SU921307A1 - Способ автоматического определени координат точек наблюдаемых объектов - Google Patents

Abstract

СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО СЯ1РЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК НАБЛЮДАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, включахж ий проведение стереосъемки объекта идентичными системами, главные оси которых перпендикул рны базису и параллельны Собой, деление каждого сте+ реокадра на равное число полос, параллельных базису, выборку из каждого стереокёщра соответственной полог; сы, расположенной на одной и той же координате, отсчитываемой от центра кадра в направлении, перпендикул рном полосам, определение среднего абсолютного отклонени   ркостей точек , принадлежащих соответственньм :полосам разных стереокадров, срав .нение его с заданным пороговым отклонением и вычисление координат точек наблюдаемых объектов, о т л ичающийс  тем, что, с целью обеспечени  возможности определени  формы и положени  объектов, име{ощих в направлении наблюдени  кру .тые уклоны или разрывы видимой по- , ; верхности, стереосъемку объекта .осуществл ют многостереопарной с |общего пр молинейного базиса-, объедин ют соответственные полосы стереокадров в одну группу, располага  их параллельно друг другу со взаимным смещением на рассто ни j пропорциональные рассто ни м между центрами проектирующих систем, формируют число групп полос,, равное числу полос в стереокадре, распог лага  группы так, чтобы полосы (Л всех групп были параллельны, а пор : док расположени  групп соотв1ет/ств.овал пор дку расположени  полос в стереокадре, сканируют., полученное изображение по строкам, направленным под различными углами к полосам , вы вл ют отрезки строк сканировани , на которых величина среднего абсолютного отклонени   ркостей точек не превосходит заданного порогового отклонени , определ ют углы наклона этих, отрезков строк сканировани  к полосам и. координаты точек пересечени  отрезков строк с. полосами определенного кадра, а вычисление координат точек наблюдаемых объектов осуществл ют по найденным значени м углов и координат точек пересечени .

Description

Изобретение относитс  к области фотограмметрии и может быть реализовано в автоматических стереофотограмметрических приборах, а, также в обзорно-информационных системах автономных кибернетических устройств.

Известен способ, по которому дл  определени  рассто ни  до некоторой точки наблюдаемого объекта измер ют относительное смещение (параллакс) идентичных точек на стереопаре . При автоматическом измерении координат .точек наблюдаемых объектов с помощью стереосистем устанавливают соответствие (идентификацию ) между, изображени ми точек наблюдае1 их объектов на ра.зных стереокадрах ClJ.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению  вл етс  способ автоматического измерени  координат точек наблюдаелФ х объектов Г2Д, в-котором идентичность двух точек на стереопаре устанавливаиот путем сравнени  их  ркостей. При этом производ т стереосъемку объекта с -помощью двух телекамер, главные оптические оси которых пе рпендикул рны базису и параллельны между собой . Полученные с помощью такой системы два стереокадра ориентированы один относительно другого таким образом, что имеющиес  на каждом из них идентичные точки лежат на одной пр мой, параллельной базису съемки. Дл  установлени  идентичности точек изображени  правого и левого кадров достаточно использовать одну полосу, из каждого кадра. Эти полосы (соответственннне) должны быть ориентированы параллельно базису и расположены на одной координате , отсчитываемой от центра кадра в направлении, перпендикул рном к ним.

Идентификацию осуществл ют путем определени  разности  ркостей двух точек изображени , кажда  из которых выбираетс  с одной из двух соответственных полос. . .

Однако в тех случа х, когда наблюдаемый объект имеет разрывы видимой поверхности или крутые уклоны в направлении наблюдени , видеоинформаци , содержаща с  в двух стереокадрах, недостаточна дл  определени  формы и положени  объекта, так как при этом на одном кадре стереопары наблюдаютс  точки, отсутствующие на другом. Видеоинформаци ,соответствующа  таким местам, может быть обработана различными эвристическими методами, но они имеют слабую помехозащищенность и не могут работать в реальных услови х.

Целью изобретени   вл етс  обеспечение возможности определени  коор динат точек наблюдаемых объектов, имеющих в направлении обзора крутые уклоны или разрывы видимой поверхности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что по.способу автоматического определени , координат точек наблюдаемых объектов, включающему проведение стереосъемки объекта идентичными проектирующими системами, главные оси которых перпендикул рны базису и параллельны между собой, деление каждого стереокадра на равное число полос, параллельных базису, выборку из каждого стереокадра соответственной полосы, расположенной на одной и той же координате, отсчитываемой от центра кадра в направлении, пер .пендикул рном .полосам, определение среднего абсолютного отклонени   ркостей точек, принадлежащих соответственным полосам разных стереокадров, сравнение его с заданным пороговым ототклонением и вычисление координат точек наблюдаемых объектов, стереосъемку объекта осуществл ют многостереопарной с общего пр молинейного базиса, объедин ют соответственные , полосы стереокадров в одну группу, .располага  их параллельно друг другу., со взаимным ::смещением на рассто ни , пропордионёшьные рассто ни м между центрами проектирующих систем, формируют число групп полос , равное числу полос в стереокадре , располага  группы так, чтобы полосы всех групп были параллельны, а пор док расположени  групп соответ ствовал пор дку расположени  полос в стереокадре, сканируют полученное вторичное изображение по строкам, направленным п;од различными углам  к полосам, вы вл ют отрезки строк сканировани , на которых величина среднего абсолютного отклонени   р- . костей, точек не превосходит заданного порогового отклонени , определ ют углы наклона этих отрезко.в строк сканировани  к полосам и координаты точек пересечени  отрезков строк с полосами определенного кадра , а вычисление координат точек

0 наблюдаемых объектов осуществл ют по найденным значени м углов и координат точек пересечени .

На фиг.1 дана схема построени  вторичного изображени  дл  одной группы полос; на фиг.2 - схема отображени  точек места разрыва видимой поверхности в точки, расположенные на полосах одной группы вторичного изображени .

Дл  доказательства указанного выше свойства параллакспанорамограммы и вывода функциональных зависимостей, пространственных координат наблюдаемых точек от расположени  отрезков пр мых, на которых лежат соответствуиадие точки вторичного изображени , введем три вида систем декартовых координат (см.фиг.1).

1.Пространственна  система координат XYZ . Начгшо бе совпадает с одним из проектирующих центров

ось OY - с главной оптической осью этого проектирующего центра, ось . ОХ - с базисной пр мой, а направление оси 02. выбираетс  в соответствии с правой системой координат.

2.Экранные система координат стереокадров первичного изображени  Начала их расположены в центрах соответствующих кадров, за которые прин ты точки пересечени  соответствующих главных осей с плоскостью стереоизображений. Оси О,- X} параллельны базисной пр мой, а оси 0{ Z перпендикул рны ей. Направление эти осей соответственно противоположно направлению осей ОХ и 02.

3 Экранна  система координат вторичного изображени . ее совпадает с точкой вторичного изображени , соответствующей центру нулевого стереоксщра, у которого проектирующий центр служит началом сиС .теки координат XYZ . Ориентаци  осе OXpHOZp задаетс  относительно полос соответствующей ориентации осей .

Произвольно расположенна  наблю даема  точка М с координатами XVZ проектируетс  i-м объективом на соответствующий экран в точку т ,. с координатами

- ы ,

Zi , (21

где f - рассто ние от оптического

центра до экрана; смещение i-ro объектива по

оси рх от начала координат. На вторичном изображении кгакда  точка т,- отобразитс  в точку тр. с

координатами

. . - . ..

.Xp. Xj - Л2jCt ot СЗ)

, (4)

где смещение полосы по оси 2р. относительно соответствующей полосы той же группы, выбранной из нулевого стереокадра;

ot- угол заданного направлеии  относительного смещени  полос одной группы; К - коэффициент изменени  координат 2- .

Из услови  расположени  полос одной группы следует

Д2. . ,

«)

где - масштабный коэффициент/ Значени  коэффициентов k2 и К

определ ютс  из услови  отсутстви  .взаимного перекрыти  полос шириной сЛна вторичном изображении:

(М .

й ЛЪ

мин

Л п ..

(щ::: )

Ч

10

Авд, взаимное рассто ние

. ближайших проектирующих . центров; взаимное рассто ние

между крайними проектиру ющими. центрами; N - число полос, на которое разбиваетс  каждый стереокадр;

п - число полос, выбираемых из кг1ждого стереокадра дл  построени  вторич-ного изображени .

мещение изображени  точки ш оттельно точки «Пр по направлению ОХо

, . X4-X|j44Z. ctj-oi. (8)

о

30

Из фотограмметрии дл  используемой схемы проекций известно, что

С9)

После подстановки формул (5), и 1(8) и полученного результата в формуле (9) можно найти

ДХ,

40

о .

+ ct(j-ot (-fO)

А2

Учитыва , что и что отношение ЛХр. /лр- . вл етс  котан р , : генсом угла |Ь наклона пр мой, проход щей через точки тр и глр. , о

получим

. ( ;.

50

Так как права  часть этой формулы остаетс  посто нной при переходе от одной точки изображени  к другой точке, . не измен етс  с изменением .индекса i , то этим доказываетс , что все точки гпр лежат на одной пр мой с углом наклона (Ь, Следовательно, координата дальнос 0 ти определ етс  по.известному углу наклона пр мой, на которой расположены соответствующие точки

(12)

г

Kg(ct od-ct p) остальные координаты определ ютс , например, по координатам изо ражени  точки М ма полосе, выбранной из нулевого стереокадра ( ) , определение степени однотониости .точек изображени  на отрезке пр мой производ т, сравнива  среднее абсолютное отклонение  ркости точек С заданным пороговым отклонением . P f| {VVKe ( где S -  ркость i-и точки; 5рр- средн    ркость п точек. Дл  однозначного определени  отре зка провер етс  отклонение его средней  ркости от средней  ркости S-i-p параллельного отрезка соседней строки . |s;., ин/ где i Л - заданное порогсдаое отклонение . Дл  двух точек изображени  средi н    ркость будет S; .() : (п) : и среднее абсолютное оггклонение )hK-i(5;4) т.е. в этом случа е сводитс  к абсо потному значению plisности.  ркос тей, что и используетс  в способе, прин том за прототип. Таким образом, по способу автоматического измерени  координат точек наблюдаемых объектов производ т многостереопарную съемку объе та с общего пр молинейного базиса. При этом все проектирующие систеюл должны быть одинаковы, а их главные ори перпендикул рны бдзису съемки и параллельны между собой. Раэбквают каждый стереокадр на равное) ксгличество полос,. Параллельных баг зису . Из кгикдого стереокадра по одной полосе, расположенной на одной и той же координате , отсчитываемой от центра кад ра в направ:пеиии, перпендикул рном полосам и одинаковом дл  1&сех ка ров . Выбранные таким образом полосы объедин ют 8 одну группу, располага  их параллельно друг другу q относительным смещением полос в . заданном направлении на расстЬ н   пропорциональные рассто ни м между центрами тех проектирующих систем, с помощью которых были получены содержащие эти полосы стереокадры. Число таких групп должно соответствовать числу полос в одном стереокадре . Из них.составл ют вторичное изображение, располага  в нем груп-пы полос так, чтобы их полосы были параллельны, а пор док расположени  групп соответствовал- пор дку расположени  полос, выбранных из одного стереокадра, внутри этого кадра. Затем сканируют это изображение по строкам, направленным под различными углами к полосам. Определ ют среднее абсолютное отклонение  ркостей на отрезках строк сканировани , .пересекгиощих полосы одной группы. Дл  тех отрезков, в которых указанные отклонени  не превосход т заданного порогового значени , наход т углы их наклона и координаты одной из этих точек, например точки пересечени  с полосой, выбранной из стереокадра с нулевым номером, и используют найденные значени  дл  определени  пространственных коорди нат наблюда емых точек по формулам (12, 13, 14). Эффективность- способа про вл етс  в случа х съемки физических тел с разг лзом видимой поверхности, или на участках с крутыми уклонами в направлении съемки. Следует .отме-. тить, что именно эти места видимых поверхностей важны дл  последующего анализа, позвол квдего определить форму и положение снимаемых объектов . Кроме.того, из-зе1 наличи  шумов при считывании видеосигналов равенство  ркостей можно определить только с некоторой погрешностью, что приводит к размыванию границ наблюдаемых поверхностей и возможности по влени  ложно идентифицированных точек изображений, т.е. таких точек изображений, которые соответствуют двум различным точкам объекта, имеющим приблизительно одинаковые  ркости. Благодар  многостереопарной съемке веро тность ложных идентификаций резко снижаетс  и детальнее вы вл ютс  резервы и кра  видимых поверхностей. На фиг.2, пЬказана схема проектирующих лупей, проход 1дих через центры , случа  съемки некоторой поверхности с участком видимого разрыва, на котором ука- заны характерные точки /А, в и С , которым соответствуют Hia полосах вторичного изображени  точки ( «12 -f 2 (Ър,Ъ, ,) и (Cj,., Со , С:, , t ) . Из чертежа видно , что по способу,прин тому за прототип « в котором используетс  только ..два стереокадра и, следовательно , две соответственных крайних

полосы показанной группы, можно оп .ределить только координаты точки А и точекj лежамих правее С и левее А, но .невозможно определить координаты точек на участке ВС, так/ как их изображений нет на левом стереокадре. Следовательно,, наибольший уклон видимой поверхности относительно плоскости стереокгшров, который при этом может быть найден/ , определ етс  углом . Более крутые уклоны и разм л видимой, поаерхности невозможно различить, . пользу сь известными способами. Применение способа позвол ет вы вить подробнее дётгши поверхности:, ве- личину yKjfoHa или глубину разЕ юа. I Соответствующие хочкгш А., В и. С изо&ражени  (а-.. ,а.-,, а., в..,, а), . ,

V 2

на отрезках пр мых с paзличны aI углаМи наклона. Отрезки Ъ{,-Ъ2Я

,Е.- с пересекаютс  с отрезком

ц.,- «2 скачкообразное ;

- нение наклонов соседних отрезков, которое и показывает разрыв вида- ,

мой поверхности, певчем по величине изменени  наклона можно опреде-лить глубичу разрыва. В случае Крутого уклона наб.пюдаемой поверхИосi ти на вторичном изображении наблкщаг. етс  веер ; наклонных полос, образуемых изображени ми сн тых точек.

По углам расходимости веера можно судить о степени уклоиа.

Таким образом, при исследовании объектов предлагаемый способ позволет автоматически детгшьно исследовать поверхности физических тел, в том числе в местах разрыва Или крутых уклонов видимой поверхности и уменьшить эффект Vразмазывани краев наб.пюдаемых поверхностей и веро тность ложных идентификаций наблюдаемых точек. .

Способ может быть сравнительно просто реализован с помощью известных , технических средств. Например, дл  получени  вторичного изображени  могут быть использованы волоконно-оптические элементы. Плоские ленты из таких элементов; должны быт расположены так, чтобы их начальные торцовые части находились в экран-, ной плоскости стереокадров, на месте выбираекЕ х строк/ а концевые части были собраны в обций коллектор в соответствии с предлагаеьшм способом .

Способ может быть использован в скстемах технического .зреии  роботов и подвижных аппаратов. Он может

быть также применен при анализе ;стереоизобр икеиий, полученных при

съемке с космических аппаратов.

Claims (1)

1. СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК НАБЛЮДАЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, включающий проведение стереосъемки объекта идентичными системами, главные оси которых перпендикулярны базису и параллельны между Собой, деление каждого сте* реокадра на равное число полос, параллельных базису, выборку из каждого стереокадра соответственной поло·; сы, расположенной на одной и той же координате, отсчитываемой от центра кадра в направлении, перпендикулярном полосам, определение среднего абсолютного отклонения яркостей точек, принадлежащих соответственным полосам разных стереокадров, сравнение его с заданным пороговым отклонением и вычисление координат ^χ>ί· точек наблюдаемых объектов, о т л ичающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения формы и положения объектов, имеющих в направлении наблюдения кру,тые уклоны или разрывы видимой по- , ; верхности, стереосъемку объекта осуществляют многостереопарной с общего прямолинейного базиса, объединяют соответственные полосы стереокадров в одну группу, распола гая их параллельно друг другу со взаимным смещением на расстояния) пропорциональные расстояниям между центрами проектирующих систем, фор^!мируют число групп полос,, равное числу полос в стереокадре, распог лагая группы так, чтобы полосы всех групп были параллельны, а порядок расположения групп соответствовал порядку расположения полос в стереокадре, сканируют полученное изображение по строкам, направлен ным под различными углами к полосам, выявляют отрезки строк сканирования, на которых величина среднего абсолютного отклонения яркостей точек не превосходит заданного порогового отклонения, определяют углы наклона этих.отрезков строк сканирования к полосам и. координаты точек пересечения отрезков строк с. полосами определенного кадра, а вычисление координат точек наблюдаемых объектов осуществляют по найденным значениям углов и координат точек пересечения.

   „ 921307