Способ определения пространственных координат протяженных объектов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности определения за счет обеспечения возможности определения пространственного положения объекта в процессе его перемещения в пространстве при отсутствии характерных признаков, позволяющих идентифицировать выбранные зоны на объекте. Устройство, реализующее способ определения пространственных координат протяженных объектов, содержит блок 7 обработки и управления, по командам которого коммутатор 3 последовательно подключает первую 1 и вторую 2 телекамеры к входу аналого-цифрового преобразователя 4, цифровые коды изображений с выхода которого записываются в блоке 5 буферной памяти. После ввода двух изображений блок 7 обработки и управления производит выделение фиксированных зон объекта и вычисляет трехмерные координаты зон и расстояния между зонами. В начальный момент времени зоны выбирают так, что расстояния между ними отличны друг от друга. Для установления пространственной ориентации объекта в любой момент времени при перемещении объекта устройство определяет трехмерные координаты зон на объекте, расстояния между ними, сравнивает расстояния, определенные в начальный и произвольный моменты времени, и по результатам сравнения идентифицирует выбранные зоны, т.е. устанавливает соответствие между трехмерными координатами и зонами на объекте. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1! (51)4 С О1 В 21 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTQPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ.,C»

Со

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР

1 (61) 1330464 (21) 4363987/24-28 (22) 15.01.88 (46) 30,08.89. Бюл ° N 32 (71) Научно-исследовательский институт интроскопии (72) В.И.Лисицин и А.И,Красин (53) 531,7(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1330464, кл. С 01 В 9/00, 1977, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КООРДИНАТ ПРОТЯЖЕННЫХ ОБЪЕКТОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение точности определения за счет обеспечения возможности определения пространственного положения объекта в процессе его перемещения в пространстве при отсутствии характерных признаков, позволяющих идентифицировать выбранные зоны на объекте. Устройство, реализующее способ определения пространственных координат протяженных объектов, содержит блок 7 .обработки и управле2 ния, по командам которого коммутатор

3 последовательно подключает первую 1

1 и вторую 2 телекамеры к входу аналого-цифрового преобразователя 4, цифровые коды изображений с выхода которого записываются в блоке 5 бу ферной памяти. После ввода двух изображений блок 7 обработки и управления производит выделение фиксированных эон объекта и вычисляет трехмерные координаты эон и расстояния между зонами. В начальный момент времени зоны выбирают таким образом, что расстояния между ними были отличны друг от друга. Для установления пространственной ориентации объекта в любой момент времени при перемещении объекта устройство определяет трехмерные координаты зон на объекте, расстояния между ними, сравнивает расстояние определенные в начальный и произвольный моменты времени и по результатам сравнения идентифицирует выбранные эоны, т,е. устанавливает соответствие между трехмерными координатами и зонами на объекте.

3 ил, 3 1504513

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использона»о для определения пространст\ неш1ого почоже»ия объекта в процессе ега перемещения в пространстве и является доги>гп ительным к основному ант. св. K 1330464.

Цель изобретения — повышение точности определения за счет обеспече- 10

»ия возмож»ости определения пространственного положения объекта в процессе его перемещения в пространстве пр» отсутствии характерных признаков, позволяющих идентифицировать выбранные зоны на объекте, Hа фиг. 1 показаны положения объекта в мом.нт выбора фиксированных зон (I) » после ега перемещения в пространстве (lI); 11а фиг, 2 — апре- 20 д»еле»не координат единичных векторов, апранле1шых из тачек наблюдеш1я в н1.д111 п1е положеция фиксираваннь1х зо» объекта»а поверхности раздела сред; па ф1» . 3 — блок-схема устройства, реал»э ующего способ, Устройство (фпг. 3), реализующее способ определеШ1я прастранстнешгых координат прот.1женных абьектон, содер;1»»т перную и вторую телевизионные 30 камеры !, 2, tl! м1гутатор 3 аналоговых сигналан, .и рный It второй вход которого соед1»1еп соатветстненно с выходами первой и второй телевиз пап»11х камер 1, ?, зналnro-цифровой г1реобразонатель 4 (ЛЦП), вход которого саед»»ett с выходом коммутатора 3 аналоговых с»г»алан, блок 5 буферной памяти, ко»траппер 6, вход которого соединен с выходом ЛЦП 4, выход —, 40 с входом блока 5 буферной памяти, блок 7 обработки и у»равленпя, содержащий общую пину" Ь, коммутатор

3 аналоговых сигналов соединен Ilo шипе 9 с "общей шиной" 8 блока 7 об- 45 работки Il jjttpltâëåttèÿ, контроллер 6 саеди1.ен па шине 10 с "общей шиной"

8 блока 7 обработки и управления, блок 5 буферной памяти соединен по ппше 11 с "общей шиной" 8 блока 7 об- 5 работки и управления.

Устройство работает следующим образом, По команде от блока 7 обработки уггранленш1 коммутатор 3 подключает выход адпай из телекамер (например 1) ко входу ЛЦП 4. После этого блок 7 запускает контроллер 6, кото рый выделяет в теле»»зионном сигпале сипхроимпульс начала кадровой развертки телевизионного сигнала камеры

» начинает формирование адресов блока 5 буферной памяти, по которым производится запись цифровых кодов с

ЛЦП 4, Все изображение, дискретизирананное на 256 строк и 256 гочек в строке, формируется в блоке 5 буферной памяти за один телевизионный полук адр, Затем по команде от блока 7 коммутатор 3 подкгпочает ко входу ЛЦП 4 вторую телевизионную камеру (например 2), а контроллер 6 выделяет в телевизионном сигнале кадравь.й спнхроимпульс и запускает формирование адресов блока 5 буферной памят», по которым асущестнл11ется записг. цифровых кодов

После ввода двух и"ображений н блок 5 блок 7 обработки и управления пропзнад»т выделение !, 1пгс»рова»»ых эан объекта 1ьа каждом изображе »и.

В простейшем слу 1ае такое вы;1еление

tipep»nstaraer, что фиксированные зоны отличаются от всего остального фана оптической яркостью, В предлагаемом устройстве точками наблюден»я 0 (Altl, 2) являются оп— т1»1ескпе центры объективог1 в телевизиoIIzibIx ка1.1ерах ° Измерительными плоскостям» Р (фиг„2) при испальзова »» телекамер являются мипени н»дигонов телекамер, Расстояние Н, (фиг, 2) «т тачек наблюдения — оптических це»трон объективов — до соответствующих мишеней видиконов, равное фокусному расстоянию объективов, и

11роекции Х,V „, 4„,„ этого расстояния

»а оси Х, У, Z декартовой системы координат — это чеобходимь1е для реализации способа измеряемые геличины. !

Начало двумерной системы координат 0,,„(фпг. 2) ныберем н точке лересечения перпендикуляра из точки наблюдения О, на соответствующую измерительную плоскость — мишень нидикона, При такам выборе двумерные координаты Я„, видимого положения фиксированной эоны можно выразить через непосредственно измеряемые с помощью блока 7 обработки и управления номер строки N и номер точки в строке N<, NEк-128 N!I -128 к

L 11,1

256 « " 256

1504513 6 ти Р„ (К=1,2). Измеряют координаты точек начала отсчета двумерных систем координат Х«, У.„, Z„„(K=1,2).

Затем в процессе перемещения протяженного объекта н пространстве изме— ряют двумерные координаты видимого

Ч„ положения фиксированных зон объекта на каждой измерительной плоскости Е,, g Ä (K=1,2; i-"1,2,3). По измеренным величинам нычисляют трехмерные координаты видимого положения фиксированных зон объекта на каждой из измерительных плоскостей, например при условии, что оси f„ (K=1,2) двухмерных систем координат параллельны плоскости Е=О, получают

Угк

X -Х к "fK г г к

Х +У °

Xrk Угк

-1

1 к

Хгк

У«к к г

+у гк г

Xrê+У r к

k " к к

Х к Yr к

1 г

Н Х +У

i=1 2,3). где 1.,1 — размеры мишени нидико к гк на по горизонтали и вертикали соответстпенно.

При реализации способа определе5 ния пространственных координат объекта в случае, когда изображения выбранных эон не имеют характерных признаков и и этому не отличимы н процессе перемещения объекта, предлагаемое устройство используется сг едующим образом, В момент выбора фиксированных эон Т<, Т,, Т, на объекте устройство в соответствии с операциями известного способа определяет трехмернь!е координаты Х,, Y,, Z (i=1,2,3) эон на ооъекте и расст;,яния между ними L ; „(1=1, 2; K=2, 3) . 20

Три лары этих расстояний (L,T., ), (7.,г, L д), (I,, I, ) однозначно соотнетстнуют выбранным зонам Т „, G

Т, Т и поэтому могут использоваться во нсе последующие моменты 25 времени для идентификации выбранных эон в процессе изменения их видимого взаимного расположения, Для установления пространственной ориентации об--.екта н любой мом.нт 30 времени устроисгно определяет трехмернь.е коорди аты Х, У, Z (i=

=1,2,3) эон íà объекте, расстояния между ними 7..;g (i=1,2; К (K=2,3), (O} сравнивает расстояния I. „и L и по результатам сравнения идентифицирует выбранные зонь, т,е. устанавливает соответствие между трехмерными координатами и зонами на объекте.

Способ реализуют следующей после- 40 донательностью операций °

На объекте ньбирают три фиксированные зоны Т„, Т„,, Т„(фиг. 1) таким образом, чтобы расстояния между ними были огличны друг от друга, 4> измеряют эти рас=тояния, выбирают две точки наблюдения О, и 0 г (фиг, 1), измеряют длину Б (фиг ° 1) базового отрезка между точками наблюдения, Для каждой точки наблюдения Ок (K=

=1, 2) выбирают измерительную плоскость Y (К=1, 2), не проходящую через точку наблюдения ° Измеряют координаты Х,„, У,.„, Z 1„векторов Н к (К=1,2), опущенных перпендикулярно из точек наблюдения на соотнетстзующие измерительные плоскости. Выбирают двумерную систему координат (Е

"(„1 на каждой измерительной плоскосЗатем вь.числяют координаты единичных некторон, направленных из точек

1 наблюдения в видимые положения фиксированных эон обьекта на поверхносги раздела сред по соотношениям

I

Х, 1 Ук

S S кк Г,"г,. г; г к з

Х +У +l Ук к

S„,=Z к Х к +Yê +Z к (K=1,2; i=1,2,3) Из уравнения прямой, проходящей через

К-ю точку наблюдения вдоль единичного вектора с координатами S кк

S $ „„ из уравнения поверхности р-.эдела сред F(X, У, Z)=0 определяют координаты Х ., У „,, Z > видимого положения фиксированной эоны объекта на поверхности 1.

Расстояние S,, от точки наблюдения

О, до видимого положения фиксированной зоны объекта на поверхности раздела сред и координаты g единичноKf го вектора, нормального к поверхности раздела сред, определяют из соотношений

s =Гх„,+Y,,.+z,,, BF(X к Укг, Z к )/О P

Q f

8F < BF - dF (— )+(— ) +(— )

BX BY BZ

1504513 (P=X, У, Z; К=1,2; i 1,2,3), В итоге, пространственные координаты фиксьфованных зон объекта Х, У, Z (i=1 2,3) и расстояния между 5 ними Ь „ (i=1,2; К=2,3) определяют по следу(ощим соотношениям:! (! 2 е

2)(1 1

1 а(ха2)(f aZx SZ

Х = — — — — 1+ — — (-—

D" а В

1Zъ1 1 (у ! (!

a va zvl S z 42z у = — —,.— - 1+(— — —,.—— в 1 в

1 1

a z Я

Z =v †. — (1- †. — -j-), а У а,„

1 ( (1) (Z) 2 (a > (2)

L„2 = (Х -Х ) +(У -У ) S, х

В 10! 1

Б 1 У( — - -т-)

В а,„

+(7. -Z ) 1, =J(2(-У(()(+(У "I У((() +(2(У "()(20

13 !

I 1 Р a)z

I)(Ь1 а(Iv Г( ку акх

ГДЕ (!2

1 )

1 а!х а2Х а а, )с

i " ),() S I(P+ U(P I(Г 2 ! (и — 1)

q(P., и)=

n)-g

30 (-cos,» к!

-cos 6 к

)(х К

n — отношение коэффициента преломления среды, в которой находится объект к показателю преломления среды, в которой находятся точки набл)одения;

40 номер фиксированной зоны на объекте, i.=l,2,3;

К вЂ” номер точки наблюдения, К=

=1,2; р — ось декартовой системы координат, начало которой выбрано в одной из точек наблюдения; а pcs Х направлена в сторону другой точки наблюдения, р=Х, У, Z.

Затем сравнивают расстояния между зонами в произвольный и начальный моменты времени, а по результатам сравнения идентифицируют выбранные зоны, т,е, устанавливают соответствие между пространственными координатами и зонами протяженного объекта.

Идентификацию зон производят по следующему правилу: зона Т; (i =1,2,3) в произвольный момент вс)еменп соответствует зоне Т„.„(K=1„2,3) в момент ее вь:бора, если расстоян. я зон Т и

Т „до двух соседних зон с оотвстст у)от друг другу, Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения пространствен— ных координат протяженных объектов по авт. св. N 1330464, о т л и ч а— ю д и и с я тем, что, с целью повышения точности, три зоны подбира)от так, чтобы расстояния между )(ими были различны, в начальный момент вре"е и по определенным пространственным координатам зон вычисляют расстояния между ними, в момент измерения определяют пространственные координаты зон, вычисляют расстояния между ними, сравнивают расстояния между зонами в момент измерения и начальный момент времени и по результатам сравнения определяют прос транственпое положение объекта.

15045 ) 3

ФУГ. f

Фиг. Г