (смещение по оси Ζ). Угол 0 соответствует первому повороту системы Χ_£ΥςΖ_ε относительно оси Хс, а угол у соответствует второму повороту системы Х_СУ_СХ_С относительно оси У_с.

Положительные углы поворота соответствуют совпадению вектора вращения с единичным вектором оси координат, принятой за ось вращения.

Уравнение траектории в общем зиде следующее:

х, =К, Ζ,· + 5;

Здесь индекс ί принимает для правого изображения значение ί = 1, для левого изображения значение ί = 2;

Выражения для коэффициентов К;, и Ь[ следующие:

% = -Г%С;

Κί= -ίείί+Μ^-сн

^де'Д' , Χο-εΐηθ-είηϊ-ΰο-αΛϊΊ,-ΜΈΦ’

Р—фокусное расстояние объективо в ;

Хо, Υ,

заданные координаты проекции измеряемой точки на плановой плоскости ΧΥ.

Таким образом, способ оптического сканирования осуществляется следующим образом.

Выбирают плановую плоскость с системой координат, определяют положение стереооптической системы относительной этой системы координат, задают расположение проекций измеряемых точек на выбранной плановой плоскости в указанной системе координат и для каждой измеряемой точки поверхности перемещают точки считывания сигнала яркости на каждом изображении стереопары так, чтобы проектирующие лучи перемещались в плоскостях, пересекающихся по прямой, перпендикулярной к плановой плоскости и проходящей через заданную проекцию измеряемой точки.

Эффективность использования изобретения в случае косоугольного съема поверхности, отличающейся от плоскости, иллюстрируется чертежом, где на фиг. 2 приведено схематическое изображение лучей наблюдения точек поверхности. Из чертежа видно, что если устройство съема, в котором реализован способ сканирования, принятый за прототип, было настроено так,

5

754208

6

что при нормальных условиях (т. е. исследуемая поверхность является горизонтальной плоскостью) точки съема были равномерно распределены по поверхности с заданным шагом 5, то при появлении на поверхности неровности в виде бугра, расстоя- ₅ ние между соседними точками съема 1, 2 и 3 значительно увеличилось. Для аппроксимации поверхности с прежней точностью потребовалось бы увеличение числа измерений, что связано с дополнительными затратами как времени съема, так и времени Ю обработки информации. В заявленном способе сканирования число точек измерения остается постоянным независимо от рельефа.

Другое преимущество способа заключается в том, что регулярная, наперед заданная сетка точек измерения, очень удобна для построения экономических алгоритмов последующих расчетов, связанных с анализом модели измеряемой поверхности.

20

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Способ сканирования в стереооптической системе, траектории развертки которой основаны на перемещении в пространстве точки пересечения двух проектирующих ²³

   лучей, соответствующих двум точкам считывания сигнала яркости, прямолинейно перемещающимися в плоскости соответствующих изображений стереопары, отличающийся тем, что, с целью достижения равномерности расположения измеряемых точек на исследуемой поверхности, предварительно выбирают положение плановой плоскости относительно объекта измерения, определяют положение стереооптической системы относительно выбранной плановой плоскости, задают расположение проекций измеряемых точек на выбранной плановой плоскости, а затем для каждой измеряемой точки поверхности перемещают точки считывания сигнала яркости на каждом изображении стереопары так, чтобы проектирующие лучи перемещались в плоскостях, пересекающихся по прямой, перпендикулярной к плановой плоскости и проходящей через заданную проекцию измеряемой точки.