Способ измерения поверхности объекта
Использование: изобретение относится к телевизионным методам измерения поверхности в системе с ЭВМ. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение точности и достоверности измерений объемных тел с одновременным расширением технических возможностей. Сущность изобретения: поверхность освещают группой плоских лучей света, предварительно выбрав один из двух крайних лучей в группе для задания начала анализа изображения лучей, при анализе положения изображения измеряют освещенность в столбцах (или стойках) изображения, одному из ближайших к параллельным плоскостям лучей границам изображения световых пятен ставят в соответствии выбранный луч, а его изображение определяют как последовательность связанных с выбранным пятном световых пятен по обе стороны от выбранного пятна, выбирают из столбцов пересекающих изображение выбранного луча любой столбец с наибольшим числом световых пятен, а пространственную форму поверхности объекта определяют по изображению лучей в обе стороны от выбранного столбца как световых пятен, связанных с пятнами этого столбца. 3 ил.
Изобретение относится к телевизионным методам измерения пространственных параметров объектов и может использоваться в частности в легкой промышленности, медицине и торговле для антропометрии и моделирования формы.
Для анализа трехмерных сцен используются различные варианты стереоскопических методов. Такие системы содержат две телекамеры, оптические оси которых смещены относительно друг друга на известное расстояние. При анализе двух изображений стереопары находят сопряженные (парные) точки и определяют разность их координат на изображениях. Ключевой проблемой стереозрения является надежность идентификации и поиска сопряженных точек, которая зависит от характера изображения. Это приводит к тому, что трехмерные координаты удается определить лишь для отдельных точек части изображения и ценой весьма сложных, не гарантирующих достоверности процедур [1] Известен способ измерения поверхности [2] включающий освещение поверхности группой перпендикулярных одной плоскости лучей света, получение изображения следа этих лучей камерой, оптическая ось которой лежит в плоскости, перпендикулярной плоскостям лучей и определение пространственной формы поверхности объекта по положению изображения лучей, который обеспечивает повышение точности и достоверности оценки пространственных параметров объектов по сравнению со стереотелевизионным пассивными системами за счет подсветки поверхности объекта группой плоских лучей. Этот способ выбран прототипом предлагаемого технического решения. Недостатком способа прототипа является снижение точности и достоверности результатов измерения, если объект не находится на опорной плоскости или если его поверхность не занимает весь кодр. Эта ситуация возникает почти всегда при попытках измерения полной поверхности объемных фигур, возвышающихся или не касающихся опорной плоскости (например в антропометрии и при моделировании формы). Этот недостаток обусловлен тем, что в способе прототипе пространственные характеристики объекта рассчитывают по смещению изображений световых полос на поверхности объекта по отношению к изображению этих полос на опорной плоскости или близкой к плоской поверхности. При удалении опорной плоскости на расстояние соизмеримое с размерами объекта возникает проблема идентификации плоских лучей, освещающих объект с их изображениями, получаемыми телекамерой. Эта идентификация необходима, так как для правильного определения координат точек поверхности объекта используется информации о пространственном положении каждой световой плоскости, освещающей объект. Техническим результатом предлагаемого решения является повышение точности и достоверности с одновременным расширением технических возможностей. Задача достигается тем, что поверхность освещают группой плоских лучей света, располагают телевизионную камеру таким образом, что ее оптическая ось лежит в плоскости, перпендикулярной плоскости лучей регистрируют изображения следа этих лучей и по положению изображения лучей определяют пространственную форму поверхности объекта отличающийся тем, что предварительно выбирают один из двух крайних лучей в группе для задания начала анализа изображения лучей, при анализе положения изображения измеряя освещенность в столбцах (или стоках) изображения, одному из ближайших к параллельным плоскостям лучей границам изображения световых пятен ставят в соответствии выбранный луч, а его изображение определяют как последовательность связных с выбранным пятном световых пятен по обе стороны от выбранного пятна, выбирают из столбцов пересекающих изображение выбранного луча любой столбец с наибольшим числом световых пятен, а пространственную форму поверхности объекта определяют по изображению лучей в обе стороны от выбранного столбца как световых пятен, связанных с пятнами этого столбца. Существенными отличиями предлагаемого технического решения является то, что предварительно выбирают один из двух крайних лучей в группе для задания начала анализа изображения лучей, при анализе положения изображения измерения освещенность в столбцах (или стоках) изображения, одному из ближайших к параллельным плоскостям лучей границам изображения световых пятен ставят в соответствии выбранный луч, а его изображение определяют как последовательность связных с выбранным пятном световых пятен по обе стороны от выбранного пятна, выбирают из столбцов пересекающих изображение выбранного луча любой столбец с наибольшим числом световых пятен, а пространственную форму поверхности объекта определяют по изображению лучей в обе стороны от выбранного столбца как световых пятен, связных с пятнами этого столбца. На фиг. 1, 2, 3 приведена схема устройства, реализующего способ. Устройство, реализующее способ, включает в себя опорную площадку 1 для измерения объекта 2, телекамеру, содержащую объектив 3 и фоточувствительную мишень 4 типа ФПЭС-матриц. Осветитель выполнен в виде источника проекционного типа (диапроектора) 5. Диапроекторы 5 проектируют на поверхность объекта изображение трафарета, которое представляют собой набор параллельных опорной площадке 1 прямых светлых линий. Оптические оси телекамер 3 составляют с вертикальной осью угол. Телекамера через пороговое устройство 6 связана с блоком памяти на кадр 7, на который подается код адресов освещенных элементов матриц 4. Выход блока памяти 7 соединен с анализатором столбца 8, выходные сигналы которого поступают на управляющее устройство 9. Управляющее устройство связано с генератором адреса 10 и оперативной памятью 11 (ОЗУ). С блоком ОЗУ 11 также соединен вычислитель координат 12. Анализатор столбца 8 может быть выполнен следующим образом. Он содержит два регистра для хранения изображений текущего и предыдущего столбцов, а также устройство принятия решений на основе схемы сравнения содержимого регистров. Анализатор выдает большее число пятен текущего или предыдущего столбца и номера пятен предыдущего столбца, связных с пятнами текущего столбца. Измерение координат поверхности производят следующим образом. Объект 2 устанавливается на опорной площадке 1 таким образом относительно камеры и осветителя чтобы крайний (заранее выбранный) луч группы пересекал поверхность объекта, а его изображение обязательно присутствовало на мишени камеры 4. Включается проектор 5 и поверхность освещения плоскими лучами, а изображения следа этих лучей на поверхности принимается на матрице 4. Следует принять меры чтобы других изображений в кадре не было (например затенить зону измерения и обклеить все поверхности в кадре кроме объекта черной бумагой). Производится согласованное сканирование кадра изображения телекамеры и адресов кадрового запоминающего устройства 7. Видеосигнал с телекамеры подается на пороговое устройство 6, где происходит его бинаризация. В случае если видеосигнал превышает пороговое напряжение Uоп по данному адресу Ai











Учитывая, что

имеем

Учитывая показанное выше, получим:

или

Аналогично имеем для Z

Эти формулы предусматривают, что при отрицательных значениях m, отсчитываемой от точки пересечения оптической оси с мишенью 4, вместо угла


Величины Cj и bj постоянны только для одного плоского луча j и могут принимать столько дискретных значений, сколько плоских лучей в рассматриваемом кадре. Такая форма позволяет учесть любой шаг следования лучей, угол проекции и положение осветителя 5. Информация о величинах Сj и



Удается получить трехкоординатные отсчеты точек поверхности объекта в виде набора сечений. Предлагаемый способ позволяет повысить точность и достоверность измерений и особенно эффективен при создании приборов автоматического действия для заранее заданного класса объектов. Априорная информация об объекте используется для рационального расположения объекта камеры и осветителя при создании соответствующего устройства. Измерение объекта с нескольких позиций (обычно двух-трех) предложены способом позволяет реализовать полный обмер поверхности бесконтактным способом без средств механического сканирования. Использованная информация
1. Хорн Б.К.П. Зрение роботов /пер. с англ. М. Мир, 1989, с.487. 2. Бирюк В. Н. Горелик С.Л. Повышение точности и достоверности оценки пространственных параметров объектов // Техника средств связи. Техника телевидения, 1982, вып. 2, с. 51-58.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3