RU2553339C9 - Method of producing and processing images for determining optical transfer functions and measuring distances (versions) and apparatus therefor (versions), as well as method of determining errors and correcting measurement results - Google Patents

Abstract

FIELD: physics, optics.

SUBSTANCE: invention relates to formation and processing of images, intended for measuring distances to observed objects and determining optical transfer functions of a device, through which processed images are formed, and further enables to estimate measurement errors. An optoelectronic device for determining optical transfer functions and measuring distances includes not less than two image forming and recording channels. The optical system of each of the channels includes at least one diaphragm, an array light-sensitive detector for each image forming and recording channel, as well as a distance estimating unit connected to the detectors. One or more elements of the optical system and/or at least one detector are installed to allow displacement of the light-sensitive surface of the detector relative to the rear focus of the optical system, different from corresponding displacements of detectors of other channels, and the apparatus if provided with a unit for estimating errors and correcting measurement results, which is connected to the distance estimating unit.

EFFECT: high accuracy of measuring distance and determining optical transfer functions in a wide measurement range.

19 cl, 45 dwg

Description

Изобретение относится к области формирования и обработки изображений, предназначено для измерения расстояний до наблюдаемых предметов, а также для определения оптических передаточных функций устройства, при помощи которых были сформированы полученные изображения, и позволяет по данным калибровки средств формирования изображений и результатам обработки изображений, полученным в процессе измерений, оценивать погрешность измерений.The invention relates to the field of image formation and processing, is intended to measure distances to observed objects, as well as to determine the optical transfer functions of the device by which the acquired images were generated, and allows, according to calibration data, image forming means and image processing results obtained in the process measurements, evaluate the measurement error.

Из уровня техники известны способы и устройства измерения расстояний и определения оптических передаточных функций или функций рассеяния точки, зависящих от расстояния до наблюдаемого объекта, по набору изображений посредством оценки степени размытия формируемых изображений.The prior art methods and devices for measuring distances and determining optical transfer functions or scattering functions of a point, depending on the distance to the observed object, from a set of images by evaluating the degree of blurring of the generated images.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог для первого варианта способа).A known method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances by an optoelectronic device, which consists in the fact that at least two images of at least one observable object with a different degree of blur are formed and fixed using photosensitive matrix detectors, pre-calibrated device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channels for forming and fixing images of the device for states within the measurement range, determine the measured distance for each region of at least one observed object, which correspond to the image area, the choice of optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions (US patent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, an analogue for the first variant of the method).

Особенностью указанного способа является то, что в основной его реализации должно применяться устройство, включающее для каждого из каналов формирования и фиксации изображения маску для формирования функции рассеяния точки, которая при изменении расстояния до наблюдаемого объекта практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта.A feature of this method is that in its main implementation, a device should be used that includes a mask for each of the image formation and fixation channels to form a point scattering function, which, when the distance to the observed object changes, practically does not change in shape, but only rotates through an angle, depending on the distance to the observed object.

Способ измерения опирается на преобразование обращения свертки (деконволюция). Известно, что в обработке изображений обращение свертки является затратной во времени операцией или же, при применении быстрых алгоритмов инверсной фильтрации, обладает плохой устойчивостью из-за шумов, присутствующих в изображениях, а также из-за невысокой точности определения передаточной функции оптической системы. То есть могут потребоваться значительные вычислительные затраты или понижаться точность измерений и определения функций рассеяния точки. Применение специализированных масок, вращающих функцию рассеяния точки, как правило, изготавливаемых в виде дифракционных элементов, обуславливает ограниченную применимость данного способа и меньшую величину диапазона измерений.The measurement method is based on the conversion of convolution inversion (deconvolution). It is known that convolution inversion is a time-consuming operation or, when applying fast inverse filtering algorithms, has poor stability due to noise present in the images, and also because of the low accuracy of determining the transfer function of the optical system. That is, significant computational costs may be required or the accuracy of the measurements and determination of the point scattering functions may decrease. The use of specialized masks that rotate the point scattering function, usually made in the form of diffraction elements, determines the limited applicability of this method and a smaller measurement range.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют их с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для первого варианта способа).A known method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device, which consists in the fact that they form at least two images of at least one observed object with a different degree of blur, and fix them using photosensitive matrix detectors, pre-calibrate the device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channels for forming and fixing images of the device for I of distances within the measurement range, determine the measured distance for each region of at least one observed object, which correspond to the image area, by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for the first variant of the method).

Для простоты рассмотрим реализацию, когда формируется только пара изображений - первое и второе, с различными оптическими передаточными функциями для каждого изображения, соответствующими различным измеряемым расстояниям. Вместо применения обработки в области пространственных частот и оперирования с оптическими передаточными функциями в ближайшем аналоге можно добиться одинаковых результатов измерений, применяя обработку в пространственной области, с использованием функции рассеяния точки. Для простоты понимания рассмотрим ближайший аналог с выбором оптимальных функций рассеяния точки.For simplicity, we consider an implementation where only a pair of images is formed - the first and second, with different optical transfer functions for each image corresponding to different measured distances. Instead of applying processing in the field of spatial frequencies and operating with optical transfer functions in the closest analogue, it is possible to achieve the same measurement results by applying processing in the spatial domain using the point spread function. For ease of understanding, we consider the closest analogue with the choice of optimal point scattering functions.

Для каждой области пары изображений находят оптимальную пару функций рассеяния точки среди множества пар, реализуемых устройством, а затем сопоставляют выбранной оптимальной паре функций рассеяния точки расстояние до области наблюдаемого объекта. Отыскание оптимальной пары функций рассеяния точки сводится к вычислению значений целевой функции ошибок и выбору той пары, для которой значение функции ошибок является минимальным. Ошибка для каждой пары функций рассеяния точки вычисляется в виде евклидовой нормы разности участка первого изображения размытого при помощи второй функции рассеяния точки и участка второго изображения размытого при помощи первой функции рассеяния точки. Размытие при вычислениях моделируется операцией свертки или же реализуется в виде произведения спектральных характеристик в соответствии с теоремой о свертке. Различные функции рассеяния точки формируются благодаря применению диафрагм различной формы для каждого канала.For each region of a pair of images, the optimal pair of point scattering functions is found among the set of pairs realized by the device, and then the distance to the region of the observed object is compared to the selected optimal pair of point scattering functions. Finding the optimal pair of point scattering functions reduces to calculating the values of the objective error function and choosing the pair for which the value of the error function is minimal. The error for each pair of point dispersion functions is calculated as the Euclidean norm of the difference of the portion of the first image blurred using the second dot dispersion function and the portion of the second image blurred using the first dot dispersion function. The blur in the calculations is modeled by the convolution operation or is implemented as a product of spectral characteristics in accordance with the convolution theorem. Various point scattering functions are formed by using different apertures for each channel.

К недостаткам указанного способа можно отнести невысокую точность, значительную ограниченность диапазона. Особенно сильно недостатки проявляются при пониженных значениях отношения сигнал/шум вплоть до неправдоподобности результатов измерений для некоторых случаев пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов. Указанные недостатки связаны с применением удобного, но типичного функционала целевой функции в виде евклидовой нормы. При сильном размытии изображений информативными остаются только низкие частоты изображения. И, если сигнал ослаблен, то функционал оценки ошибки в данном варианте дает слишком малое отличие функций рассеяния точки, соответствующих различным расстояниям. То есть сказывается значительная зависимость значения функционала ошибки от величины входного сигнала. И небольшие влияния шума, или ограниченность точности измерения функции рассеяния точки при калибровке устройства, приводят к большим искажениям вычисления функционала ошибки и ухудшению точности измерений. На краях диапазона измеряемых расстояний точность падает наиболее значительно, так, что происходит сужение диапазона измерений.The disadvantages of this method include low accuracy, a significant limited range. The drawbacks are especially pronounced at lower signal-to-noise ratios up to the implausibility of the measurement results for some cases of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. These disadvantages are associated with the use of a convenient, but typical functional of the objective function in the form of the Euclidean norm. With strong image blur, only low image frequencies remain informative. And, if the signal is attenuated, the error estimation functional in this embodiment gives too little difference in the point scattering functions corresponding to different distances. That is, a significant dependence of the value of the error functional on the value of the input signal is affected. And the small effects of noise, or the limited accuracy of the measurement of the point dispersion function when calibrating the device, lead to large distortions in the calculation of the error functional and a deterioration in the accuracy of measurements. At the edges of the range of measured distances, accuracy falls most significantly, so that a narrowing of the measuring range occurs.

Известен способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибрую устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог для второго варианта способа).A known method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances by an optoelectronic device, which consists in the fact that at least two images of at least one observable object with a different degree of blur are formed and fixed using photosensitive matrix detectors, I pre-calibrate device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channels for forming and fixing images of the device for standing within the measurement range, determine the measured distance for each region of the observed at least one object, which corresponds to the image area, the choice of optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions (US patent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, an analogue for the second variant of the method).

Особенностью указанного способа является то, что в основной его реализации должно применяться устройство, включающее для каждого из каналов формирования и фиксации изображения маску для формирования функции рассеяния точки, которая при изменении расстояния до наблюдаемого объекта практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта.A feature of this method is that in its main implementation, a device should be used that includes a mask for each of the image formation and fixation channels to form a point scattering function, which, when the distance to the observed object changes, practically does not change in shape, but only rotates through an angle, depending on the distance to the observed object.

Способ измерения опирается на преобразование обращения свертки (деконволюция). Известно, что в обработке изображений обращение свертки является затратной во времени операцией или же, при применении быстрых алгоритмов инверсной фильтрации, обладает плохой устойчивостью из-за шумов, присутствующих в изображениях, а также из-за невысокой точности определения передаточной функции оптической системы. То есть могут потребоваться значительные вычислительные затраты или понижаться точность измерений и определения функций рассеяния точки. Также точность измерений может ухудшаться из-за характера пространственного спектра наблюдаемых объектов. Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях. Применение специализированных масок, вращающих функцию рассеяния точки, изготавливаемых, как правило, в виде дифракционных элементов, обуславливает ограниченную применимость данного способа и меньшую величину диапазона измерений.The measurement method is based on the conversion of convolution inversion (deconvolution). It is known that convolution inversion is a time-consuming operation or, when applying fast inverse filtering algorithms, has poor stability due to noise present in the images, and also because of the low accuracy of determining the transfer function of the optical system. That is, significant computational costs may be required or the accuracy of the measurements and determination of the point scattering functions may decrease. Also, the accuracy of measurements may deteriorate due to the nature of the spatial spectrum of the observed objects. For a number of objects that have, for example, a narrow-band distribution of the spatial spectrum or low light, measurements can be made with an error comparable to the measurement range, and information that the measurements for this area cannot be considered valid is not provided. Thus, the probability of incorrectly determining the distance to the subject is high, not only due to the influence of noise or inaccurate calibration of the device, but also because of the nature of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. In the specified analogue there are no means of determining the magnitude of the error, and there is also no possibility of increasing the accuracy of measurements in these situations. The use of specialized masks that rotate the point scattering function, made, as a rule, in the form of diffraction elements, determines the limited applicability of this method and a smaller measurement range.

Известен способ получения и обработки изображений для оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для второго варианта способа).A known method of obtaining and processing images for optical transfer functions and measuring distances by an optical-electronic device is that at least two images of at least one observable object with a different degree of blur are formed, and recorded using photosensitive matrix detectors, the device is pre-calibrated by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channels for forming and fixing images of the device for distances in within the measurement range, determine the measured distance for each region of the observed at least one object, which corresponds to the image area, by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for the second variant of the method).

К недостаткам указанного способа можно отнести невысокую точность, значительную ограниченность диапазона, а также непостоянство и сильную зависимость точности измерений от пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. Особенно сильно недостатки проявляются при пониженных значениях отношения сигнал/шум вплоть до неправдоподобности результатов измерений для некоторых случаев пространственного распределения яркости. Недостатки связаны, прежде всего, с использованием пассивного способа измерений, а также с применением удобного, но типичного функционала целевой функции в виде евклидовой нормы. При сильном размытии изображений информативными остаются только низкие частоты изображения. И, если сигнал ослаблен, то функционал оценки ошибки в данном варианте дает слишком малое отличие функций рассеяния точки, соответствующих различным расстояниям. То есть сказывается значительная зависимость функционала ошибки от величины входного сигнала. И небольшие влияния шума, или ограниченность точности измерения функций рассеяния точки при калибровке устройства, приводят к большим искажениям вычисления функционала ошибки и ухудшению точности измерений. На краях диапазона измеряемых расстояний точность падает наиболее значительно, так, что происходит сужение диапазона измерений.The disadvantages of this method include low accuracy, a significant limited range, as well as inconstancy and a strong dependence of the measurement accuracy on the spatial distribution of the brightness of the observed objects. The drawbacks are especially pronounced at lower signal-to-noise ratios, up to the implausibility of the measurement results for some cases of the spatial distribution of brightness. The disadvantages are associated primarily with the use of a passive measurement method, as well as with the use of a convenient but typical functional of the objective function in the form of the Euclidean norm. With strong image blur, only low image frequencies remain informative. And, if the signal is attenuated, the error estimation functional in this embodiment gives too little difference in the point scattering functions corresponding to different distances. That is, a significant dependence of the error functional on the value of the input signal is affected. And the small effects of noise, or the limited accuracy of the measurement of the point scattering functions during device calibration, lead to large distortions in the calculation of the error functional and a deterioration in the measurement accuracy. At the edges of the range of measured distances, accuracy falls most significantly, so that a narrowing of the measuring range occurs.

Пассивный принцип работы, когда результат измерений зависит непосредственно от характеристик распределения яркости наблюдаемых предметов, приводит к различной точности измерений в зависимости от распределения яркости наблюдаемых объектов. Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений. Так как реализации наблюдений могут быть совершенно различными, то получить обобщенную оценку точности измерений для всего многообразия реализаций проблематично. Таким образом, получается ситуация, когда точность измерений может сильно деградировать для областей изображения, но при этом наблюдатель будет трактовать данные с низкой точностью как достоверные. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.The passive principle of operation, when the measurement result depends directly on the characteristics of the brightness distribution of the observed objects, leads to different measurement accuracy depending on the brightness distribution of the observed objects. For a number of objects having, for example, a narrow-band character of spatial spectrum distribution or low illumination, measurements can be made with an error comparable to the measurement range. Since the implementation of observations can be completely different, it is problematic to obtain a generalized estimate of the accuracy of measurements for the entire variety of implementations. Thus, a situation arises where the accuracy of measurements can greatly degrade for image areas, but the observer will interpret the data with low accuracy as reliable. Thus, the probability of incorrectly determining the distance to the subject is high, not only due to the influence of noise or inaccurate calibration of the device, but also because of the nature of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. In the specified analogue there are no means of determining the magnitude of the error, and there is also no possibility of increasing the accuracy of measurements in these situations.

Аналогов способа определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства не обнаружено.Analogues of the method for determining the error and correction of the results of measurements of the optoelectronic device were not found.

Известно, что погрешность способов измерения и определения оптических передаточных функций на основе обработки пары и более изображений, формируемых с различной степенью размытия, в значительной степени зависит от уровня шума и распределения яркости наблюдаемых объектов, и не может быть определена для широкого круга реализаций наблюдений. В то же время результатом измерений является точечная оценка расстояния, часто имеющая погрешность соизмеримую с диапазоном измерений. Применение способа оценки погрешности для конкретных реализаций производимых измерений позволяет в значительной мере компенсировать указанные недостатки.It is known that the error in the methods of measuring and determining optical transfer functions based on processing a pair of or more images formed with varying degrees of blurring largely depends on the noise level and brightness distribution of the observed objects, and cannot be determined for a wide range of realizations of observations. At the same time, the result of measurements is a point estimate of the distance, often having an error commensurate with the measurement range. The application of the method for estimating the error for specific implementations of the measurements made can significantly compensate for these disadvantages.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по первому варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов. При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.It is known an optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of at least one of the channels includes a mask for generating a scattering function of a point depending on the distance to the observed object, a matrix photosensitive detector each channel of image formation and fixation, as well as a block that determines the scattering functions of a point and calculates the distance to the observed objects (pat USent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, an analogue of the claimed device according to the first embodiment). In the analog device, special masks are used to form images, in particular masks, because of which the point scattering function practically does not change in shape, but only rotates through an angle depending on the distance to the observed object. The use of such masks allows to achieve improved longitudinal resolution of the measured distances, but at the same time leads to a narrowing of the measurement range, and also requires the use of expensive photosensitive image detectors with a low level of electronic noise. When using these masks, observations are possible when the nature of the conversion of optical radiation from the observed objects will be similar for different measured distances with different optical transfer functions, resulting in a measurement error. The occurrence of such errors in the analog device is not detected and not processed, and the measurement data may be unreliable.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по первому варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для первого варианта устройства).A known optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, the closest analogue of the device according to the first embodiment, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel of formation and image capturing, a unit for estimating distances to observed objects connected to detectors (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for ervogo embodiment of the device).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.In the known device, the distance to the object is determined by calculating the error function for a set of possible pairs of channel point dispersion functions, and then selecting those channel point dispersion functions for which the error is minimal. The values of the error function are determined for pairs of captured images as the standard deviation of the captured images, each of which is preliminarily subjected to a convolution transform with the assumed point scattering function for the image obtained by another detector. This method is a relatively simple and typical solution to the problem of differentiating various point scattering functions, which, however, is not accurate enough. The accuracy is especially strong depending on the electronic noise of the matrix photosensitive detectors, on the accuracy of the device calibration, on the transfer functions of the device channels, determined by the device configuration (relative position of the photosensitive detectors, optical elements and the shape of the diaphragms of the device channels), as well as on the spatial distribution of the brightness of the observed objects.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.So, if the signal-to-noise ratio decreases compared to the maximum for the applied system, for example, due to the fact that objects for the image are poorly lit or because of an increase in the noise level with an increase in the analog gain of the recorded signal, then the working range tapers off. The narrowing of the range, as well as the deterioration of accuracy, is caused by the difficulty in choosing the optimal pair of point scattering functions at the edges of the working range, when the scales of the point scattering functions at the edges of the range are large and one or more captured images are significantly blurred.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.For a number of objects that have, for example, a narrow-band distribution of the spatial spectrum or low light, measurements can be made with an error comparable to the measurement range, and information that the measurements for this area cannot be considered valid is not provided. Thus, the probability of incorrectly determining the distance to the subject is high, not only due to the influence of noise or inaccurate calibration of the device, but also because of the nature of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. In the specified analogue there are no means of determining the magnitude of the error, and there is also no possibility of increasing the accuracy of measurements in these situations.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по второму варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов. При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.It is known an optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of at least one of the channels includes a mask for generating a scattering function of a point depending on the distance to the observed object, a matrix photosensitive detector each channel of image formation and fixation, as well as a block that determines the scattering functions of a point and calculates the distance to the observed objects (pat US patent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, an analogue of the claimed device according to the second embodiment). In the analog device, special masks are used to form images, in particular masks, because of which the point scattering function practically does not change in shape, but only rotates through an angle depending on the distance to the observed object. The use of such masks allows to achieve improved longitudinal resolution of the measured distances, but at the same time leads to a narrowing of the measurement range, and also requires the use of expensive photosensitive image detectors with a low level of electronic noise. When using these masks, observations are possible when the nature of the conversion of optical radiation from the observed objects will be similar for different measured distances with different optical transfer functions, resulting in a measurement error. The occurrence of such errors in the analog device is not detected and not processed, and the measurement data may be unreliable.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по второму варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для второго варианта устройства).A known optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, the closest analogue of the device according to the second embodiment, containing at least two image forming and fixing channels, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each formation channel and image capturing, a unit for estimating distances to observed objects connected to detectors (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for torogo embodiment of the device).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.In the known device, the distance to the object is determined by calculating the error function for a set of possible pairs of channel point dispersion functions, and then selecting those channel point dispersion functions for which the error is minimal. The values of the error function are determined for pairs of captured images as the standard deviation of the captured images, each of which is preliminarily subjected to a convolution transform with the assumed point scattering function for the image obtained by another detector. This method is a relatively simple and typical solution to the problem of differentiating various point scattering functions, which, however, is not accurate enough. The accuracy is especially strong depending on the electronic noise of the matrix photosensitive detectors, on the accuracy of the device calibration, on the transfer functions of the device channels, determined by the device configuration (relative position of the photosensitive detectors, optical elements and the shape of the diaphragms of the device channels), as well as on the spatial distribution of the brightness of the observed objects.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.So, if the signal-to-noise ratio decreases compared to the maximum for the applied system, for example, due to the fact that objects for the image are poorly lit or because of an increase in the noise level with an increase in the analog gain of the recorded signal, then the working range tapers off. The narrowing of the range, as well as the deterioration of accuracy, is caused by the difficulty in choosing the optimal pair of point scattering functions at the edges of the working range, when the scales of the point scattering functions at the edges of the range are large and one or more captured images are significantly blurred.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности.For a number of objects that have, for example, a narrow-band distribution of the spatial spectrum or low light, measurements can be made with an error comparable to the measurement range, and information that the measurements for this area cannot be considered valid is not provided. Thus, the probability of incorrectly determining the distance to the subject is high, not only due to the influence of noise or inaccurate calibration of the device, but also because of the nature of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. In the specified analogue there are no means of determining the magnitude of the error.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система хотя бы одного из каналов включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по третьему варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности, маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Как правило, маски представляют собой дифракционные оптические элементы, проектирование и создание которых - трудоемкий и дорогостоящий процесс. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов.It is known an optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of at least one of the channels includes a mask for generating a scattering function of a point depending on the distance to the observed object, a matrix photosensitive detector each channel of image formation and fixation, as well as a block that determines the scattering functions of a point and calculates the distance to the observed objects (pat US patent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, an analogue of the claimed device according to the third embodiment). In the analog device, special masks are used to form images, in particular masks, because of which the point scattering function practically does not change in shape, but only rotates by an angle depending on the distance to the observed object. As a rule, masks are diffractive optical elements, the design and creation of which is a laborious and expensive process. The use of such masks allows to achieve improved longitudinal resolution of the measured distances, but at the same time leads to a narrowing of the measurement range, and also requires the use of expensive photosensitive image detectors with a low level of electronic noise.

Улучшение продольного разрешения достигается за счет того, что скорость изменения формы вращаемой функции рассеяния точки больше, чем в аналогичной оптической системе без применения маски. Улучшение носит локальный характер в пределах малого диапазона расстояний, за пределами которого скорость изменения формы функции рассеяния точки для систем без применения указанных масок определяется, главным образом, масштабным изменением функции рассеяния точки, при этом в системах с маской размытие значительно большее из-за большей скорости роста масштаба пятна.An improvement in the longitudinal resolution is achieved due to the fact that the rate of change in the shape of the rotated point scattering function is greater than in a similar optical system without the use of a mask. The improvement is local in nature within a small range of distances, beyond which the rate of change in the shape of the point scattering function for systems without the use of these masks is determined mainly by a large-scale change in the point scattering function, while in systems with a mask the blur is much larger due to the higher speed spot scale growth.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по третьему варианту, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для третьего варианта устройства).A known optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, the closest analogue of the device according to the third embodiment, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and image capturing, a unit for estimating distances to observed objects connected to detectors (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for third version of the device).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных пар функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которых ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученное другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (взаимным расположением светочувствительных детекторов, оптических элементов и формой диафрагм каналов устройства), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.In the known device, the distance to the object is determined by calculating the error function for a set of possible pairs of channel point dispersion functions, and then selecting those channel point dispersion functions for which the error is minimal. The values of the error function are determined for pairs of captured images as the standard deviation of the captured images, each of which is preliminarily subjected to a convolution transform with the assumed point scattering function for the image obtained by another detector. This method is a relatively simple and typical solution to the problem of differentiating various point scattering functions, which, however, is not accurate enough. The accuracy is especially strong depending on the electronic noise of the matrix photosensitive detectors, on the accuracy of the device calibration, on the transfer functions of the device channels, determined by the device configuration (relative position of the photosensitive detectors, optical elements and the shape of the diaphragms of the device channels), as well as on the spatial distribution of the brightness of the observed objects.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.So, if the signal-to-noise ratio decreases compared to the maximum for the applied system, for example, due to the fact that objects for the image are poorly lit or because of an increase in the noise level with an increase in the analog gain of the recorded signal, then the working range tapers off. The narrowing of the range, as well as the deterioration of accuracy, is caused by the difficulty in choosing the optimal pair of point scattering functions at the edges of the working range, when the scales of the point scattering functions at the edges of the range are large and one or more captured images are significantly blurred.

Установка детекторов и элементов оптической системы каналов устройства без обеспечения различных смещений светочувствительных поверхностей детекторов относительно задних фокусов оптических систем каналов приводит к тому, что масштаб функции рассеяния точки для каждого детектора изменяется одинаково, то есть синхронно. Аналогичным образом изменяется и соотношение оптических передаточных функций. При таком поведении масштабов функции рассеяния точки существует большое количество измеряемых расстояний, для которых соотношение оптических передаточных функций имеет одинаковый характер в широком диапазоне частот, даже при различной форме диафрагм каналов.The installation of detectors and elements of the optical system of the channel of the device without providing different offsets of the photosensitive surfaces of the detectors relative to the rear foci of the optical channel systems leads to the fact that the scale of the point scattering function for each detector changes the same, that is, synchronously. The ratio of optical transfer functions changes in a similar way. With this behavior of the scales of the point scattering function, there are a large number of measured distances for which the ratio of the optical transfer functions is the same in a wide frequency range, even with different shapes of channel diaphragms.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, содержащее один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система канала включает маску для формирования функции рассеяния точки, зависящей от расстояния до наблюдаемого объекта, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, а также блок, который определяет функции рассеяния точки и вычисляет расстояние до наблюдаемых предметов (патент США №7705970, МПК: G01C 3/08, 2010, аналог заявляемого устройства по четвертому варианту). В устройстве-аналоге применяются специальные маски для формирования изображений, в частности, маски, из-за которых функция рассеяния точки практически не изменяется по форме, а лишь поворачивается на угол, зависящий от расстояния до наблюдаемого объекта. Применение таких масок позволяет добиться улучшенного продольного разрешения измеряемых расстояний, но при этом приводит к сужению диапазона измерений, а также требует применения дорогостоящих светочувствительных детекторов изображения с низким уровнем электронных шумов.Known optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, containing one channel for forming and fixing images, the optical system of the channel includes a mask for generating the scattering function of a point depending on the distance to the observed object, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and fixing images , as well as a block that determines the scattering function of the point and calculates the distance to the observed objects (US patent No. 7705970, IPC: G01C 3/08, 2010, and alogi claimed device according to the fourth embodiment). In the analog device, special masks are used to form images, in particular masks, because of which the point scattering function practically does not change in shape, but only rotates by an angle depending on the distance to the observed object. The use of such masks allows to achieve improved longitudinal resolution of the measured distances, but at the same time leads to a narrowing of the measurement range, and also requires the use of expensive photosensitive image detectors with a low level of electronic noise.

При применении указанных масок возможны реализации наблюдений, когда характер преобразования оптического излучения от наблюдаемых объектов будет схожим для различных измеряемых расстояний с различными оптическими передаточными функциями, вследствие чего возникнет ошибка измерения. Возникновение такого рода ошибок в устройстве-аналоге не детектируется и не обрабатывается, и данные измерений могут быть недостоверными.When using these masks, observations are possible when the nature of the conversion of optical radiation from the observed objects will be similar for different measured distances with different optical transfer functions, resulting in a measurement error. The occurrence of such errors in the analog device is not detected and not processed, and the measurement data may be unreliable.

Известно оптико-электронное устройство для измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, ближайший аналог устройства по четвертому варианту, содержащее один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система которого включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний до наблюдаемых объектов, соединенный с детекторами (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010, ближайший аналог для четвертого варианта устройства).A known optical-electronic device for measuring distances and determining optical transfer functions, the closest analogue of the device according to the fourth embodiment, containing one channel for forming and fixing images, the optical system of which includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and fixing images, unit for estimating distances to observed objects connected to detectors (application US No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18, 2010, the closest analogue for the fourth embodiment that device).

В известном устройстве расстояние до предмета определяется на основании вычисления функции ошибок для набора возможных функций рассеяния точки каналов, и затем выбора тех функций рассеяния точки каналов, для которой ошибка является минимальной. Значения функции ошибок определяются для пар зафиксированных изображений как среднеквадратическое отклонение зафиксированных изображений, каждое из которых предварительно подвергается преобразованию-свертке с предполагаемой функцией рассеяния точки для изображения, полученного другим детектором. Данный способ является относительно простым и типичным решением вопроса дифференциации различных функций рассеяния точки, которое, однако, является недостаточно точным. Особенно сильно точность зависит от электронных шумов матричных светочувствительных детекторов, от точности калибровки устройства, от передаточных функций каналов устройства, определяемых конфигурацией устройства (положением светочувствительного детектора, оптических элементов и формой диафрагм), а также от пространственного распределения яркости наблюдаемых объектов.In the known device, the distance to the object is determined by calculating the error function for a set of possible scattering functions of the channel point, and then selecting those scattering functions of the channel point for which the error is minimal. The values of the error function are determined for pairs of captured images as the standard deviation of the captured images, each of which is previously subjected to convolution conversion with the estimated point scattering function for the image obtained by another detector. This method is a relatively simple and typical solution to the problem of differentiating various point scattering functions, which, however, is not accurate enough. Particularly strongly, the accuracy depends on the electronic noise of the matrix photosensitive detectors, on the accuracy of the calibration of the device, on the transfer functions of the device channels, determined by the configuration of the device (position of the photosensitive detector, optical elements and the shape of the diaphragms), as well as on the spatial distribution of the brightness of the observed objects.

Так, если отношение сигнал/шум уменьшается по сравнению с максимальным для применяемой системы, например, из-за того, что для участка изображения предметы слабо освещены или же из-за повышения уровня шумов при увеличении аналогового коэффициента усиления регистрируемого сигнала, то величина рабочего диапазона сужается. Сужение диапазона, как и ухудшение точности, вызвано сложностью выбора оптимальной пары функций рассеяния точки на краях рабочего диапазона, когда масштабы функций рассеяния точки на краях диапазона велики и одно или несколько фиксируемых изображений значительно размыты.So, if the signal-to-noise ratio decreases compared to the maximum for the applied system, for example, due to the fact that objects for the image are poorly lit or because of an increase in the noise level with an increase in the analog gain of the recorded signal, then the working range tapers off. The narrowing of the range, as well as the deterioration of accuracy, is caused by the difficulty in choosing the optimal pair of point scattering functions at the edges of the working range, when the scales of the point scattering functions at the edges of the range are large and one or more captured images are significantly blurred.

Для ряда объектов, имеющих, например, узкополосный характер распределения пространственного спектра или малую освещенность, измерения могут быть произведены с погрешностью, сопоставимой с диапазоном измерений, причем информации о том, что измерения для данной области нельзя считать действительными не предоставляется. Таким образом, велика вероятность некорректного определения расстояния до предмета не только из-за влияния шумов или неточности калибровки устройства, но и из-за характера пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов. В указанном аналоге отсутствуют средства определения величины погрешности, а также отсутствует возможность повышения точности измерений в указанных ситуациях.For a number of objects that have, for example, a narrow-band distribution of the spatial spectrum or low light, measurements can be made with an error comparable to the measurement range, and information that the measurements for this area cannot be considered valid is not provided. Thus, the probability of incorrectly determining the distance to the subject is high, not only due to the influence of noise or inaccurate calibration of the device, but also because of the nature of the spatial distribution of the brightness of the observed objects. In the specified analogue there are no means of determining the magnitude of the error, and there is also no possibility of increasing the accuracy of measurements in these situations.

Задачей изобретения по первому варианту является создание способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, обеспечивающего повышенную точность измерения расстояний и определения оптических передаточных функций в диапазоне измерений сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.The objective of the invention according to the first embodiment is to provide a method for obtaining and processing images to determine optical transfer functions and measure distances by an optoelectronic device, which provides increased accuracy in measuring distances and determine optical transfer functions in a measurement range comparable or wider than that provided by similar solutions.

Технический результат предполагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения расстояний, определения оптических передаточных функций и в расширении диапазона измерений.The technical result of the proposed invention is to increase the accuracy of measuring distances, determining optical transfer functions and expanding the measurement range.

Для достижения указанного выше технического результата применяют способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, согласно изобретению измеряют уровень шума детекторов изображений и сохраняют в памяти амплитуды спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений путем извлечения из памяти значений оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения, обработки областей изображений в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисляют значения результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбирают оптимальные оптические передаточные функции при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение.To achieve the above technical result, a method of obtaining and processing images is used to determine optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device, which consists in generating at least two images of at least one observable object with a different degree of blur, and recording with using photosensitive matrix detectors, pre-calibrate the device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channel the formation and fixing images of the device images for distances within the measurement range, determine the measured distance for each region of the observed at least one object, which correspond to the image area, the choice of optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance in which the device has the selected optimal optical transfer functions, according to the invention, the noise level of the detector is measured image and store the amplitudes of the spectral model of the noise distribution of image detectors in memory, select the optimal optical transfer functions for each image region by extracting from the memory the values of the optical transfer functions for distances within the measurement range that correspond to the positions of the detectors, optical elements, and aperture shapes at which images were formed and fixed, processing of image areas during which the objective function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images is two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum over all spatial frequencies of the ratios of the modules minimum to the maximum of two quantities - the ratio of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies for which the amplitudes values of both spectra exceed the maximum values of the amplitudes of the spectral model of noise, and the ratios of the values extracted from the memory of pairs of the corresponding optical transfer functions, calculate the values of the resulting objective function as the arithmetic average of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, select the optimal optical transfer functions for which the specified resulting objective function takes the maximum value.

Измерение уровня шума детекторов изображений и сохранение в памяти амплитуд спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, обработка областей изображений, в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисление значений результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбор оптимальных оптических передаточных функций при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение позволяют повысить точность выбора оптимальной пары оптических передаточных функций и измерения расстояния, а также расширить диапазон измерений.Measurement of the noise level of image detectors and storing in the memory of the amplitudes of the spectral model of the distribution of noise of image detectors, processing of image areas, during which the target function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images is found in two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum of all spatial frequencies of the ratios of the modules minimum to maximum of two quantities - the ratio of the values of spatial spectra image of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum values of the amplitudes of the spectral model of noise, and the ratios of the pairs of values of the corresponding optical transfer functions extracted from the memory, the calculation of the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, selection optimal optical transfer functions in which the specified resulting objective function takes the maximum value Using the data, one can increase the accuracy of choosing the optimal pair of optical transfer functions and distance measurements, as well as expand the measurement range.

Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, когда при формировании и фиксации изображений формируют дополнительную освещенность наблюдаемых объектов, позволяет повысить точность результатов измерений для наблюдаемых объектов с малой освещенностью и для наблюдаемых объектов с монотонным распределением яркости, когда формируют дополнительную немонотонную освещенность.The method of obtaining and processing images for determining optical transfer functions and measuring distances by an optical-electronic device, when additional illumination of the observed objects is formed during image formation and fixing, improves the accuracy of the measurement results for observed objects with low illumination and for observed objects with a monotonous brightness distribution, when an additional non-monotonic illumination is formed.

Задачей изобретения по второму варианту является создание способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, обеспечивающего повышенную точность измерения расстояний и определения оптических передаточных функций.The objective of the invention according to the second embodiment is to provide a method for obtaining and processing images for determining optical transfer functions and measuring distances by an optoelectronic device, which provides increased accuracy in measuring distances and determining optical transfer functions.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения расстояний и определения оптических передаточных функций, а также в обеспечении возможности измерения расстояний для ситуаций, когда возникает неопределенность измерений из-за того, что пространственный спектр наблюдаемых предметов искажается оптическими передаточными функциями, соотношения амплитуд которых в диапазоне частот наблюдаемых предметов имеет характер схожий с соотношением амплитуд оптических передаточных функций, характерных для расстояний до предметов, отличных от действительного.The technical result of the invention consists in increasing the accuracy of measuring distances and determining optical transfer functions, as well as providing the ability to measure distances for situations when measurement uncertainty arises due to the fact that the spatial spectrum of the observed objects is distorted by optical transfer functions whose amplitude ratios are in the range the frequencies of the observed objects has a character similar to the ratio of the amplitudes of the optical transfer functions characteristic for distances to objects other than actual.

Для достижения указанного выше технического результата применяют способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каждого канала формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, соответствующие положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм при которых формируются и фиксируются изображения, определяют измеряемое расстояние для каждой области наблюдаемого по меньшей мере одного объекта, которым соответствуют области изображений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптических передаточных функций, согласно изобретению измеряют уровень шума детекторов изображений и сохраняют в памяти амплитуды спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, осуществляют выбор оптимальных искажающих оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений путем извлечения из памяти значений оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения, обработки областей изображений, в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисляют значения результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбирают оптимальные оптические передаточные функции при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение, находят диапазон возможного положения наблюдаемого объекта для каждой рассматриваемой области изображений, затем исправляют измеренное расстояние, заменяют оптимальные оптические передаточные функции, а также определяют погрешность измерений, если погрешность измерений больше допустимой, перемещают один или более оптических элементов и/или по меньшей мере один детектор и/или изменяют форму по меньшей мере одной диафрагмы на величину, которая определяется на основе состава пространственного спектра участков зафиксированных изображений и данных предварительной калибровки устройства и позволяет уменьшить погрешность измерений, а затем производят один или серию циклов измерения расстояний.To achieve the above technical result, a method of obtaining and processing images is used to determine optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device, which consists in generating at least two images of at least one observable object with a different degree of blur, and recording with using light-sensitive matrix detectors, pre-calibrate the device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of each of the channel for forming and fixing images of the device for distances within the measurement range, corresponding to the positions of the detectors, optical elements and the shapes of the apertures at which images are formed and fixed, determine the measured distance for each region of the observed at least one object, which correspond to the image region, optionally optimal optical transfer functions from optical transfer functions for distances within the measurement range, such as the distance at which The rum device has the selected optimal optical transfer functions, according to the invention, the noise level of the image detectors is measured and the amplitudes of the spectral distribution model of the noise of the image detectors are stored in memory, the optimal distorting optical transfer functions for each image region are selected by extracting the values of the optical transfer functions from the memory within the range of measurements that correspond to the positions of the detectors, optically elements and the shape of the diaphragms at which images were formed and recorded, processing of image areas, during which the target function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images is found in two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum of all spatial frequencies the ratio of the minimum to maximum modules of two quantities - the ratio of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies, for Some amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum amplitudes of the spectral noise model, and the ratios of the pairs of values of the corresponding optical transfer functions extracted from the memory, calculate the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, choose the optimal optical transfer functions for which the resulting objective function takes the maximum value, find the range of possible position n of the observed object for each image region under consideration, then correct the measured distance, replace the optimal optical transfer functions, and also determine the measurement error, if the measurement error is more than acceptable, move one or more optical elements and / or at least one detector and / or change the shape at least one aperture by a value that is determined based on the composition of the spatial spectrum of the areas of captured images and pre-calibration data and devices and allows to reduce the measurement error, and then produce one or a series of cycles of distance measurement.

Измерение уровня шума детекторов изображений и сохранение в памяти амплитуд спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, обработка областей изображений, в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисляют значения результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбирают оптимальные оптические передаточные функции, при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение, нахождение диапазона возможного положения наблюдаемого объекта для каждой рассматриваемой области изображений, исправление измеренного расстояния, замена оптимальных оптических передаточных функций, а также определение погрешности измерений, и, если погрешность измерений больше допустимой, последующее перемещение одного или более элемента оптической системы вдоль оптической оси,Measurement of the noise level of image detectors and storing in the memory of the amplitudes of the spectral model of the distribution of noise of image detectors, processing of image areas, during which the target function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images is found in two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum of all spatial frequencies of the ratios of the modules minimum to maximum of two quantities - the ratio of the values of spatial spectra image of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum values of the amplitudes of the spectral model of noise and the ratios of the pairs of values of the corresponding optical transfer functions extracted from the memory, calculate the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, choose optimal optical transfer functions for which the specified resulting objective function takes the maximum the value, finding the range of the possible position of the observed object for each image region under consideration, correcting the measured distance, replacing the optimal optical transfer functions, as well as determining the measurement error, and if the measurement error is more than acceptable, the subsequent movement of one or more elements of the optical system along the optical axis,

а также изменение формы по меньшей мере одной диафрагмы,as well as changing the shape of at least one diaphragm,

а также перемещение по меньшей мере одного детектора,as well as moving at least one detector,

а также перемещение одного или более элементов оптической системы вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора,as well as the movement of one or more elements of the optical system along the optical axis and at least one detector,

а также перемещение одного или более элементов оптической системы и изменение формы по меньшей мере одной диафрагмы,as well as moving one or more elements of the optical system and changing the shape of at least one diaphragm,

а также перемещение по меньшей мере одного детектора и изменение формы по меньшей мере одной диафрагмы,as well as moving at least one detector and changing the shape of the at least one diaphragm,

а также перемещение одного или более элементов оптической системы и по меньшей мере одного детектора и изменение формы по меньшей мере одной диафрагмы,as well as moving one or more elements of the optical system and at least one detector and changing the shape of the at least one diaphragm,

на величину, которая определяется по результатам анализа состава пространственного спектра участков зафиксированных изображений с использованием данных предварительной калибровки устройства таким образом, чтобы уменьшить погрешность измерений, и последующее проведение дополнительно одного или серии циклов измерения расстояний, позволяют повысить точность измерений, а также обеспечить возможность измерения расстояний для ситуаций, когда возникает неопределенность измерений из-за того, что пространственный спектр наблюдаемых предметов искажается оптическими передаточными функциями, соотношения амплитуд которых в диапазоне частот наблюдаемых предметов имеет характер схожий с соотношением амплитуд оптических передаточных функций, характерных для расстояний до предметов, отличных от действительного.by a value that is determined by analyzing the composition of the spatial spectrum of areas of captured images using the preliminary calibration data of the device in such a way as to reduce the measurement error, and then conducting an additional one or a series of distance measurement cycles, can improve the accuracy of measurements, as well as provide the ability to measure distances for situations when measurement uncertainty arises due to the fact that the spatial spectrum of the observed Metov distorted optical transfer functions whose amplitude ratio in the range of observed objects frequency has a character similar to the ratio of the amplitudes of optical transfer functions characteristic of the distances to objects other than real.

Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, когда при формировании и фиксации изображений формируют дополнительную освещенность наблюдаемых объектов, позволяет повысить точность результатов измерений для наблюдаемых объектов с малой освещенностью и для наблюдаемых объектов с монотонным распределением яркости, когда формируют дополнительную немонотонную освещенность.The method of obtaining and processing images for determining optical transfer functions and measuring distances by an optical-electronic device, when additional illumination of the observed objects is formed during image formation and fixing, improves the accuracy of the measurement results for observed objects with low illumination and for observed objects with a monotonous brightness distribution, when an additional non-monotonic illumination is formed.

Задачей изобретения является создание способа определения погрешности измерений и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства для повышения точности и обеспечения достоверности результатов при осуществлении способа измерения расстояний и определения функций рассеяния точки посредством получения и обработки пары и более изображений с различной степенью размытия.The objective of the invention is to provide a method for determining the measurement error and correcting the results of measurements of an optoelectronic device to improve accuracy and ensure the reliability of the results when implementing the method of measuring distances and determining the scattering functions of a point by obtaining and processing a pair or more of images with different degrees of blur.

Техническими результатами предполагаемого изобретения являются предоставление более точных конечных результатов измерений и обеспечение достоверности измерений. Исправление точечной оценки измерений на основе статистических характеристик работы устройства позволяет предоставить уточненные результаты измерений с меньшей абсолютной погрешностью проведенных измерений. Достоверность обеспечивается предоставлением исчерпывающей информации о результатах измерений с малой вероятностью ее ошибочности, а именно представлением в дополнение к исправленным результатам измерения оценки величины погрешности.The technical results of the alleged invention are the provision of more accurate final measurement results and ensuring the reliability of the measurements. Correction of a point measurement estimate based on the statistical characteristics of the device allows you to provide accurate measurement results with a lower absolute error of the measurements. Reliability is ensured by the provision of comprehensive information on the measurement results with a low probability of its error, namely, by presenting, in addition to the corrected measurement results, estimates of the error value.

Для достижения указанного выше технического результата применяют способ определения погрешности измерений и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства, заключающийся в том, что по результатам обработки пары и более изображений, сформированных с различной степенью размытия для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, при которых результирующая целевая функция оптимизации имеет глобальный экстремум, определяют измеряемое расстояние как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, где значения оптических передаточных функций измеряются при проведении предварительной калибровки и сохраняются в памяти, для каждой рассматриваемой области находят диапазон возможного положения наблюдаемых объектов путем сравнения целевых функций различных сочетаний пар каналов, полученных при измерениях, со значениями среднестатистических целевых функций пар каналов, уменьшенных на величину, пропорциональную среднеквадратическим отклонениям значений целевых функций для диапазона измерений, полученными при калибровке устройства для уровня шума, соответствующего шуму детекторов при фиксации изображений, затем исправляют измеренное расстояние, заменяя его на расстояние, соответствующее середине диапазона возможного положения наблюдаемого объекта, и заменяют оптимальные оптических передаточных функций на оптических передаточных функций, которыми устройство обладает при данном расстоянии, а также определяют погрешность измерений как половину диапазона возможного положения наблюдаемого объекта дополнительно предварительно калибруют устройство для различных уровней шума детекторов изображений, используя в качестве калибровочных мишеней задаваемые распределения яркости расположенные на известном расстоянии от устройства посредством нахождения целевых функций и вычисления по ним значений среднестатистических целевых функций и среднеквадратических отклонений целевых функций от среднестатистических целевых функций пар каналов для диапазона измерений.To achieve the above technical result, a method is used to determine the measurement error and correct the results of the measurements of the optoelectronic device, which consists in the fact that according to the results of processing a pair or more of images formed with varying degrees of blur for each region of at least one observed object, which correspond to the image area, select the optimal optical transfer functions of the channels for forming and fixing images from optical x transfer functions for distances within the measurement range at which the resulting optimization objective function has a global extremum, define the measured distance as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions, where the values of the optical transfer functions are measured during preliminary calibration and stored in memory , for each area under consideration, find the range of the possible position of the observed objects by comparing the target the output functions of various combinations of channel pairs obtained during the measurements with the values of the average objective functions of the channel pairs reduced by a value proportional to the standard deviations of the values of the objective functions for the measurement range obtained by calibrating the device for the noise level corresponding to the noise of the detectors during image capture, then correct the measured distance, replacing it with a distance corresponding to the middle of the range of the possible position of the observed object, and replace the opt the imbalance of the optical transfer functions to the optical transfer functions that the device possesses at a given distance, and also determine the measurement error as half the range of the possible position of the observed object, additionally pre-calibrate the device for various noise levels of image detectors, using the specified brightness distributions located at a known target as calibration targets distance from the device by finding the objective functions and calculating the values average target functions and standard deviations from the average of objective functions the objective functions for channel pairs measurement range.

В основу изобретения по первому варианту поставлена задача создания оптико-электронного устройства для измерения, при применении которого обеспечивается измерение расстояний с повышенной точностью в диапазоне измерений сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.The basis of the invention according to the first embodiment is the task of creating an optical-electronic device for measurement, the application of which provides distance measurement with increased accuracy in a measurement range comparable to or wider than that provided by similar solutions.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение оптико-электронное устройство для измерения расстояний по первому варианту, состоит в повышении точности в широком диапазоне измерений. Дополнительный технический результат состоит в обеспечении достоверности результатов измерений.The technical result, to which the claimed invention is directed, is an optical-electronic device for measuring distances according to the first embodiment, consists in increasing accuracy in a wide range of measurements. An additional technical result is to ensure the reliability of the measurement results.

Для достижения указанного выше технического результата оптико-электронное устройство для измерения расстояний содержит не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, согласно изобретению один или более элементов оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или по меньшей мере один детектор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и/или по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы, а устройство снабжено блоком оценки точности и корректировки результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, и блоком регулировки взаимного смещения детекторов, положений элементов оптической системы и форм диафрагм соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки точности и корректировки результатов измерений.To achieve the above technical result, the optical-electronic device for measuring distances contains at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for fixing images, a unit for estimating distances connected to the detectors, according to the invention, one or more elements of the optical system are mounted to move along the optical axis and / or at least one detector tuned to move along the optical axis and / or rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel other than the corresponding displacements of the detectors of other channels and / or at least one diaphragm is made with the ability to change its shape, and the device is equipped with a unit for assessing accuracy and adjusting the measurement results, connected to th estimation of distances, and adjusting the relative displacement of the block detector element positions of the optical system and form the diaphragms connected to the evaluation unit and distance accuracy evaluation unit and adjusting the measurement results.

УстановкаInstallation

одного или более элемента оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis and at least one detector with the ability to move along the optical axis with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and at least one detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel other than the corresponding displacements detectors of other channels,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis with the displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels and at least one diaphragm is made with the possibility of changing its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and at least one detector with the possibility of movement along the optical axis and at least one detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the bias of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and at least one detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel other than the corresponding displacements detectors of other channels and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis and at least one detector with the ability to move along the optical axis with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels and at least at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis and at least one detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel different from the respective displacements of the detectors of other channels and at least one diaphragm is configured to and Menenius its shape,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as at least one detector with the ability to move along the optical axis with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as at least one detector with the ability to move along the optical axis with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel different from the corresponding displacements of the detectors of other channels and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as at least one detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels and at least one the diaphragm is configured to change its shape,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as at least one detector rotatable around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as at least one detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также по меньшей мере одного детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as at least one detector rotatable around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels and at least one diaphragm is made with the possibility of changing her forms

а также по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,and at least one diaphragm is configured to change its shape,

позволяют требуемым образом изменять оптические передаточные функции одного или нескольких каналов устройства.allow you to change the optical transfer functions of one or more channels of the device as required.

Снабжение устройства блоком оценки погрешности и исправления измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, позволяет на основе статистических данных оценить диапазон возможного положения наблюдаемого объекта, определить погрешность измерений, выявить области с недопустимой погрешностью, а также исправить результаты измерений, полученные в блоке оценки расстояний, замещая результаты измерений более вероятными значениями. Таким образом, повышается точность и обеспечивается достоверность данных измерений.Providing the device with a unit for estimating the error and correction of measurements connected to the unit for estimating distances allows us to estimate the range of the possible position of the observed object based on statistical data, determine the error of measurements, identify areas with an unacceptable error, and also correct the measurement results obtained in the unit for estimating distances, replacing measurement results are more likely values. Thus, the accuracy is increased and the reliability of the measurement data is ensured.

Снабжение устройства блоком регулировки взаимного смещения детекторов, положений элементов оптической системы и форм диафрагм, соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки погрешности и исправления измерений позволяет посредством учета состава пространственного спектра полученных изображений и информации о диапазоне возможного положения наблюдаемого объекта, определить, каким образом необходимо изменить конфигурацию устройства для обеспечения оптических передаточных функций, которые проще различить для различных расстояний до наблюдаемого объекта, когда объект находится в пределах диапазона возможного положения. Новые оптические передаточные функции позволяют провести новый цикл измерений с повышенной точностью.The supply of the device with the unit for adjusting the mutual displacement of the detectors, the positions of the elements of the optical system and the shape of the diaphragms connected to the unit for estimating the distances and the unit for estimating the error and correcting measurements allows, by taking into account the composition of the spatial spectrum of the obtained images and the information on the range of the possible position of the observed object, to determine how reconfigure the device to provide optical transfer functions that are easier to distinguish between different melting to the observed object when the object is within the range of the possible position. New optical transfer functions allow for a new measurement cycle with increased accuracy.

Оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений могут не совпадать друг с другом. При этом оси могут быть или параллельны друг другу или же установлены с некоторым известным углом схождения осей - углом конвергенции. Такое выполнение осей полей зрения каналов формирования и фиксации изображений является частным случаем реализации устройства и используется при измерении расстояний когда на участках изображений эффект параллакса отсутствует или компенсируется при осуществлении обработки изображений. Однако такая система может иметь ограниченную применимость при измерении расстояний для близкорасположенных или значительно удаленных предметов.The axis of the field of view of the channels of image formation and fixation may not coincide with each other. In this case, the axes can either be parallel to each other or installed with some known angle of convergence of the axes - the angle of convergence. This embodiment of the axes of the field of view of the channels of image formation and fixation is a special case of the device and is used to measure distances when the parallax effect is absent or compensated for in the image processing areas. However, such a system may have limited applicability when measuring distances for nearby or far removed objects.

Устройство может включать дополнительно по меньшей мере один светоделитель. Включение в устройство дополнительно по меньшей мере одного светоделителя является частным случаем выполнения устройства.The device may include additionally at least one beam splitter. The inclusion in the device of at least one beamsplitter is a particular case of the device.

Устройство может быть снабжено источником оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта. Снабжение устройства источником оптического излучения позволяет создать дополнительное освещение наблюдаемого объекта в случае его слабой освещенности или же создать немонотонную освещенность, если распределение яркости наблюдаемого объекта монотонное.The device can be equipped with an optical radiation source designed to form illumination of the observed object. Providing the device with an optical radiation source allows you to create additional illumination of the observed object in case of low light or to create non-monotonic illumination if the brightness distribution of the observed object is monotonic.

В основу изобретения по второму варианту поставлена задача создания оптико-электронного устройства для измерения, при применении которого обеспечивается измерение расстояний с повышенной точностью в диапазоне измерений, сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.The basis of the invention according to the second embodiment is the task of creating an optical-electronic device for measurement, the application of which provides the measurement of distances with increased accuracy in the measurement range, comparable or wider than that provided by similar solutions.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение оптико-электронное устройство для измерения расстояний по второму варианту, состоит в повышении точности в широком диапазоне измерений. Дополнительный технический результат состоит в обеспечении достоверности результатов измерений.The technical result, to which the claimed invention is directed, is an optical-electronic device for measuring distances according to the second embodiment, consists in increasing accuracy in a wide range of measurements. An additional technical result is to ensure the reliability of the measurement results.

Для достижения указанного выше технического результата оптико-электронное устройство для измерения расстояний содержит не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, согласно изобретению один или более элементов оптической системы и/или по меньшей мере один детектор установлены с обеспечением смешения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, а устройство снабжено блоком оценки точности и корректировки результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний.To achieve the above technical result, the optical-electronic device for measuring distances contains at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for fixing images, a unit for estimating distances connected to the detectors, according to the invention, one or more elements of the optical system and / or at least one detector are mounted so that the photosensitive ited detector relative to the back focus of one channel of optical system other than the corresponding displacements of the other channels of detectors, and the device is provided with a block estimation and correction accuracy of measurement results, coupled with the distance estimation unit.

УстановкаInstallation

одного или более элементов оптической системы с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,one or more elements of the optical system with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels

а также одного или более элементов оптической системы и по меньшей мере одного детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, as well as one or more elements of the optical system and at least one detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также по меньшей мере одного детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, позволяют обеспечить различие изменения масштабов функций рассеяния точки для различных каналов. Различие обеспечивается даже для каналов с идентичными оптическими системами с одинаковыми диафрагмами. Так как в широком диапазоне измерений определяющим является изменение оптических передаточных функций вследствие изменения функции рассеяния точки в масштабе, то обеспечение различного изменения масштабов функций рассеяния точки для различных каналов позволяет повысить точность различения функций рассеяния точки или оптических передаточных функций для различных положений, а следовательно, повысить точность измерений.as well as at least one detector, providing a displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels, make it possible to provide a difference in the change in the scale of the point scattering functions for different channels. The difference is provided even for channels with identical optical systems with the same apertures. Since the change in the optical transfer functions due to a change in the point scattering function in the scale is decisive in a wide range of measurements, the provision of a different change in the scale of the point scattering functions for different channels allows one to increase the accuracy of distinguishing the point scattering functions or optical transfer functions for different positions and, therefore, increase accuracy of measurements.

Снабжение устройства блоком оценки погрешности и исправления измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, позволяет на основе статистических данных оценить диапазон возможного положения наблюдаемого объекта, определить погрешность измерений, выявить области с недопустимой погрешностью, а также исправить результаты измерений, полученные в блоке оценки расстояний, замещая результаты измерений более вероятными значениями. Таким образом, повышается точность и обеспечивается достоверность данных измерений.Providing the device with a unit for estimating the error and correction of measurements connected to the unit for estimating distances allows us to estimate the range of the possible position of the observed object based on statistical data, determine the error of measurements, identify areas with an unacceptable error, and also correct the measurement results obtained in the unit for estimating distances, replacing measurement results are more likely values. Thus, the accuracy is increased and the reliability of the measurement data is ensured.

Оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений могут не совпадать друг с другом. При этом оси могут быть или параллельны друг другу или же установлены с некоторым известным углом схождения осей - углом конвергенции. Такое выполнение осей полей зрения каналов формирования и фиксации изображений является частным случаем реализации устройства и используется при измерении расстояний, когда на участках изображений эффект параллакса отсутствует или компенсируется при осуществлении обработки изображений. Однако такая система может иметь ограниченную применимость при измерении расстояний для близкорасположенных или значительно удаленных предметов.The axis of the field of view of the channels of image formation and fixation may not coincide with each other. In this case, the axes can either be parallel to each other or installed with some known angle of convergence of the axes - the angle of convergence. This embodiment of the axes of the field of view of the channels of image formation and fixation is a special case of the device and is used to measure distances when the parallax effect is absent or compensated in image processing during image processing. However, such a system may have limited applicability when measuring distances for nearby or far removed objects.

Устройство может включать дополнительно по меньшей мере один светоделитель. Включение в устройство дополнительно по меньшей мере одного светоделителя является частным случаем выполнения устройства.The device may include additionally at least one beam splitter. The inclusion in the device of at least one beamsplitter is a particular case of the device.

Устройство может быть снабжено источником оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта. Снабжение устройства источником оптического излучения позволяет создать дополнительное освещение наблюдаемого объекта в случае его слабой освещенности или же создать немонотонную освещенность, если распределение яркости наблюдаемого объекта монотонное.The device can be equipped with an optical radiation source designed to form illumination of the observed object. Providing the device with an optical radiation source allows you to create additional illumination of the observed object in case of low light or to create non-monotonic illumination if the brightness distribution of the observed object is monotonic.

В основу изобретения по третьему варианту поставлена задача создания оптико-электронного устройства для измерения, при применении которого обеспечивается измерение расстояний с повышенной точностью в диапазоне измерений, сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.The basis of the invention according to the third embodiment is the task of creating an optical-electronic device for measurement, the application of which provides the measurement of distances with increased accuracy in the measurement range, comparable or wider than that provided by similar solutions.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение оптико-электронное устройство для измерения расстояний по третьему варианту, состоит в повышении точности в широком диапазоне измерений. Для достижения указанного выше технического результата оптико-электронное устройство для измерения расстояний содержит не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, согласно изобретению один или более элементов оптической системы и/или по меньшей мере один детектор установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов.The technical result to which the claimed invention is directed, is an optical-electronic device for measuring distances according to the third embodiment, consists in increasing accuracy in a wide range of measurements. To achieve the above technical result, the optical-electronic device for measuring distances contains at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for fixing images, a unit for estimating distances connected to the detectors, according to the invention, one or more elements of the optical system and / or at least one detector are mounted to bias the photosensitive ited detector relative to the back focus of the optical system of one channel different from the other channels corresponding displacement detectors.

Установка Installation

одного или более элементов оптической системы с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,one or more elements of the optical system with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels

а также одного или более элементов оптической системы и по меньшей мере одного детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, а также по меньшей мере одного детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, позволяют обеспечить различие изменения масштабов функций рассеяния точки для различных каналов. Различие обеспечивается даже для каналов с идентичными оптическими системами с одинаковыми диафрагмами. Так как в широком диапазоне измерений определяющим является изменение оптических передаточных функций вследствие изменения функции рассеяния точки в масштабе, то обеспечение различного изменения масштабов функций рассеяния точки для различных каналов позволяет повысить точность различения функций рассеяния точки или оптических передаточных функций для различных положений, а, следовательно, повысить точность измерений.as well as one or more elements of the optical system and at least one detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel different from the corresponding displacements of the detectors of other channels, as well as at least one detector with the offset of the photosensitive surface of the detector relative to the back the focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels, allow be changes in difference point spread functions for different scale channels. The difference is provided even for channels with identical optical systems with the same apertures. Since a change in the optical transfer functions due to a change in the point scattering function in the scale is decisive in a wide range of measurements, providing different scale changes for the point scattering functions for different channels allows one to increase the accuracy of distinguishing between point scattering functions or optical transfer functions for different positions, and, therefore, improve measurement accuracy.

Оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений могут не совпадать друг с другом. При этом оси могут быть или параллельны друг другу или же установлены с некоторым известным углом схождения осей - углом конвергенции. Такое выполнение осей полей зрения каналов формирования и фиксации изображений является частным случаем реализации устройства и используется при измерении расстояний когда на участках изображений эффект параллакса отсутствует или компенсируется при осуществлении обработки изображений. Однако такая система может иметь ограниченную применимость при измерении расстояний для близкорасположенных или значительно удаленных предметов.The axis of the field of view of the channels of image formation and fixation may not coincide with each other. In this case, the axes can either be parallel to each other or installed with some known angle of convergence of the axes - the angle of convergence. This embodiment of the axes of the field of view of the channels of image formation and fixation is a special case of the device and is used to measure distances when the parallax effect is absent or compensated for in the image processing areas. However, such a system may have limited applicability when measuring distances for nearby or far removed objects.

Устройство может включать дополнительно по меньшей мере один светоделитель. Включение в устройство дополнительно по меньшей мере одного светоделителя является частным случаем выполнения устройства.The device may include additionally at least one beam splitter. The inclusion in the device of at least one beamsplitter is a particular case of the device.

Устройство может быть снабжено источником оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта. Снабжение устройства источником оптического излучения позволяет создать дополнительное освещение наблюдаемого объекта в случае его слабой освещенности или же создать немонотонную освещенность, если распределение яркости наблюдаемого объекта монотонное.The device can be equipped with an optical radiation source designed to form illumination of the observed object. Providing the device with an optical radiation source allows you to create additional illumination of the observed object in case of low light or to create non-monotonic illumination if the brightness distribution of the observed object is monotonic.

В основу изобретения по четвертому варианту поставлена задача создания оптико-электронного устройства для измерения, при применении которого обеспечивается измерение расстояний с повышенной точностью в диапазоне измерений, сравнимом или более широком, чем обеспечивается аналогичными решениями.The basis of the invention according to the fourth embodiment is the task of creating an optical-electronic device for measurement, the application of which ensures the measurement of distances with increased accuracy in a measurement range comparable to or wider than that provided by similar solutions.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение оптико-электронное устройство для измерения расстояний по четвертому варианту, состоит в повышении точности в широком диапазоне измерений. Дополнительный технический результат состоит в обеспечении достоверности результатов измерений.The technical result, to which the claimed invention is directed, is an optical-electronic device for measuring distances according to the fourth embodiment, consists in increasing accuracy in a wide range of measurements. An additional technical result is to ensure the reliability of the measurement results.

Для достижения указанного выше технического результата оптико-электронное устройство для измерения расстояний содержит один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система которого включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детектором, согласно изобретению один или более элементов оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или по меньшей мере один детектор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и/или по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы, а устройство снабжено блоком оценки точности и корректировки результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, и блоком регулировки смещения детектора, положений элементов оптической системы и форм диафрагм соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки точности и корректировки результатов измерений.To achieve the above technical result, the optical-electronic device for measuring distances contains one channel for forming and fixing images, the optical system of which includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for fixing images, a unit for estimating distances connected to a detector according to the invention, one or more elements of the optical system are mounted to move along the optical axis and / or at least one detector is installed with the possibility перемещения displacements along the optical axis and / or rotation around the intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and / or at least one diaphragm is configured to change its shape, and the device is equipped with a unit assessment of accuracy and correction of measurement results connected to the unit for estimating distances and the unit for adjusting the detector bias, element positions in the optical system and form the diaphragms connected to the evaluation unit and distance accuracy evaluation unit and adjusting the measurement results.

УстановкаInstallation

одного или более элемента оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis with the provision of different magnitudes of the displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and the detector with the possibility of movement along the optical axis with the provision of different magnitudes of the displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and the detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with providing different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis to provide different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and the detector with the possibility of movement along the optical axis and the detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with providing different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the possibility of movement along the optical axis and the detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with providing different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured changes in its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis and the detector with the ability to move along the optical axis to provide different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также одного или более элементов оптической системы с возможностью перемещения вдоль оптической оси и детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as one or more elements of the optical system with the ability to move along the optical axis and the detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,as well as a detector with the ability to move along the optical axis to provide different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as a detector that can be moved along the optical axis to provide different displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as a detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов,as well as a detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector with providing different amounts of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels,

а также детектора с возможностью перемещения вдоль оптической оси и вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы,as well as a detector with the ability to move along the optical axis and rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system,

а также детектора с возможностью вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,as well as a detector with the possibility of rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and at least one diaphragm is configured to change its shape,

а также по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы,and at least one diaphragm is configured to change its shape,

позволяют требуемым образом изменять оптические передаточные функции устройства.allow the desired way to change the optical transfer functions of the device.

Снабжение устройства блоком оценки погрешности и исправления измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, позволяет на основе статистических данных оценить диапазон возможного положения наблюдаемого объекта, определить погрешность измерений, выявить области с недопустимой погрешностью, а также исправить результаты измерений, полученные в блоке оценки расстояний, замещая результаты измерений более вероятными значениями. Таким образом, повышается точность и обеспечивается достоверность данных измерений.Providing the device with a unit for estimating the error and correction of measurements connected to the unit for estimating distances allows us to estimate the range of the possible position of the observed object based on statistical data, determine the error of measurements, identify areas with an unacceptable error, and also correct the measurement results obtained in the unit for estimating distances, replacing measurement results are more likely values. Thus, the accuracy is increased and the reliability of the measurement data is ensured.

Снабжение устройства блоком регулировки смещения детектора, положений элементов оптической системы и форм диафрагм, соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки погрешности и исправления измерений позволяет посредством учета состава пространственного спектра полученных изображений и информации о диапазоне возможного положения наблюдаемого объекта, определить, каким образом необходимо изменить конфигурацию устройства для обеспечения оптических передаточных функций, которые проще различить для различных расстояний до наблюдаемого объекта, когда объект находится в пределах диапазона возможного положения. Новые оптические передаточные функции позволяют провести новый цикл измерений с повышенной точностьюThe supply of the device with a unit for adjusting the detector bias, the positions of the elements of the optical system and the shape of the apertures connected to the unit for estimating the distances and the unit for estimating the error and correcting measurements allows, by taking into account the composition of the spatial spectrum of the obtained images and information on the range of the possible position of the observed object, determine how to change device configuration to provide optical transfer functions that are easier to distinguish for different distances to Observable object when the object is within a range of possible positions. New optical transfer functions allow for a new measurement cycle with increased accuracy

Устройство может быть снабжено источником оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта. Снабжение устройства источником оптического излучения позволяет создать дополнительное освещение наблюдаемого объекта в случае его слабой освещенности или же создать немонотонную освещенность, если распределение яркости наблюдаемого объекта монотонное.The device can be equipped with an optical radiation source designed to form illumination of the observed object. Providing the device with an optical radiation source allows you to create additional illumination of the observed object in case of low light or to create non-monotonic illumination if the brightness distribution of the observed object is monotonic.

На фиг.1 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с общим полем зрения с регулировкой положения элементов оптической системы, положения детекторов и формы диафрагм (первый вариант заявляемого устройства); на фиг.2 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с раздельными полями зрения с регулировкой положения элементов оптической системы, положения детекторов и формы диафрагм (первый вариант заявляемого устройства); на фиг.3 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с общим полем зрения с блоком оценки погрешности и исправления результатов измерений (второй вариант заявляемого устройства); на фиг.4 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с раздельными полями зрения с блоком оценки погрешности и исправления результатов измерений (второй вариант заявляемого устройства); на фиг.5 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с общим полем зрения (третий вариант заявляемого устройства); на фиг.6 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с двумя каналами с раздельными полями зрения (третий вариант заявляемого устройства); на фиг.7 изображена схема оптико-электронного устройства для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний с последовательной фиксацией изображений(четвертый вариант заявляемого устройства); на фиг.8 приведена схема двухканального устройства с общим полем зрения для объяснения примеров применения способов; на графиках фиг.9-а, 9-б, 9-в приведены оптические передаточные функции пары каналов устройства, изображенного на фиг.8, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{11}}^{\text{'}}$$

; на графиках фиг.10-а, 10-б, 10-в приведены функции рассеяния точки пары каналов устройства, изображенного на фиг.8, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{11}}^{\text{'}}$$

; на фиг.11 приведены две реализации пространственного распределения шума; на фиг.12 - распределение спектра шума по частотам для двух реализаций, приведенных на фиг.11 и постоянный уровень, выбранный и сохраненный в качестве порогового для обработки изображений; на фиг.13 - одномерное пространственное распределение яркости наблюдаемого объекта для объяснения примеров применения способов; на фиг.14 - пара размытых изображений объекта с распределением яркости фиг.13; на фиг.15 - пара размытых и искаженных шумом изображений объекта с распределением яркости фиг.13; на фиг.16 - оконная функция Хемминга; на фиг.17 - преобразованные с помощью оконной функции Хемминга изображения, приведенные на фиг.15; на фиг.18 - логарифмы амплитуд пространственных спектров изображений, приведенных на фиг.17, для положительной части диапазона частот; на фиг.19 - промежуточные результаты обработки изображений для пояснения примеров применения способов; на фиг.20-а, 20-б, 20-в отношения модулей оптических передаточных функций пары каналов устройства, изображенного на фиг.8, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{11}}^{\text{'}}$$

, для различных измеряемых расстояний, используемые в процессе обработки изображений; на фиг.21 - промежуточные результаты обработки изображений для пояснения примеров применения способов; на фиг.22 - значения целевой функции пары каналов для объяснения примера применения способов; на графиках фиг.23-а, 23-б, 23-в приведены оптические передаточные функции пары каналов устройства, изображенного на фиг.36, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{1}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{4}}^{\text{'}}$$

; на графиках фиг.24-а, 24-б, 24-в приведены функции рассеяния точки пары каналов устройства, изображенного на фиг.36, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{1}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{4}}^{\text{'}}$$

; на фиг.25 - пара размытых изображений объекта с распределением яркости фиг.13; на фиг.26 - пара размытых и искаженных шумом изображений объекта с распределением яркости фиг.25; на фиг.27 - преобразованные с помощью оконной функции Хемминга изображения, приведенные на фиг.26; на фиг.28 - логарифмы амплитуд пространственных спектров изображений, приведенных на фиг.27, для положительной части диапазона частот; на фиг.29 - промежуточные результаты обработки изображений для пояснения примеров применения способов; на фиг.30-а, 30-б, 30-в - отношения модулей оптических передаточных функций пары каналов устройства, изображенного на фиг.36, для различных измеряемых расстояний при положениях детекторов каналов $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{1}}^{\text{'}}$$

и $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{'}}={\text{S}}_{\text{4}}^{\text{'}}$$

, для различных измеряемых расстояний, используемые в процессе обработки изображений; на фиг.31 - промежуточные результаты обработки изображений для пояснения примеров применения способов: на фиг.32 - значения целевой функции пары каналов для объяснения примера применения способов; на фиг.33 - значения целевой функции пары каналов, а также среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, и она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений; на фиг.34 - промежуточные результаты обработки изображений для пояснения примеров применения способов; на фиг.35 - значения целевой функции пары каналов, а также среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, и она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений; на фиг.36 приведена схема двухканального устройства с общим полем зрения и перемещением детекторов для объяснения примеров применения способов; на фиг.37 приведена схема двухканального устройства с общим полем зрения и блоком оценки погрешности для объяснения примеров применения способов; на фиг.38 - одномерное пространственное распределение яркости наблюдаемого объекта для объяснения примера применения способа оценки погрешности и исправления результатов произведенных измерений; на фиг.39 - пара размытых и искаженных шумом изображений объекта с распределением яркости фиг.38, расположенного на расстоянии S₀=S₅; на фиг.40 - пара размытых и искаженных шумом изображений объекта с распределением яркости фиг.38, расположенного на расстоянии S₀=S₈; на фиг.41 - значения целевой функции пары каналов для объяснения примеров применения способов при обработке изображений, приведенных на фиг.39; на фиг.42 - значения целевой функции пары каналов для объяснения примеров применения способов при обработке изображений, приведенных на фиг.40; на фиг.43 - значения среднестатистической нормированной целевой функции и среднестатистической нормированной целевой функции, уменьшенной на величину среднеквадратических отклонений, для расстояния до тест-объектов S₀=S₅; на фиг.44 - значения среднестатистической нормированной целевой функции и среднестатистической нормированной целевой функции, уменьшенной на величину среднеквадратических отклонений, для расстояния до тест-объектов S₀=S₈; на фиг.45 - значения среднестатистической нормированной целевой функции и среднестатистической нормированной целевой функции, уменьшенной на величину среднеквадратических отклонений, для диапазона измерений, используемые при определении диапазона возможных положений объекта.Figure 1 shows a diagram of an optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with a common field of view with adjusting the position of the elements of the optical system, the position of the detectors and the shape of the diaphragms (the first version of the claimed device); figure 2 shows a diagram of an optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with separate fields of view with adjusting the position of the elements of the optical system, the position of the detectors and the shape of the diaphragms (the first version of the claimed device); figure 3 shows a diagram of an optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with a common field of view with a unit for estimating the error and correcting the measurement results (second version of the claimed device); figure 4 shows a diagram of an optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with separate fields of view with a unit for estimating errors and correcting measurement results (the second version of the claimed device); figure 5 shows a diagram of an optoelectronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with a common field of view (third version of the claimed device); figure 6 shows a diagram of an optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with two channels with separate fields of view (the third version of the claimed device); Fig. 7 shows a diagram of an optoelectronic device for determining optical transfer functions and measuring distances with sequential image capture (fourth embodiment of the inventive device); on Fig shows a diagram of a two-channel device with a common field of view to explain examples of application of the methods; on the graphs of FIGS. 9-a, 9-b, 9-c the optical transfer functions of the channel pair of the device shown in FIG. 8 are shown for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{eleven}}^{\text{''}}$$

; on the graphs of FIGS. 10-a, 10-b, 10-c, the scattering functions of the point of the channel pair of the device shown in FIG. 8 are shown for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{eleven}}^{\text{''}}$$

; figure 11 shows two implementations of the spatial distribution of noise; on Fig - distribution of the noise spectrum over frequencies for the two implementations shown in Fig.11 and a constant level, selected and stored as a threshold for image processing; on Fig - one-dimensional spatial distribution of the brightness of the observed object to explain examples of application of the methods; on Fig - a pair of blurry images of the object with the distribution of brightness of Fig.13; on Fig - a pair of blurred and noise-distorted images of the object with a brightness distribution of Fig.13; on Fig - windowing function of Hamming; on Fig - converted using the window Hamming function of the image shown in Fig; on Fig - logarithms of the amplitudes of the spatial spectra of the images shown in Fig, for the positive part of the frequency range; on Fig - intermediate results of image processing to explain examples of the application of the methods; on Fig-a, 20-b, 20-in the ratio of the modules of the optical transfer functions of the pair of channels of the device shown in Fig, for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{3}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{eleven}}^{\text{''}}$$

, for various measured distances used in image processing; on Fig - intermediate results of image processing to explain examples of the application of the methods; on Fig - values of the objective function of a pair of channels to explain an example of the application of the methods; on the graphs of Fig.23-a, 23-b, 23-c shows the optical transfer functions of a pair of channels of the device depicted in Fig.36, for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{one}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{four}}^{\text{''}}$$

; on the graphs of Fig.24-a, 24-b, 24-c shows the scattering function of the point of the pair of channels of the device shown in Fig.36, for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{one}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{four}}^{\text{''}}$$

; in Fig.25 is a pair of blurry images of an object with a brightness distribution of Fig.13; on Fig - a pair of blurred and noise-distorted images of the object with a brightness distribution of Fig.25; in Fig.27 - converted using the window Hamming function of the image shown in Fig.26; on Fig - logarithms of the amplitudes of the spatial spectra of the images shown in Fig.27, for the positive part of the frequency range; on Fig - intermediate results of image processing to explain examples of application of the methods; on Fig-a, 30-b, 30-c - the relationship of the modules of the optical transfer functions of a pair of channels of the device shown in Fig for various measured distances at the positions of the channel detectors $${\text{S}}_{\text{a}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{one}}^{\text{''}}$$

and $${\text{S}}_{\text{b}}^{\text{''}}={\text{S}}_{\text{four}}^{\text{''}}$$

, for various measured distances used in image processing; on Fig - intermediate results of image processing to explain examples of the application of methods: Fig - values of the objective function of a pair of channels to explain an example of the application of the methods; on Fig - values of the objective function of a pair of channels, as well as the average normalized objective function for the measurement range, and it is reduced by the standard deviation for the measurement range; on Fig - intermediate results of image processing to illustrate examples of application of the methods; on Fig - values of the objective function of a pair of channels, as well as the average normalized objective function for the measurement range, and it is also reduced by the standard deviation for the measurement range; on Fig shows a diagram of a two-channel device with a common field of view and moving detectors to explain examples of application of the methods; Fig. 37 is a diagram of a two-channel device with a common field of view and an error estimation unit for explaining examples of application of the methods; on Fig - one-dimensional spatial distribution of the brightness of the observed object to explain an example of the application of the method for estimating the error and correcting the results of measurements; in Fig.39 - a pair of blurred and noise-distorted images of an object with a brightness distribution of Fig.38, located at a distance S ₀ = S ₅ ; in Fig.40 - a pair of blurred and noise-distorted images of the object with a brightness distribution of Fig.38, located at a distance S ₀ = S ₈ ; on Fig - values of the objective function of a pair of channels to explain examples of the application of the methods in image processing shown in Fig; on Fig - values of the objective function of a pair of channels to explain examples of the application of the methods in image processing shown in Fig; on Fig - values of the average normalized objective function and the average normalized objective function, reduced by the value of standard deviations, for the distance to the test objects S ₀ = S ₅ ; on Fig - values of the average normalized objective function and the average normalized objective function, reduced by the standard deviation, for the distance to the test objects S ₀ = S ₈ ; on Fig - values of the average normalized objective function and the average normalized objective function, reduced by the value of standard deviations for the measurement range used in determining the range of possible positions of the object.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по первому варианту содержит не менее двух каналов 1 формирования изображений, оптическая система каждого из каналов 1 включает в качестве ее элементов 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также по меньшей мере одну диафрагму 3. Матричный светочувствительный детектор 4 каждого канала 1 формирования и фиксации изображений осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4.The optical-electronic device for measuring distances according to the first embodiment contains at least two image forming channels 1, the optical system of each channel 1 includes 2 elements, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, filters or other types of optical components, as well as at least one aperture 3. The matrix photosensitive detector 4 of each channel 1 of the formation and fixation of images carries out the fixation of images. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4.

Возможно различное выполнение многоканального оптико-электронного устройства с регулировкой положения элементов оптической системы, положения детекторов и формы диафрагм (содержит не менее двух каналов).It is possible to perform a multi-channel optical-electronic device with adjusting the position of the elements of the optical system, the position of the detectors and the shape of the diaphragms (contains at least two channels).

При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы (Фиг.1) устройство дополнительно включает в качестве элементов 2 оптической системы по меньшей мере один светоделитель 12, который может выполнять не только функцию разделения светового излучения по каналам, но также и функцию диафрагмы. После светоделителя 12 могут располагаться элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 для отдельных каналов 1 или одна диафрагма 3 общая для отдельных каналов 1 совпадающая со светоделителем 12.When performing channels 1 with a common part of the optical system (FIG. 1), the device further includes at least one beam splitter 12 as elements of the optical system 2, which can perform not only the function of dividing light radiation into channels, but also the function of the diaphragm. After the beam splitter 12, there may be elements 2 of the optical system and the diaphragm 3 for individual channels 1 or one diaphragm 3 common for the individual channels 1 coinciding with the beam splitter 12.

При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 оси полей зрения каналов 1 выполнены параллельно и не совпадают друг с другом (Фиг.2). Оси полей зрения могут не быть параллельными, а образовывать угол конвергенции. Данное устройство используется при измерении расстояний, когда на изображениях отсутствует эффект параллакса или компенсируется с помощью алгоритмов обработки изображений.When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the axis of the field of view of channels 1 are parallel and do not coincide with each other (Figure 2). The axes of the visual fields may not be parallel, but form an angle of convergence. This device is used when measuring distances when the images do not have a parallax effect or are compensated by image processing algorithms.

Во всех многоканальных устройствах один или более элементов 2 оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси или вращения вокруг точки А пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью матричного светочувствительного детектора 4 с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора относительно заднего фокуса F' оптической системы отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1 и/или по меньшей мере одна диафрагма 3 выполнена с возможностью изменения ее формы. Устройство снабжено блоком 6 оценки точности измерений, соединенным с блоком 5 оценки расстояний, и блоком 7 регулировки взаимного смещения детекторов, положений элементов оптической системы и форм диафрагм соединенным с блоком 5 оценки расстояний и блоком 6 оценки точности измерений. Имеются узлы 8 перемещения элементов 2 оптической системы, узлы 9 перемещения и поворота матричных светочувствительных детекторов 4 и узлы 13 управления формой диафрагмы.In all multichannel devices, one or more elements of the optical system 2 are arranged to move along the optical axis and / or at least one matrix photosensitive detector 4 is mounted to move along the optical axis or rotate around point A of the intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 with the provision of the bias of the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector relative to the back focus F 'about cal system different from the corresponding displacements of the matrix of photosensitive detectors 4 other channels 1 and / or at least one diaphragm 3 is arranged to change its shape. The device is equipped with a unit 6 for evaluating the accuracy of measurements connected to a unit 5 for estimating distances, and a unit 7 for adjusting the mutual displacement of the detectors, the positions of the elements of the optical system and the shape of the apertures connected with unit 5 for evaluating distances and for unit 6 for evaluating the accuracy of measurements. There are nodes 8 for moving elements 2 of the optical system, nodes 9 for moving and rotating matrix photosensitive detectors 4, and nodes 13 for controlling the shape of the diaphragm.

Устройство может быть снабжено источником 10 оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта 11.The device can be equipped with a source 10 of optical radiation, designed to generate illumination of the observed object 11.

Наблюдаемый объект 11 может быть один или их может быть несколько.The observed object 11 may be one or there may be several.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по второму варианту содержит не менее двух каналов 1 формирования изображений, оптическая система каждого из каналов 1 включает в качестве ее элементов 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также по меньшей мере одну диафрагму 3. Матричный светочувствительный детектор 4 каждого канала 1 формирования и фиксации изображений осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4.The optical-electronic distance measuring device according to the second embodiment contains at least two image forming channels 1, the optical system of each of the channels 1 includes as its elements 2, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, optical filters or other types of optical parts, as well as at least one aperture 3. The matrix photosensitive detector 4 of each channel 1 of the formation and fixation of images carries out the fixation of images. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4.

Возможно различное выполнение многоканального оптико-электронного устройства с блоком оценки погрешности и исправления результатов измерений (содержит не менее двух каналов). При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы (Фиг.3) устройство дополнительно включает в качестве элементов 2 оптической системы по меньшей мере один светоделитель 12, который может выполнять не только функцию разделения светового излучения по каналам, но также и функцию диафрагмы. После светоделителя 12 могут располагаться элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 для отдельных каналов 1. При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 оси полей зрения каналов 1 выполнены параллельно и не совпадают друг с другом (Фиг.4). Оси полей зрения могут не быть параллельными, а образовывать угол конвергенции. Данное устройство используется при измерении расстояний, когда на изображениях отсутствует эффект параллакса или компенсируется с помощью алгоритмов обработки изображений.It is possible to perform a multi-channel optical-electronic device with a unit for estimating errors and correcting measurement results (contains at least two channels). When performing channels 1 with a common part of the optical system (FIG. 3), the device further includes at least one beam splitter 12 as elements of the optical system 2, which can perform not only the function of dividing light radiation into channels, but also the function of the diaphragm. After the beam splitter 12, there may be elements 2 of the optical system and aperture 3 for individual channels 1. When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the axes of the field of view of channels 1 are parallel and do not coincide (Figure 4). The axes of the visual fields may not be parallel, but form an angle of convergence. This device is used when measuring distances when the images do not have a parallax effect or are compensated by image processing algorithms.

Во всех многоканальных устройствах один или более элементов 2 оптической системы и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1. Устройство снабжено блоком 6 оценки точности измерений, соединенным с блоком 5 оценки расстояний.In all multichannel devices, one or more elements of the optical system 2 and / or at least one matrix photosensitive detector 4 are installed to bias the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system different from the corresponding offsets of the matrix photosensitive detectors 4 of other channels 1 The device is equipped with a unit 6 for evaluating the accuracy of measurements connected to a unit 5 for estimating distances.

Устройство может быть снабжено источником 10 оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта 11.The device can be equipped with a source 10 of optical radiation, designed to generate illumination of the observed object 11.

Наблюдаемый объект 11 может быть один или их может быть несколько.The observed object 11 may be one or there may be several.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по третьему варианту содержит не менее двух каналов 1 формирования изображений, оптическая система каждого из каналов 1 включает в качестве ее элементов 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также по меньшей мере одну диафрагму 3. Матричный светочувствительный детектор 4 каждого канала 1 формирования и фиксации изображений осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4.The optical-electronic distance measuring device according to the third embodiment contains at least two image forming channels 1, the optical system of each of the channels 1 includes 2 elements, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, light filters or other optical types, as well as at least one aperture 3. The matrix photosensitive detector 4 of each channel 1 of the formation and fixation of images carries out image fixing. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4.

Возможно различное выполнение многоканального оптико-электронного устройства с двумя каналами. При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы (Фиг.5) устройство может дополнительно включать в качестве элементов 2 оптической системы по меньшей мере один светоделитель 12, который может выполнять не только функцию разделения светового излучения по каналам, но также и функцию диафрагмы. После светоделителя 12 могут располагаться элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 для отдельных каналов 1. При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 оси полей зрения каналов 1 выполнены параллельно и не совпадают друг с другом (Фиг.6). Оси полей зрения могут не быть параллельными, а образовывать угол конвергенции. Данное устройство используется при измерении расстояний, когда на изображениях отсутствует эффект параллакса или компенсируется с помощью алгоритмов обработки изображений.Perhaps a different implementation of a multi-channel optical-electronic device with two channels. When performing channels 1 with a common part of the optical system (FIG. 5), the device can further include at least one beam splitter 12 as elements of the optical system 2, which can perform not only the function of dividing light radiation into channels, but also the function of the diaphragm. After the beam splitter 12, there may be elements 2 of the optical system and aperture 3 for individual channels 1. When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the axis of the field of view of channels 1 are parallel and do not coincide with each other (Fig.6). The axes of the visual fields may not be parallel, but form an angle of convergence. This device is used when measuring distances when the images do not have a parallax effect or are compensated by image processing algorithms.

Во всех многоканальных устройствах один или более элементов 2 оптической системы и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1.In all multichannel devices, one or more elements of the optical system 2 and / or at least one matrix photosensitive detector 4 are installed to bias the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system different from the corresponding offsets of the matrix photosensitive detectors 4 of other channels 1 .

Устройство может быть снабжено источником 10 оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта 11.The device can be equipped with a source 10 of optical radiation, designed to generate illumination of the observed object 11.

Наблюдаемый объект 11 может быть один или их может быть несколько.The observed object 11 may be one or there may be several.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по четвертому варианту (Фиг.7) содержит один канал 1 формирования и фиксации изображений, оптическая система которого включает в качестве ее элементов 2, например линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также диафрагму 3. Матричный светочувствительный детектор 4 каждого канала 1 осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4.The optical-electronic device for measuring distances according to the fourth embodiment (Fig. 7) contains one channel 1 for forming and fixing images, the optical system of which includes 2 elements, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, filters, or other types of optical parts as well as aperture 3. A matrix photosensitive detector 4 of each channel 1 captures images. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4.

Один или более элементов 2 оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси или вращения вокруг точки пересечения А оптической оси со светочувствительной поверхностью матричного светочувствительного детектора 4 с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы и/или по меньшей мере одна диафрагма 3 выполнена с возможностью изменения ее формы.One or more elements 2 of the optical system are mounted to move along the optical axis and / or at least one matrix photosensitive detector 4 is mounted to move along the optical axis or rotate around the intersection point A of the optical axis with the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4, providing different the magnitude of the displacement of the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system we and / or at least one diaphragm 3 is configured to change its shape.

Устройство снабжено блоком 6 оценки точности измерений, соединенным с блоком 5 оценки расстояний, и блоком 7 регулировки взаимного смещения детекторов, положений элементов оптической систем и форм диафрагм соединенным с блоком 5 оценки расстояний и блоком 6 оценки точности измерений.The device is equipped with a unit 6 for evaluating the accuracy of measurements connected to a unit 5 for estimating distances, and a unit 7 for adjusting the mutual displacement of the detectors, the positions of the elements of the optical systems and shapes of apertures connected with a unit 5 for evaluating the distances and unit 6 for evaluating the accuracy of measurements.

Устройство может быть снабжено источником 10 оптического излучения, предназначенным для формирования освещения наблюдаемого объекта 11.The device can be equipped with a source 10 of optical radiation, designed to generate illumination of the observed object 11.

Наблюдаемый объект 11 может быть один или их может быть несколько.The observed object 11 may be one or there may be several.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по первому варианту работает следующим образом.Optoelectronic device for measuring distances according to the first embodiment works as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов 11. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов 11, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты 11. Оптическая система каждого из каналов 1 фокусирует излучение от наблюдаемых объектов в плоскостях фокусировки и формирует изображение наблюдаемых объектов 11.The optical radiation comes from the observed objects 11. This can be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects 11, as well as the optical radiation passing through the observed objects 11. The optical system of each channel 1 focuses the radiation from the observed objects in the focusing planes and forms an image of the observed objects 11.

При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и разделяются светоделителем 12. Далее диафрагма 3 осуществляет ограничение оптического излучения. Диафрагма может быть общей для каналов устройства и располагаться перед светоделителем.When performing channels 1 with a common part of the optical system, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and are separated by a beam splitter 12. Next, the diaphragm 3 restricts the optical radiation. The diaphragm may be common to the channels of the device and located in front of the beam splitter.

При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 осуществляют ограничение оптического излучения.When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and the diaphragm 3 limit the optical radiation.

Оптической системой формируются изображения наблюдаемых объектов на матричных светочувствительных детекторах 4, которые преобразуют оптическое излучение в электрический сигнал.The optical system forms images of the observed objects on a matrix of photosensitive detectors 4, which convert the optical radiation into an electrical signal.

С помощью узлов 8 перемещения элементов оптической системы перемещают один или более элементов 2 оптической системы вдоль оптической оси и/или с помощью узлов 9 перемещения и поворота матричных светочувствительных детекторов перемещают по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 вдоль оптической оси или вращают вокруг точки А пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью матричного светочувствительного детектора 4 с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительно детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы одного канала 1 отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1 и/или с помощью узлов 9 управления формой диафрагмы изменяют форму по меньшей мере одной диафрагмы 3, что позволяет сформировать изображения с различной степенью размытия, определяемой в первую очередь масштабами функции размытия точки. Если различное смещение светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы одного канала от соответствующих смещений детекторов других каналов обеспечивается наклоном детекторов, то допускается наличие зоны с одинаковым смещением, которая представляет собой область, близлежащую к линии, образованной пересечением светочувствительных поверхностей детекторов.Using nodes 8 for moving elements of the optical system, one or more elements 2 of the optical system are moved along the optical axis and / or using nodes 9 for moving and rotating the matrix photosensitive detectors, at least one matrix photosensitive detector 4 is moved along the optical axis or rotated around the intersection point A optical axis with a photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 with the provision of the bias of the photosensitive surface of the matrix photosensitive But the detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system of one channel 1 different from the corresponding displacements of the matrix photosensitive detectors 4 of the other channels 1 and / or using the nodes 9 to control the shape of the diaphragm change the shape of at least one diaphragm 3, which allows you to create images with different degrees blur, determined primarily by the scale of the blur function of the point. If a different shift of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of one channel from the corresponding displacements of the detectors of the other channels is provided by the tilt of the detectors, then it is allowed to have a zone with the same offset, which is the area adjacent to the line formed by the intersection of the photosensitive surfaces of the detectors.

Электрический сигнал преобразуется или непосредственно с помощью матричного светочувствительного детектора 4 или с помощью дополнительных аналогово-цифровых преобразователей в поток цифровых данных - цифровые изображения.The electrical signal is converted either directly using a matrix photosensitive detector 4 or using additional analog-to-digital converters into a digital data stream - digital images.

Формирование и фиксация двух и более цифровых изображений осуществляется параллельно или последовательно.The formation and fixation of two or more digital images is carried out in parallel or sequentially.

Цифровые изображения передаются в блок 5 оценки расстояний, который осуществляет обработку изображений и измеряет расстояние. Измерение расстояний осуществляется посредством определения оптических передаточных функций каналов 1 для различных областей изображения, которым соответствуют различные области поля зрения устройства. Промежуточные результаты работы блока 5 оценки расстояний и непосредственно оценки измеряемых расстояний передаются в блок 6 оценки точности измерений. На основе этих данных блок 6 оценки точности измерений определяет точность проведенных измерений для каждой области измерений. Результаты оценки точности могут быть переданы потребителю результатов измерений, а также в блок 7 регулировки или в блок 5 оценки расстояний для их дальнейшей переработки и/или учета при следующем цикле измерений. Например, данные о точности проведенных измерений могут использоваться потребителем непосредственно при анализе результатов измерений, или же, в блоке 5 оценки расстояний может осуществляться отслеживание изменения результатов измерения и оценки точности во времени. Блок 7 регулировки осуществляет управлением устройством на основании данных о точности проведенных измерений, передавая управляющие сигналы узлам 8 перемещения элементов 2 оптической системы, узлам 9 перемещения и поворота матричных светочувствительных детекторов 4 и узлам 13 управления формой диафрагм 3, осуществляя перемещение элементов 2 оптической системы, перемещение и поворот матричных светочувствительных детекторов 4 и изменение формы диафрагм 3.Digital images are transmitted to the distance estimator 5, which processes the images and measures the distance. The measurement of distances is carried out by determining the optical transfer functions of the channels 1 for different areas of the image, which correspond to different areas of the field of view of the device. The intermediate results of the unit 5 for estimating distances and directly evaluating the measured distances are transmitted to unit 6 for evaluating the accuracy of measurements. Based on this data, unit 6 for measuring measurement accuracy determines the accuracy of the measurements for each measurement area. The results of the accuracy assessment can be transferred to the consumer of the measurement results, as well as to the adjustment unit 7 or to the distance estimation unit 5 for further processing and / or accounting in the next measurement cycle. For example, the data on the accuracy of the measurements taken can be used by the consumer directly when analyzing the measurement results, or, in block 5 of the distance assessment can be monitored changes in the measurement results and accuracy estimates over time. The adjustment unit 7 controls the device based on the accuracy of the measurements, transmitting control signals to the nodes 8 of the movement of the elements 2 of the optical system, nodes 9 to move and rotate the matrix of photosensitive detectors 4 and the nodes 13 to control the shape of the diaphragms 3, moving the elements 2 of the optical system, moving and rotation of the matrix photosensitive detectors 4 and the change in the shape of the diaphragms 3.

В случае недостаточной освещенности наблюдаемых объектов 11 включают источник 10 оптического излучения, который изменяет освещенность наблюдаемых объектов.In case of insufficient illumination of the observed objects 11 include a source of optical radiation 10, which changes the illumination of the observed objects.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по второму варианту работает следующим образом.The optoelectronic device for measuring distances according to the second embodiment operates as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов 11. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов 11, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты 11. Оптическая система каждого из каналов 1 фокусирует излучение от наблюдаемых объектов в плоскостях фокусировки и формирует изображение наблюдаемых объектов 11.The optical radiation comes from the observed objects 11. This can be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects 11, as well as the optical radiation passing through the observed objects 11. The optical system of each channel 1 focuses the radiation from the observed objects in the focusing planes and forms an image of the observed objects 11.

При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и разделяются светоделителем 12. Далее диафрагма 3 осуществляет ограничение оптического излучения. Диафрагма может быть общей для каналов устройства и располагаться перед светоделителем.When performing channels 1 with a common part of the optical system, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and are separated by a beam splitter 12. Next, the diaphragm 3 restricts the optical radiation. The diaphragm may be common to the channels of the device and located in front of the beam splitter.

При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 осуществляют ограничение оптического излучения.When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and the diaphragm 3 limit the optical radiation.

Оптической системой формируются изображения наблюдаемых объектов на матричных светочувствительных детекторах 4, которые преобразуют оптическое излучение в электрический сигнал.The optical system forms images of the observed objects on a matrix of photosensitive detectors 4, which convert the optical radiation into an electrical signal.

Один или более элементов 2 оптической системы и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлены перед началом работы с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы, отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1, что позволяет сформировать изображения с различной степенью размытия, определяемой в первую очередь масштабами функции размытия точки.One or more elements 2 of the optical system and / or at least one matrix photosensitive detector 4 is installed before starting work, ensuring the displacement of the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system, different from the corresponding displacements of the matrix photosensitive detectors 4 of other channels 1 , which allows you to form images with varying degrees of blur, determined primarily by the scale of the blur function of the point.

Электрический сигнал преобразуется или непосредственно с помощью матричного светочувствительного детектора 4 или с помощью дополнительных аналогово-цифровых преобразователей в поток цифровых данных - цифровые изображения.The electrical signal is converted either directly using a matrix photosensitive detector 4 or using additional analog-to-digital converters into a digital data stream - digital images.

Формирование и фиксация двух и более цифровых изображений осуществляется параллельно или последовательно.The formation and fixation of two or more digital images is carried out in parallel or sequentially.

Цифровые изображения передаются в блок 5 оценки расстояний, который осуществляет обработку изображений и измеряет расстояние. Измерение расстояний осуществляется посредством определения оптических передаточных функций каналов 1 для различных областей изображения, которым соответствуют различные области поля зрения устройства. Промежуточные результаты работы блока 5 оценки расстояний и непосредственно оценки измеряемых расстояний передаются в блок 6 оценки точности измерений. На основе этих данных блок 6 оценки точности измерений определяет точность проведенных измерений для каждой области измерений. Результаты оценки точности могут быть переданы потребителю результатов измерений, а также в блок 5 оценки расстояний для их дальнейшей переработки и/или учета при следующем цикле измерений. Например, данные о точности проведенных измерений могут использоваться потребителем непосредственно при анализе результатов измерений, или же, в блоке 5 оценки расстояний может осуществляться отслеживание изменения результатов измерения и оценки точности во времени.Digital images are transmitted to the distance estimator 5, which processes the images and measures the distance. The measurement of distances is carried out by determining the optical transfer functions of the channels 1 for different areas of the image, which correspond to different areas of the field of view of the device. The intermediate results of the unit 5 for estimating distances and directly evaluating the measured distances are transmitted to unit 6 for evaluating the accuracy of measurements. Based on this data, unit 6 for measuring measurement accuracy determines the accuracy of the measurements for each measurement area. The results of the accuracy assessment can be transferred to the consumer of the measurement results, as well as to block 5 for estimating distances for further processing and / or accounting in the next measurement cycle. For example, the data on the accuracy of the measurements taken can be used by the consumer directly when analyzing the measurement results, or, in block 5 of the distance assessment can be monitored changes in the measurement results and accuracy estimates over time.

В случае недостаточной освещенности наблюдаемых объектов 11 включают источник 10 оптического излучения, который изменяет освещенность наблюдаемых объектов.In case of insufficient illumination of the observed objects 11 include a source of optical radiation 10, which changes the illumination of the observed objects.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по третьему варианту работает следующим образом.The optical-electronic device for measuring distances according to the third embodiment works as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов 11. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов 11, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты 11. Оптическая система каждого из каналов 1 фокусирует излучение от наблюдаемых объектов в плоскостях фокусировки и формирует изображение наблюдаемых объектов 11.The optical radiation comes from the observed objects 11. This can be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects 11, as well as the optical radiation passing through the observed objects 11. The optical system of each channel 1 focuses the radiation from the observed objects in the focusing planes and forms an image of the observed objects 11.

При выполнении каналов 1 с общей частью оптической системы пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и разделяются светоделителем 12. Далее диафрагма 3 осуществляет ограничение оптического излучения. Диафрагма может быть общей для каналов устройства и располагаться перед светоделителем.When performing channels 1 with a common part of the optical system, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and are separated by a beam splitter 12. Next, the diaphragm 3 restricts the optical radiation. The diaphragm may be common to the channels of the device and located in front of the beam splitter.

При выполнении каналов 1 с отдельными оптическими системами для каждого матричного светочувствительного детектора 4 пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 осуществляют ограничение оптического излучения.When performing channels 1 with separate optical systems for each matrix photosensitive detector 4, the beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and the diaphragm 3 limit the optical radiation.

Оптической системой формируются изображения наблюдаемых объектов на матричных светочувствительных детекторах 4, которые преобразуют оптическое излучение в электрический сигнал.The optical system forms images of the observed objects on a matrix of photosensitive detectors 4, which convert the optical radiation into an electrical signal.

Один или более элементов 2 оптической системы и/или по меньшей мере один матричный светочувствительный детектор 4 установлены перед началом работы с обеспечением смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительного детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы, отличного от соответствующих смещений матричных светочувствительных детекторов 4 других каналов 1, что позволяет сформировать изображения с различной степенью размытия, определяемой в первую очередь масштабами функции размытия точки.One or more elements 2 of the optical system and / or at least one matrix photosensitive detector 4 is installed before starting work, ensuring the displacement of the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system, different from the corresponding displacements of the matrix photosensitive detectors 4 of other channels 1 , which allows you to form images with varying degrees of blur, determined primarily by the scale of the blur function of the point.

Электрический сигнал преобразуется или непосредственно с помощью матричного светочувствительного детектора 4 или с помощью дополнительных аналогово-цифровых преобразователей в поток цифровых данных - цифровые изображения.The electrical signal is converted either directly using a matrix photosensitive detector 4 or using additional analog-to-digital converters into a digital data stream - digital images.

Формирование и фиксация двух и более цифровых изображений осуществляется параллельно или последовательно.The formation and fixation of two or more digital images is carried out in parallel or sequentially.

Цифровые изображения передаются в блок 5 оценки расстояний, который осуществляет обработку изображений и измеряет расстояние. Измерение расстояний осуществляется посредством определения оптических передаточных функций каналов 1 для различных областей изображения, которым соответствуют различные области поля зрения устройства. Помимо данных измерений из блока 5 оценки расстояний потребителю могут быть переданы промежуточные результаты обработки изображений для их последующего анализа.Digital images are transmitted to the distance estimator 5, which processes the images and measures the distance. The measurement of distances is carried out by determining the optical transfer functions of the channels 1 for different areas of the image, which correspond to different areas of the field of view of the device. In addition to the measurement data from the distance estimation unit 5, intermediate results of image processing for subsequent analysis can be transmitted to the consumer.

В случае недостаточной освещенности наблюдаемых объектов 11 включают источник 10 оптического излучения, который изменяет освещенность наблюдаемых объектов.In case of insufficient illumination of the observed objects 11 include a source of optical radiation 10, which changes the illumination of the observed objects.

Оптико-электронное устройство для измерения расстояний по четвертому варианту работает следующим образом.The optical-electronic device for measuring distances according to the fourth embodiment works as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов 11. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов 11, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты 11. Оптическая система каждого из каналов 1 фокусирует излучение от наблюдаемых объектов в плоскостях фокусировки и формирует изображение наблюдаемых объектов 11.The optical radiation comes from the observed objects 11. This can be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects 11, as well as the optical radiation passing through the observed objects 11. The optical system of each channel 1 focuses the radiation from the observed objects in the focusing planes and forms an image of the observed objects 11.

Пучки лучей проходят через элементы 2 оптической системы и диафрагмы 3 осуществляют ограничение оптического излучения.Beams of rays pass through the elements 2 of the optical system and the diaphragm 3 limit the optical radiation.

Оптической системой формируются изображения наблюдаемых объектов на матричных светочувствительных детекторах 4, которые преобразуют оптическое излучение в электрический сигнал.The optical system forms images of the observed objects on a matrix of photosensitive detectors 4, which convert the optical radiation into an electrical signal.

С помощью узлов 8 перемещения элементов оптической системы перемещают один или более элементов 2 оптической системы вдоль оптической оси и/или с помощью узла 9 перемещают по матричный светочувствительный детектор 4 вдоль оптической оси или вращают вокруг точки А пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью матричного светочувствительного детектора 4 с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности матричного светочувствительно детектора 4 относительно заднего фокуса F' оптической системы канала 1 и/или с помощью узлов 9 управления формой диафрагмы изменяют форму по меньшей мере одной диафрагмы 3, что позволяет поочередно сформировать два и более изображения с различной степенью размытия, определяемой в первую очередь масштабами функции размытия точки. Если различная величина смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы канала от соответствующего смещения детектора при формировании предыдущего изображения обеспечивается наклоном детектора, то допускается наличие зоны с одинаковым смещением, которая представляет собой область, близлежащую к линии, образованной пересечением светочувствительных поверхностей детекторов.Using the nodes 8 for moving the elements of the optical system, one or more elements 2 of the optical system are moved along the optical axis and / or using the node 9 they are moved along the matrix photosensitive detector 4 along the optical axis or rotate around the point A of the intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the matrix photosensitive detector 4 relative to the back focus F 'of the optical system channel 1 and / or using nodes 9 control the shape of the diaphragm change the shape of at least one diaphragm 3, which allows you to alternately generate two or more images with different degrees of blur, determined primarily by the scale of the blur function of the point. If a different magnitude of the shift of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system of the channel from the corresponding shift of the detector during the formation of the previous image is ensured by the tilt of the detector, then it is allowed to have a zone with the same offset, which is the area adjacent to the line formed by the intersection of the photosensitive surfaces of the detectors.

Электрический сигнал преобразуется или непосредственно с помощью матричного светочувствительного детектора 4 или с помощью дополнительных аналогово-цифровых преобразователей в поток цифровых данных - цифровые изображения.The electrical signal is converted either directly using a matrix photosensitive detector 4 or using additional analog-to-digital converters into a digital data stream - digital images.

Формирование и фиксация двух и более цифровых изображений осуществляется последовательно.The formation and fixation of two or more digital images is carried out sequentially.

Цифровые изображения передаются в блок 5 оценки расстояний, который осуществляет обработку изображений и измеряет расстояние. Измерение расстояний осуществляется посредством определения оптических передаточных функций канала 1 для различных областей изображения, которым соответствуют различные области поля зрения устройства. Промежуточные результаты работы блока 5 оценки расстояний и непосредственно оценки измеряемых расстояний передаются в блок 6 оценки точности измерений. На основе этих данных блок 6 оценки точности измерений определяет точность проведенных измерений для каждой области измерений. Результаты оценки точности могут быть переданы потребителю результатов измерений, а также в блок 7 регулировки или в блок 5 оценки расстояний для их дальнейшей переработки и/или учета при следующем цикле измерений. Например, данные о точности проведенных измерений могут использоваться потребителем непосредственно при анализе результатов измерений, или же, в блоке 5 оценки расстояний может осуществляться отслеживание изменения результатов измерения и оценки точности во времени. Блок 7 регулировки осуществляет управление устройством на основании данных о точности проведенных измерений, передавая управляющие сигналы узлам 8 перемещения элементов 2 оптической системы, узлам 9 перемещения и поворота матричного светочувствительного детектора 4 и узлам 13 управления формой диафрагм 3, осуществляя перемещение элементов 2 оптической системы, перемещение и поворот матричного светочувствительного детектора 4 и изменение формы диафрагм 3.Digital images are transmitted to the distance estimator 5, which processes the images and measures the distance. The measurement of distances is carried out by determining the optical transfer functions of channel 1 for different areas of the image, which correspond to different areas of the field of view of the device. The intermediate results of the unit 5 for estimating distances and directly evaluating the measured distances are transmitted to unit 6 for evaluating the accuracy of measurements. Based on this data, unit 6 for measuring measurement accuracy determines the accuracy of the measurements for each measurement area. The results of the accuracy assessment can be transferred to the consumer of the measurement results, as well as to the adjustment unit 7 or to the distance estimation unit 5 for further processing and / or accounting in the next measurement cycle. For example, the data on the accuracy of the measurements taken can be used by the consumer directly when analyzing the measurement results, or, in block 5 of the distance assessment can be monitored changes in the measurement results and accuracy estimates over time. The adjustment unit 7 controls the device based on the accuracy of the measurements, transmitting control signals to the nodes 8 of the movement of the elements 2 of the optical system, nodes 9 to move and rotate the matrix photosensitive detector 4 and the nodes 13 to control the shape of the diaphragms 3, moving the elements 2 of the optical system, moving and rotation of the matrix photosensitive detector 4 and the change in the shape of the diaphragms 3.

В случае недостаточной освещенности наблюдаемых объектов 11 включают источник 10 оптического излучения, который изменяет освещенность наблюдаемых объектов.In case of insufficient illumination of the observed objects 11 include a source of optical radiation 10, which changes the illumination of the observed objects.

Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством по первому варианту осуществляется следующим образом.The method of obtaining and processing images to determine optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device according to the first embodiment is as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты. Оптические система устройства, одна или несколько, фокусируют излучение от наблюдаемых объектов и формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия. Светочувствительный матричный детектор, один или несколько, преобразует оптическое излучение в электрические величины. Далее эти электрические величины преобразуются в цифровую форму или схемой аналого-цифрового преобразования, встроенной в детектор изображения или с помощью внешних аналого-цифровых преобразователей. В процессе накопления, передачи и преобразования аналогового сигнала в цифровую форму полезный сигнал искажается шумами электронного тракта. Для простоты далее под шумовыми характеристиками детекторов понимаются все шумовые характеристики тракта фиксации изображения, влияющие на изображение. Для каждого светочувствительного матричного детектора может быть использована отдельная оптическая система. А может быть использована и общая оптическая система с разделением светового потока. Светочувствительный матричный детектор вместе с относящейся к нему частью оптической системы образует канал формирования и фиксации изображений. Для статичных объектов возможна реализация, когда последовательно фиксируют пару изображений с помощью одного светочувствительного матричного детектора и оптической системы. Всегда при формировании и фиксации изображений добиваются различной степени размытия формируемых изображений. Степень размытия известна и задается оптической передаточной функцией канала устройства для данного положения детектора, элементов оптической системы и формы диафрагмы канала в зависимости от расстояния до предмета. Причем для каждого процесса фиксации на каждом детекторе известен набор оптических передаточных функций, соответствующих различным расстояниям в пространстве предметов. Для обеспечения различной степени размытия, например, смещают светочувствительный матричный детектор относительно его положения, при котором было зафиксировано первое изображение. Также для обеспечения различной степени размытия можно изменять форму диафрагмы или перемещать элементы в оптической системе. Если фиксация изображений осуществляется с применением пары и более детекторов, то обеспечивают различную степень размытия аналогичными способами. При обеспечении различного смещения детектора или детекторов относительно заднего фокуса оптической системы оптические передаточные функции будут различными, и нет необходимости применять диафрагмы различной формы.Optical radiation comes from observable objects. This may be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects, as well as optical radiation passing through the observed objects. The optical system of the device, one or more, focuses the radiation from the observed objects and form at least two images of at least one observed object with a different degree of blur. A photosensitive matrix detector, one or more, converts optical radiation into electrical quantities. Further, these electrical quantities are converted to digital form either by an analog-to-digital conversion circuit built into the image detector or by using external analog-to-digital converters. In the process of accumulation, transmission and conversion of the analog signal into digital form, the useful signal is distorted by the noise of the electronic path. For simplicity, hereinafter, the noise characteristics of the detectors are understood to mean all the noise characteristics of the image fixing path that affect the image. A separate optical system can be used for each photosensitive matrix detector. And a general optical system with separation of the light flux can also be used. The photosensitive matrix detector, together with the related part of the optical system, forms a channel for image formation and fixation. For static objects, a realization is possible when a pair of images is sequentially captured using a single photosensitive matrix detector and an optical system. When forming and fixing images, they always achieve a varying degree of blurring of the generated images. The degree of blurring is known and is set by the optical transfer function of the channel of the device for a given detector position, elements of the optical system and the shape of the channel aperture depending on the distance to the object. Moreover, for each fixing process on each detector, a set of optical transfer functions corresponding to different distances in the space of objects is known. To provide varying degrees of blur, for example, the photosensitive matrix detector is shifted relative to its position at which the first image was captured. Also, to provide varying degrees of blur, you can change the shape of the diaphragm or move elements in the optical system. If the image is fixed using a pair of or more detectors, then they provide a different degree of blurring by similar methods. When providing a different offset of the detector or detectors relative to the back focus of the optical system, the optical transfer functions will be different, and there is no need to use diaphragms of various shapes.

Предварительно устройство калибруют. В процессе калибровки измеряют и сохраняют в памяти оптические передаточные функции каналов формирования изображений для различных измеряемых расстояний в пределах диапазона измерений. Это может быть сделано, например, следующим образом. Перед устройством размещают тестовый объект, имитирующий точечный источник излучения, расположенный на определенном расстоянии. Имитация точечного источника может быть выполнена с помощью приспособления, включающего коллиматор оптического излучения и оптическую систему, изменяющую расходимость пучков лучей. С помощью устройства для различных расстояний регистрируют изображение точечного источника - функцию рассеяния точки и находят оптическую передаточную функцию, представляющую собой пространственный спектр функции рассеяния точки.Pre-calibrated device. During the calibration process, the optical transfer functions of the imaging channels are measured and stored in memory for various measured distances within the measurement range. This can be done, for example, as follows. A test object simulating a point radiation source located at a certain distance is placed in front of the device. The imitation of a point source can be performed using a device that includes a collimator of optical radiation and an optical system that changes the divergence of the beams of rays. Using the device for different distances, the image of a point source — the point scattering function — is recorded and the optical transfer function, which is the spatial spectrum of the point scattering function, is found.

Также при калибровке проводят измерение шумовых характеристик светочувствительных детекторов изображения. При этом задают параметры усиления электрического сигнала, измеряют и сохраняют в памяти уровни шумов в виде амплитуд спектральной модели распределения шумов светочувствительных матричных детекторов. Шумовые характеристики могут быть измерены и в процессе фиксации изображений, если применяемые детекторы позволяют это осуществить.Also, during calibration, the noise characteristics of photosensitive image detectors are measured. In this case, the amplification parameters of the electric signal are set, the noise levels are measured and stored in the form of amplitudes of the spectral model of the noise distribution of the photosensitive matrix detectors. Noise characteristics can also be measured in the process of fixing images, if the used detectors allow this to be done.

Формирование и фиксация пары или более изображений сформированных с различными оптическими передаточными функциями каналов, участвующих в формировании изображений, связь между которыми известна, позволяют посредством последующей обработки изображений выбрать оптимальные оптические передаточные функции и провести косвенное измерение расстояния.The formation and fixation of a pair or more of images formed with various optical transfer functions of the channels involved in the formation of images, the connection between which is known, allows, through subsequent image processing, to select the optimal optical transfer functions and conduct an indirect distance measurement.

Для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, определяют измеряемое расстояние по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями.For each region of at least one observed object to which the image regions correspond, the measured distance is determined by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions.

Осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений следующим образом. После того как сформировали и зафиксировали не менее двух изображений выполняют обработку этих изображений. Обработка изображений может быть выполнена как непосредственно в устройстве, так и на удаленном вычислительном устройстве, реализуя указанный способ обработки. В процессе обработки изображений производят последовательность преобразований представления изображения в виде электрических величин или оптических сигналов. После получения изображений извлекают из памяти значения оптических передаточных функций для всех расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям светочувствительных матричных детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения. Находят отношения пар извлеченных из памяти оптических передаточных функций различных каналов для каждого измеряемого расстояния. Для частот, на которых хотя бы одна оптическая передаточная функция принимает нулевое значение, принимают значение отношения равным нулю. Осуществляют преобразования пар изображений, а затем объединяют результаты попарных преобразований. Обработку пары изображений проводят следующим образом. Выделяют одинаковую область пары изображений, при необходимости используя оконную функцию (например, окно Хемминга, Блэкмана или другие), выполняют спектральное преобразование этой области каждого изображения пары. Для каждой пространственной частоты находят отношение амплитуд спектральных представлений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума. Для тех частот, на которых хотя бы одна из амплитуд спектральных представлений меньше либо равна амплитуде спектра шума значение отношения принимается нулевым. Сравнение может осуществляться с величиной, близкой к амплитуде спектра шума для исключения из рассмотрения сигналов с недостаточной амплитудой. Например, это может быть амплитуда спектра шума плюс два среднеквадратических отклонения этой амплитуды, полученных по результатам измерений шумовых характеристик детекторов. Для каждого измеряемого расстояния находят отношения амплитуд пар оптических передаточных функций каналов, с помощью которых производилось получение рассматриваемой пары изображений. Для частот, на которых хотя бы одна оптическая передаточная функция принимает нулевое значение, принимают значение отношения равным нулю.Optimum optical transfer functions for each image region under consideration are selected as follows. After formed and recorded at least two images perform the processing of these images. Image processing can be performed both directly in the device and on a remote computing device, implementing the specified processing method. In the process of image processing, a sequence of transformations of the image representation in the form of electrical quantities or optical signals is performed. After obtaining the images, the values of the optical transfer functions for all distances within the measurement range that correspond to the positions of the photosensitive matrix detectors, optical elements, and the shapes of the diaphragms at which the images were formed and captured are retrieved from the memory. The relations of pairs of optical transmission functions of various channels extracted from the memory are found for each measured distance. For frequencies at which at least one optical transfer function takes a zero value, the value of the ratio is taken to be zero. Transform pairs of images, and then combine the results of pairwise transformations. Processing a pair of images is as follows. Identify the same region of a pair of images, if necessary using a window function (for example, a Hamming, Blackman window or others), perform spectral conversion of this region of each image of the pair. For each spatial frequency, find the ratio of the amplitudes of the spectral representations of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum amplitudes of the spectral noise model. For those frequencies at which at least one of the amplitudes of the spectral representations is less than or equal to the amplitude of the noise spectrum, the ratio value is taken to be zero. Comparison can be made with a value close to the amplitude of the noise spectrum to exclude from consideration signals with insufficient amplitude. For example, this may be the amplitude of the noise spectrum plus two standard deviations of this amplitude, obtained from measurements of the noise characteristics of the detectors. For each measured distance, the amplitude ratios of the pairs of optical transfer functions of the channels are found, with the help of which the considered pair of images was obtained. For frequencies at which at least one optical transfer function takes a zero value, the value of the ratio is taken to be zero.

Далее выбирают оптимальную пару оптических передаточных функций из пар оптических передаточных функций для различных измеряемых расстояний следующим образом. Находят целевую функцию оптимизации пар оптических передаточных функций как сумму по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин найденных отношений значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций. Для тех частот, где хотя бы одно отношение равняется нулю, отношение отношений заменяется на нулевое значение. Объединяют результаты обработки пар изображений, вычисляя значения результирующей целевой функции как среднее арифметическое значений целевых функций пар оптических передаточных функций. Если получена всего пара изображений, то результирующая целевая функция совпадает с целевой функции пары оптических передаточных функций. Выбирают оптимальные оптические передаточные функции, которым соответствует максимальное значение результирующей целевой функции.Next, select the optimal pair of optical transfer functions from the pairs of optical transfer functions for various measured distances as follows. Find the objective function of optimizing the pairs of optical transfer functions as the sum over all spatial frequencies of the ratios of the minimum to the maximum of the two values of the found ratios of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum values of the amplitudes of the spectral model of noise and the ratios extracted from the memory values of pairs of corresponding optical transfer functions. For those frequencies where at least one relation is equal to zero, the relation of relations is replaced by a zero value. Combine the results of processing pairs of images, calculating the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions. If only a couple of images are obtained, then the resulting objective function coincides with the objective function of a pair of optical transfer functions. Optimum optical transfer functions are selected that correspond to the maximum value of the resulting objective function.

Результатом обработки для каждой области изображений являются выбранные оптимальные оптические передаточные функции каналов и измеряемое расстояние, при котором каналы устройства обладают выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями.The result of processing for each image area is the selected optimal optical transfer functions of the channels and the measured distance at which the device channels have the selected optimal optical transfer functions.

Преобразования изображений могут быть выполнены и в ином порядке, более удобном для реализации устройства.Image transformations can be performed in a different order, more convenient for the implementation of the device.

Вычисление целевой функции выбора оптимальных пар оптических передаточных функций в указанном выше виде позволяет повысить точность выбора оптимальной пары оптических передаточных функций и расширить диапазон измерений благодаря уменьшению зависимости значений целевой функции от величины амплитуд пространственного спектра яркости излучения от наблюдаемых объектов и большей крутизне кривых целевой функции для низкочастотных составляющих пространственного спектра. Получение и использование информации о характеристиках шумов детекторов необходимо при вычислении целевой функции выбора оптимальных пар оптических передаточных функций. Если не отсекать составляющие пространственного спектра с малой амплитудой, сравнимой с амплитудой спектра шума, то результаты измерений будут в значительной степени определяться этими составляющими, которые сильно подвержены влиянию шума. А, так как в пространственном спектре изображения, как правило, составляющих с малой амплитудой значительно больше, чем тех, которые слабо подвержены влиянию шума, то результаты измерений могут оказаться недостоверными, если не учитывать шумовые характеристики детекторов.The calculation of the objective function for choosing the optimal pairs of optical transfer functions in the above form allows one to increase the accuracy of choosing the optimal pair of optical transfer functions and expand the measurement range by reducing the dependence of the objective function on the magnitudes of the spatial spectrum of the radiation brightness from the observed objects and the greater the steepness of the curves of the objective function for low-frequency components of the spatial spectrum. Obtaining and using information about the noise characteristics of the detectors is necessary when calculating the objective function of choosing the optimal pairs of optical transfer functions. If you do not cut off the components of the spatial spectrum with a small amplitude comparable to the amplitude of the noise spectrum, then the measurement results will be largely determined by these components, which are highly susceptible to noise. And, since in the spatial spectrum of the image, as a rule, there are much more components with a small amplitude than those that are weakly affected by noise, the measurement results may turn out to be unreliable if the noise characteristics of the detectors are not taken into account.

Особенно сильно улучшения, обусловленные указанными особенностями процесса обработки изображений, проявляются на краях рабочего диапазона, где функции рассеяния точки оптической системы имеют наибольший масштаб, высокочастотная часть спектра пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов подавляется и в большей степени сказывается влияние шумов.The improvements caused by the indicated features of the image processing process are especially pronounced at the edges of the operating range, where the scattering functions of the point of the optical system have the largest scale, the high-frequency part of the spectrum of the spatial distribution of the brightness of the observed objects is suppressed, and the effect of noise is more affected.

Дополнительно при осуществлении способа может быть использован активный источник оптического излучения. Так, при использовании немонотонной подсветки значительно повышается точность результатов для наблюдаемых объектов с монотонным распределением яркости.Additionally, when implementing the method, an active source of optical radiation can be used. So, when using non-monotonous backlighting, the accuracy of the results for the observed objects with a monotonous brightness distribution is significantly increased.

С целью пояснения настоящего изобретения ниже описаны примеры реализации способов со ссылками на фигуры.For the purpose of explaining the present invention, examples of the implementation of the methods with reference to the figures are described below.

На фиг.8 представлена схема оптико-электронного устройства с основными обозначениями, необходимыми для пояснения примера реализации способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний по первому варианту.On Fig presents a diagram of an optical-electronic device with the basic designations necessary to explain an example implementation of a method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances according to the first embodiment.

Устройство включает следующие позиции. Два канала формирования и фиксации изображений 1 и 15, оптические системы каналов включают оптические детали 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также диафрагмы 3 и светоделитель 12. Матричные светочувствительные детекторы 4 и 14 каналов 1 и 15 осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4 и 14. В примере рассмотрим один наблюдаемый объект 11, расположенный перпендикулярно оптической оси устройства. Для удобства рассмотрения в устройстве для обоих каналов использованы одинаковые диафрагмы прямоугольной формы, имеющие постоянный коэффициент пропускания, равный единице. Введены следующие обозначения S₃, …, S₁₁ - измеряемые расстояния (приведены пунктирными линиями), $${\text{S}}_{\text{3}}^{\text{'}}$$

, …, $${\text{S}}_{\text{11}}^{\text{'}}$$

- сопряженные измеряемым расстояния в пространстве изображений до плоскости фокусировки излучения, идущего от объектов расположенных на измеряемых расстояниях. Измеряемые расстояния и расстояния до плоскости фокусировки взаимно однозначно связаны друг с другом и имеют одинаковые индексы, то есть измеряемому расстоянию S₈, например, соответствует расстояние $$S_8^{\text{'}}$$

, расстояния в пространстве изображений для каналов 1 и 15 одинаковы. Расстояния измеряются от передней части корпуса устройства в пространстве предметов и от задней - в пространстве изображений. S₀ - расстояние до наблюдаемого объекта 11, $$S_a^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 4, $$S_b^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 14. Позицией 17 условно обозначено резкое изображение объекта 11. Матричные светочувствительные детекторы 4 и 14 установлены неподвижно на расстояниях $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детекторов 1 и 14 относительно заднего фокуса оптической системы F'. В примере плоскость каждого детектора перпендикулярна оптической оси.The device includes the following items. Two channels for forming and fixing images 1 and 15, optical channel systems include optical parts 2, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, optical filters or other types of optical parts, as well as diaphragms 3 and a beam splitter 12. Matrix photosensitive detectors 4 and 14 channels 1 and 15 captures images. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4 and 14. In the example, we consider one observed object 11 located perpendicular to the optical axis of the device. For convenience of consideration, the same diaphragms of rectangular shape having a constant transmittance equal to unity are used in the device for both channels. The following designations are introduced S ₃ , ..., S ₁₁ - measured distances (shown by dashed lines), $${\text{S}}_{\text{3}}^{\text{''}}$$

, ..., $${\text{S}}_{\text{eleven}}^{\text{''}}$$

- conjugate to the measured distance in the image space to the focus plane of the radiation coming from objects located at the measured distances. The measured distances and distances to the focusing plane are one-to-one connected with each other and have the same indices, i.e., the measured distance S ₈ , for example, corresponds to the distance $$S_8^{\text{'}\text{'}}$$

, the distances in the image space for channels 1 and 15 are the same. Distances are measured from the front of the device in the space of objects and from the back in the space of images. S ₀ - the distance to the observed object 11, $$S_a^{\text{'}\text{'}}$$

- distance to the detector 4, $$S_b^{\text{'}\text{'}}$$

- the distance to the detector 14. Position 17 conventionally indicates a sharp image of the object 11. Matrix photosensitive detectors 4 and 14 are mounted motionless at distances $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detectors 1 and 14 relative to the back focus of the optical system F '. In the example, the plane of each detector is perpendicular to the optical axis.

Для наглядности пример способа рассмотрим в одномерном пространстве.For clarity, we consider an example of the method in one-dimensional space.

Сначала устройство калибруют. Для каждого положения объекта измеряют оптическую передаточную функцию всех каналов устройства. Измерение оптических передаточных функций может состоять в непосредственном наблюдении модели точечного источника излучения и взятия преобразования Фурье от наблюдаемой функции рассеяния точки. Или же может измеряться модуль оптической передаточной функции посредством наблюдения и анализа тест-объектов в виде штриховых мир, или применяться другой способ для измерения передаточной функции оптической системы. Отсутствие информации о мнимой части оптической передаточной функции и наличие только функции передачи модуляции (амплитуды оптической передаточной функции) не ограничивает применимости способа, так как при обработке изображений используются только модули значений оптических передаточных функций. На фиг.9-а, 9-б, 9-в представлены графики модулей оптической передаточной функции для расположения детектора 4 на расстоянии $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и детектора 14 на расстоянии $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

для каждого расстояния в пределах диапазона измерений. Например, если объект находится на расстоянии S₈, то модуль оптической передаточной функции канала 1 соответствует кривой а графика 6 на фиг.9-б, а модуль оптической передаточной функции канала 15 соответствует пунктирной кривой b данного графика. Отметим, что для рассматриваемого примера взято ограничение, что диапазон измеряемых расстояний S_max-S_min составляет не более девяти отсчетов измерений, причем расстояния, сопряженные с краями диапазона, не должны отстоять далее девяти отсчетов измерений от каждого из светочувствительных детекторов. Это ограничение вызвано тем, что на краях диапазона диаметр функции рассеяния точки велик и отношение сигнал/шум для точечных источников значительно ухудшается. Нумерация измеряемых расстояний начата с S₃ для того, чтобы фигуры из описания данного способа можно было напрямую использовать для описания других вариантов и способа определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений.First, the device is calibrated. For each position of the object, the optical transfer function of all channels of the device is measured. The measurement of optical transfer functions may consist in directly observing the model of a point source of radiation and taking the Fourier transform of the observed point scattering function. Or, the optical transfer function module can be measured by observing and analyzing test objects in the form of a dashed world, or another method can be used to measure the transfer function of the optical system. The lack of information about the imaginary part of the optical transfer function and the presence of only the modulation transfer function (the amplitude of the optical transfer function) does not limit the applicability of the method, since only the values of the optical transfer function values are used in image processing. On Fig.9-a, 9-b, 9-c presents graphs of the modules of the optical transfer function for the location of the detector 4 at a distance $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and detector 14 in the distance $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

for each distance within the measuring range. For example, if the object is at a distance of S ₈ , then the optical transfer function module of channel 1 corresponds to curve a of graph 6 in Fig. 9-b, and the optical transfer function module of channel 15 corresponds to the dashed curve b of this graph. Note that for the considered example, the limitation is taken that the range of measured distances S _max -S _min is no more than nine measurement samples, and the distances conjugated with the edges of the range should not be further than nine measurement samples from each of the photosensitive detectors. This limitation is due to the fact that at the edges of the range the diameter of the point scattering function is large and the signal-to-noise ratio for point sources is significantly degraded. The numbering of the measured distances started with S ₃ so that the figures from the description of this method could be directly used to describe other options and a method for determining the error and correction of the results of measurements.

На фиг.10-а, 10-б, 10-в представлены графики функций рассеяния точки, соответствующих оптическим передаточным функциям, модули которых приведены на фиг.9-а, 9-б, 9-в. В процессе калибровки оптические передаточные функции или их модули сохраняются в памяти. Оси абсцисс графиков фиг.10-а, 10-б, 10-в соответствуют нормированным пространственным координатам, значения -1 и 1 соответствуют крайним точкам на светочувствительной поверхности детекторов изображений, оси ординат представляют собой относительное значение уровня яркости, приведенное к максимальному уровню сигнала точечного источника изображения, взятого за 1. Ординаты графиков фиг.9-а, 9-б, 9-в представляют собой амплитуды преобразования Фурье функций рассеяния точки, по оси абсцисс отложена положительная часть диапазона нормированных пространственных частот. Далее, если не сказано иное, графики пространственных и частотных распределений приведены в таких же системах координат.10-a, 10-b, 10-c are graphs of the point scattering functions corresponding to the optical transfer functions, the modules of which are shown in FIGS. 9-a, 9-b, 9-c. During the calibration process, the optical transfer functions or their modules are stored in memory. The abscissa axes of the graphs of FIGS. 10-a, 10-b, 10-c correspond to normalized spatial coordinates, the values -1 and 1 correspond to the extreme points on the photosensitive surface of the image detectors, the ordinates represent the relative value of the brightness level, reduced to the maximum level of the point signal image source taken for 1. The ordinates of the graphs of Figures 9-a, 9-b, 9-c are the amplitudes of the Fourier transform of the point scattering functions, the positive part of the range of normalized transtvennyh frequencies. Further, unless otherwise stated, the plots of spatial and frequency distributions are given in the same coordinate systems.

Также при калибровке измеряются шумовые характеристики детекторов изображения и сохраняются в памяти. В примере будем использовать детектор с единственным коэффициентом усиления, шумовая характеристика которого хорошо аппроксимируется моделью белого шума. Пространственное распределение пары реализаций шумов приведено на фиг.11, логарифмы спектральных характеристик приведены на фиг.12. Кривая с, изображенная на фиг.12, представляет собой максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума, ее можно получить по результатам анализа множества реализаций шума и нахождения кривой, отстоящей от среднестатистической кривой амплитуд спектра реализаций шума на величину, пропорциональную среднеквадратическому отклонению амплитуд спектра. В нашем примере максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума представлен единственным значением амплитуды постоянным для всех пространственных частот.Also during calibration, the noise characteristics of image detectors are measured and stored in memory. In the example, we will use a detector with a single gain, the noise characteristic of which is well approximated by the white noise model. The spatial distribution of the pair of noise implementations is shown in Fig. 11, the logarithms of the spectral characteristics are shown in Fig. 12. Curve c shown in Fig. 12 represents the maximum amplitude level of the spectral noise model; it can be obtained by analyzing the set of noise implementations and finding a curve that is separated from the average amplitude curve of the noise realization spectrum by a value proportional to the standard deviation of the spectrum amplitudes. In our example, the maximum amplitude level of the spectral noise model is represented by a single amplitude value constant for all spatial frequencies.

После проведения калибровки устройство может применяться для выполнения измерений и определения оптических передаточных функций каналов, которые участвуют в преобразовании оптического излучения от объектов.After calibration, the device can be used to perform measurements and determine the optical transfer functions of the channels that are involved in the conversion of optical radiation from objects.

Для упрощения рассмотрения положим, что нужно измерять расстояние только для одной области, соответствующей полному размеру матричного светочувствительного детектора, объект плоский и располагается перпендикулярно оптической оси. Размер области измерения определяется максимальным размером функции рассеяния точки. На практике, в случае если изображение велико в сравнении с максимальным размером функции рассеяния точки, измерение для каждой области проводится аналогично примеру ниже и результаты измерений для всего изображения приводятся в виде матрицы значений измерений для областей.To simplify the discussion, we assume that it is necessary to measure the distance for only one region corresponding to the total size of the matrix photosensitive detector, the object is flat and is located perpendicular to the optical axis. The size of the measurement region is determined by the maximum size of the point spread function. In practice, if the image is large in comparison with the maximum size of the point spread function, the measurement for each region is carried out similarly to the example below and the measurement results for the entire image are presented in the form of a matrix of measurement values for the regions.

Рассмотрим последовательно шаги процесса обработки изображений при наблюдении объекта, резкое изображение которого представлено на фиг.13.Let us consider successively the steps of the image processing process when observing an object, a sharp image of which is presented in Fig.

Распределение яркости изображения наблюдаемого объекта приведено в нормированных координатах. Координаты -1 и 1 соответствуют краям детектора изображения, части изображения, находящиеся за пределами координат -1 и 1 не фиксируются детекторами и не участвуют в обработке.The brightness distribution of the image of the observed object is shown in normalized coordinates. The coordinates -1 and 1 correspond to the edges of the image detector, parts of the image that are outside the coordinates -1 and 1 are not fixed by the detectors and do not participate in the processing.

Если перед откалиброванным устройством, детекторы которого расположены на расстояниях $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

, поместить предмет с указанным распределением яркости на расстоянии S₀=S₈, то на светочувствительной области первого детектора будет сформировано изображение, представленное кривой а фиг.14, изображение для второго детектора представлено кривой b фиг.14. В процессе регистрации изображений полезный сигнал будет искажен шумом - зафиксированные изображения с шумом для первого и второго детекторов представлены на кривых а и b фигуры 15.If in front of a calibrated device whose detectors are spaced $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

, Placed to said object brightness distribution in the region S ₈ = S _0, then in the photosensitive region of the first image detector will be formed, as represented by curve 14, the image for the second detector 14 is represented by curve b. In the process of registering images, the useful signal will be distorted by noise - recorded images with noise for the first and second detectors are shown in curves a and b of figure 15.

После фиксации изображений ведется обработка участков пар зафиксированных изображений с одинаковыми координатами на детекторах. В нашем случае размер участка совпадает с размером изображения, то есть обрабатывается лишь один участок изображения. Сначала изображения могут быть преобразованы с помощью оконной функции. В примере использовано окно Хемминга, оконная функция представлена на фиг.16, а результат преобразования - произведение сигнала зафиксированных изображений и оконной функции - на фиг.17.After fixing the images, sections of pairs of captured images with the same coordinates on the detectors are processed. In our case, the size of the plot coincides with the size of the image, that is, only one portion of the image is processed. First, images can be converted using the window function. In the example, a Hamming window was used, the window function is shown in Fig. 16, and the conversion result is the product of the signal of the captured images and the window function - in Fig.

После фиксации и применения оконной функции к изображениям вычисляют пространственные спектры участков изображений.After fixing and applying the window function to the images, the spatial spectra of the image areas are calculated.

Логарифмы абсолютных значений спектральных характеристик изображений, искаженных шумом и преобразованных с помощью оконной функции, приведены на фиг.18, график а - для первого детектора, b - для второго, прямая с на этой фигуре изображает максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума - пороговый уровень шумов для анализа спектра сигнала, который был получен при калибровке.The logarithms of the absolute values of the spectral characteristics of images distorted by noise and transformed using the window function are shown in Fig. 18, graph a - for the first detector, b - for the second, straight line c in this figure shows the maximum amplitude level of the spectral noise model - the threshold noise level to analyze the spectrum of the signal that was obtained during calibration.

Затем вычисляется отношение спектральных характеристик для частот, на которых амплитуды спектров изображений превышают пороговые значения спектра шума, полученная кривая отношения приведена на графике а фиг.19.Then, the ratio of the spectral characteristics for the frequencies at which the amplitudes of the image spectra exceed the threshold values of the noise spectrum is calculated, the resulting relationship curve is shown in the graph in Fig. 19.

Вычисляются отношения модулей оптических передаточных функций для всех возможных положений в пределах диапазона измерений, графики логарифмов отношений приведены на фиг.20 и соответствуют отношениям оптических передаточных функций, изображенных на фиг.9-а, 9-б, 9-в. График 6 фиг.20-б, соответствующий отношению модулей оптических передаточных функций измеряемого расстояния S₈ для удобства рассмотрения последующих вычислений приведен на кривой b фиг.19, но уже в линейном масштабе.The ratios of the optical transfer function modules for all possible positions within the measurement range are calculated, the graphs of the logarithms of the ratios are shown in Fig. 20 and correspond to the ratios of the optical transfer functions depicted in Figs. 9-a, 9-b, 9-c. Graph 6 of FIG. 20-b, corresponding to the ratio of the optical transfer function modules of the measured distance S _8, for the convenience of considering the subsequent calculations, is shown in curve b of FIG. 19, but on a linear scale.

Затем вычисляются значения целевой функции пары каналов. На кривых фиг.21 представлены примеры результатов вычислений значений промежуточных кривых - кривых отношений минимальной к максимальной из двух величин: отношений оптических передаточных функций, представленных на графиках 6 и 1 фиг.20-а, 20-б и отношений спектральных характеристик изображений, приведенных на графике а фиг.19. В вычислениях данные указанных зависимостей используются в линейном масштабе. Кривая b фигуры 21 представляет указанные отношения для измеряемого расстояния S₃, кривая а фигуры 21 - для измеряемого расстояния S₈ и может быть получена из соотношения кривых а и b фиг.19. Для остальных измеряемых расстояний проводятся аналогичные вычисления указанных промежуточных кривых.Then the values of the objective function of the pair of channels are calculated. On the curves of Fig.21 are examples of the results of calculations of the values of the intermediate curves - the curves of the ratios of the minimum to the maximum of two quantities: the ratios of the optical transfer functions shown in graphs 6 and 1 of Figs. 20a, 20b and the ratios of the spectral characteristics of the images shown in chart and 19. In calculations, the data of these dependencies are used on a linear scale. Curve b of figure 21 represents the indicated relations for the measured distance S ₃ , curve a of figure 21 for the measured distance S ₈ and can be obtained from the ratio of curves a and b of Fig. 19. For the remaining measured distances, similar calculations of the indicated intermediate curves are carried out.

Значения целевой функции пары каналов, представленной на фиг.22 получаются суммированием значений промежуточных кривых. Так, например, значению целевой функции на фиг.22 в координате 3 соответствует сумма значений промежуточной кривой b фигуры 21, а координате 8 соответствует сумма значений промежуточной кривой а фиг.21. Координаты горизонтальной оси графика фиг.22 соответствуют индексам измеряемых расстояний, то есть расстоянию S₃ соответствует координата 3, для остальных координат аналогично. Так как в рассматриваемом примере используется всего два канала формирования и фиксации изображений, то график целевой функции для пары каналов будет также являться и графиком результирующей целевой функции. При использовании большего количества каналов необходимо вычислить значения целевой функции для всех различных пар каналов, а затем найти среднее значение этих целевых функций - результирующую целевую функцию всех каналов устройства.The values of the objective function of the pair of channels shown in Fig. 22 are obtained by summing the values of the intermediate curves. So, for example, the value of the objective function in Fig.22 in coordinate 3 corresponds to the sum of the values of the intermediate curve b of figure 21, and coordinate 8 corresponds to the sum of the values of the intermediate curve a of Fig.21. The coordinates of the horizontal axis of the graph of Fig. 22 correspond to the indices of the measured distances, that is, the distance S ₃ corresponds to coordinate 3, for other coordinates, similarly. Since in the considered example only two channels of image formation and fixation are used, the graph of the objective function for a pair of channels will also be the graph of the resulting objective function. When using more channels, it is necessary to calculate the values of the objective function for all different pairs of channels, and then find the average value of these objective functions - the resulting objective function of all the channels of the device.

Обработка изображений заканчивается поиском максимума целевой функции и определением искомых величин. Видно, что максимальному значению результирующей целевой функции соответствуют искомые оптимальные оптические передаточные функции первого и второго канала, приведенные на графике 6 фигуры 9-б, которые для данных полученных изображений объектов являются оптимальными в смысле максимизации целевой функции, а также соответствуют измеряемому расстоянию S₈ до объекта.Image processing ends with the search for the maximum of the objective function and the determination of the desired values. It can be seen that the maximum value of the resulting objective function corresponds to the desired optimal optical transfer functions of the first and second channel, shown in graph 6 of figure 9-b, which are optimal for the data of the obtained images of the objects in the sense of maximizing the objective function, and also correspond to the measured distance S ₈ to object.

Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством по второму варианту осуществляется следующим образом.The method of obtaining and processing images to determine optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device according to the second embodiment is as follows.

Оптическое излучение исходит от наблюдаемых объектов. Это может быть собственное или отраженное оптическое излучение от наблюдаемых объектов, а также оптическое излучение, проходящее сквозь наблюдаемые объекты. Оптические система устройства, одна или несколько, фокусируют излучение от наблюдаемых объектов и формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия. Светочувствительный матричный детектор, один или несколько, преобразует оптическое излучение в электрические величины. Далее эти электрические величины преобразуются в цифровую форму или схемой аналого-цифрового преобразования, встроенной в детектор изображения или с помощью внешних аналого-цифровых преобразователей. В процессе накопления, передачи и преобразования аналогового сигнала в цифровую форму полезный сигнал искажается шумами электронного тракта. Для простоты далее под шумовыми характеристиками детекторов понимаются все шумовые характеристики тракта фиксации изображения, влияющие на изображение. Для каждого светочувствительного матричного детектора может быть использована отдельная оптическая система. А может быть использована и общая оптическая система с разделением светового потока. Светочувствительный матричный детектор вместе с относящейся к нему частью оптической системы образует канал формирования и фиксации изображений. Для статичных объектов возможна реализация, когда последовательно фиксируют пару изображений с помощью одного светочувствительного матричного детектора и оптической системы. Всегда при формировании и фиксации изображений добиваются различной степени размытия формируемых изображений. Степень размытия известна и задается оптической передаточной функцией канала устройства для данного положения детектора, элементов оптической системы и формы диафрагмы канала в зависимости от расстояния до предмета. Причем для каждого процесса фиксации на каждом детекторе известен набор оптических передаточных функций, соответствующих различным расстояниям в пространстве предметов. Для обеспечения различной степени размытия, например, смещают светочувствительный матричный детектор относительно его положения, при котором было зафиксировано первое изображение. Также для обеспечения различной степени размытия можно изменять форму диафрагмы или перемещать элементы в оптической системе. Если фиксация изображений осуществляется с применением пары и более детекторов, то обеспечивают различную степень размытия аналогичными способами. При обеспечении различного смещения детектора или детекторов относительно заднего фокуса оптической системы оптические передаточные функции будут различными, и нет необходимости применять диафрагмы различной формы.Optical radiation comes from observable objects. This may be intrinsic or reflected optical radiation from the observed objects, as well as optical radiation passing through the observed objects. The optical system of the device, one or more, focuses the radiation from the observed objects and form at least two images of at least one observed object with a different degree of blur. A photosensitive matrix detector, one or more, converts optical radiation into electrical quantities. Further, these electrical quantities are converted to digital form either by an analog-to-digital conversion circuit built into the image detector or by using external analog-to-digital converters. In the process of accumulation, transmission and conversion of the analog signal into digital form, the useful signal is distorted by the noise of the electronic path. For simplicity, hereinafter, the noise characteristics of the detectors are understood to mean all the noise characteristics of the image fixing path that affect the image. A separate optical system can be used for each photosensitive matrix detector. And a general optical system with separation of the light flux can also be used. The photosensitive matrix detector, together with the related part of the optical system, forms a channel for image formation and fixation. For static objects, a realization is possible when a pair of images is sequentially captured using a single photosensitive matrix detector and an optical system. When forming and fixing images, they always achieve a varying degree of blurring of the generated images. The degree of blurring is known and is set by the optical transfer function of the channel of the device for a given detector position, elements of the optical system and the shape of the channel aperture depending on the distance to the object. Moreover, for each fixing process on each detector, a set of optical transfer functions corresponding to different distances in the space of objects is known. To provide varying degrees of blur, for example, the photosensitive matrix detector is shifted relative to its position at which the first image was captured. Also, to provide varying degrees of blur, you can change the shape of the diaphragm or move elements in the optical system. If the image is fixed using a pair of or more detectors, then they provide a different degree of blurring by similar methods. When providing a different offset of the detector or detectors relative to the back focus of the optical system, the optical transfer functions will be different, and there is no need to use diaphragms of various shapes.

Предварительно устройство калибруют. В процессе калибровки измеряют и сохраняют в памяти оптические передаточные функции каналов формирования изображений для различных измеряемых расстояний в пределах диапазона измерений. Это может быть сделано, например, следующим образом. Перед устройством размещают тестовый объект, имитирующий точечный источник излучения, расположенный на определенном расстоянии. Имитация точечного источника может быть выполнена с помощью приспособления, включающего коллиматор оптического излучения и оптическую систему, изменяющую расходимость пучков лучей. С помощью устройства для различных расстояний регистрируют изображение точечного источника - функцию рассеяния точки и находят оптическую передаточную функцию, представляющую собой пространственный спектр функции рассеяния точки.Pre-calibrated device. During the calibration process, the optical transfer functions of the imaging channels are measured and stored in memory for various measured distances within the measurement range. This can be done, for example, as follows. A test object simulating a point radiation source located at a certain distance is placed in front of the device. The imitation of a point source can be performed using a device that includes a collimator of optical radiation and an optical system that changes the divergence of the beams of rays. Using the device for different distances, the image of a point source — the point scattering function — is recorded and the optical transfer function, which is the spatial spectrum of the point scattering function, is found.

Также при калибровке проводят измерение шумовых характеристик светочувствительных детекторов изображения. При этом задают параметры усиления электрического сигнала, измеряют и сохраняют в памяти уровни шумов в виде амплитуд спектральной модели распределения шумов светочувствительных матричных детекторов. Шумовые характеристики могут быть измерены и в процессе фиксации изображений, если применяемые детекторы позволяют это осуществить.Also, during calibration, the noise characteristics of photosensitive image detectors are measured. In this case, the amplification parameters of the electric signal are set, the noise levels are measured and stored in the form of amplitudes of the spectral model of the noise distribution of the photosensitive matrix detectors. Noise characteristics can also be measured in the process of fixing images, if the used detectors allow this to be done.

Формирование и фиксация пары или более изображений сформированных с различными оптическими передаточными функциями каналов, участвующих в формировании изображений, связь между которыми известна, позволяют посредством последующей обработки изображений выбрать оптимальные оптические передаточные функции и провести косвенное измерение расстояния.The formation and fixation of a pair or more of images formed with various optical transfer functions of the channels involved in the formation of images, the connection between which is known, allows, through subsequent image processing, to select the optimal optical transfer functions and conduct an indirect distance measurement.

Для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, определяют измеряемое расстояние по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, как расстояние при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями.For each region of at least one observed object to which the image regions correspond, the measured distance is determined by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions.

Осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений следующим образом. После того как сформировали и зафиксировали не менее двух изображений выполняют обработку этих изображений. Обработка изображений может быть выполнена как непосредственно в устройстве, так и на удаленном вычислительном устройстве, реализуя указанный способ обработки. В процессе обработки изображений производят последовательность преобразований представления изображения в виде электрических величин или оптических сигналов. После получения изображений извлекают из памяти значения оптических передаточных функций для всех расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям светочувствительных матричных детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения. Находят отношения пар извлеченных из памяти оптических передаточных функций различных каналов для каждого измеряемого расстояния. Для частот, на которых хотя бы одна оптическая передаточная функция принимает нулевое значение, принимают значение отношения равным нулю. Осуществляют преобразования пар изображений, а затем объединяют результаты попарных преобразований. Обработку пары изображений проводят следующим образом. Выделяют одинаковую область пары изображений, при необходимости используя оконную функцию (например, окно Хемминга, Блэкмана или другие), выполняют спектральное преобразование этой области каждого изображения пары. Для каждой пространственной частоты находят отношение амплитуд спектральных представлений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума. Для тех частот, на которых хотя бы одна из амплитуд спектральных представлений меньше либо равна амплитуде спектра шума значение отношения принимается нулевым. Сравнение может осуществляться с величиной, близкой к амплитуде спектра шума для исключения из рассмотрения сигналов с недостаточной амплитудой. Например, это может быть амплитуда спектра шума плюс два среднеквадратических отклонения этой амплитуды, полученных по результатам измерений шумовых характеристик детекторов. Для каждого измеряемого расстояния находят отношения амплитуд пар оптических передаточных функций каналов с помощью которых производилось получение рассматриваемой пары изображений. Для частот, на которых хотя бы одна оптическая передаточная функция принимает нулевое значение, принимают значение отношения равным нулю.Optimum optical transfer functions for each image region under consideration are selected as follows. After formed and recorded at least two images perform the processing of these images. Image processing can be performed both directly in the device and on a remote computing device, implementing the specified processing method. In the process of image processing, a sequence of transformations of the image representation in the form of electrical quantities or optical signals is performed. After obtaining the images, the values of the optical transfer functions for all distances within the measurement range that correspond to the positions of the photosensitive matrix detectors, optical elements, and the shapes of the diaphragms at which the images were formed and captured are retrieved from the memory. The relations of pairs of optical transmission functions of various channels extracted from the memory are found for each measured distance. For frequencies at which at least one optical transfer function takes a zero value, the value of the ratio is taken to be zero. Transform pairs of images, and then combine the results of pairwise transformations. Processing a pair of images is as follows. Identify the same region of a pair of images, if necessary using a window function (for example, a Hamming, Blackman window or others), perform spectral conversion of this region of each image of the pair. For each spatial frequency, find the ratio of the amplitudes of the spectral representations of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum amplitudes of the spectral noise model. For those frequencies at which at least one of the amplitudes of the spectral representations is less than or equal to the amplitude of the noise spectrum, the ratio value is taken to be zero. Comparison can be made with a value close to the amplitude of the noise spectrum to exclude from consideration signals with insufficient amplitude. For example, this may be the amplitude of the noise spectrum plus two standard deviations of this amplitude, obtained from measurements of the noise characteristics of the detectors. For each measured distance, the amplitude ratios of the pairs of optical transfer functions of the channels are found with the help of which the considered pair of images was obtained. For frequencies at which at least one optical transfer function takes a zero value, the value of the ratio is taken to be zero.

Далее выбирают оптимальную пару оптических передаточных функций из пар оптических передаточных функций для различных измеряемых расстояний следующим образом. Находят целевую функцию оптимизации пар оптических передаточных функций как сумму по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - найденных отношений значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций. Для тех частот, где хотя бы одно отношение равняется нулю, отношение отношений заменяется на нулевое значение. Объединяют результаты обработки пар изображений, вычисляя значения результирующей целевой функции как среднее арифметическое значений целевых функций пар оптических передаточных функций. Если получена всего пара изображений, то результирующая целевая функция совпадает с целевой функции пары оптических передаточных функций. Выбирают оптимальные оптические передаточные функции, которым соответствует максимальное значение результирующей целевой функции.Next, select the optimal pair of optical transfer functions from the pairs of optical transfer functions for various measured distances as follows. The objective function of optimizing the pairs of optical transfer functions is found as the sum over all spatial frequencies of the ratios of the minimum to the maximum of the two values — the found ratios of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum amplitudes of the spectral noise model and the ratios extracted from memory values of pairs of corresponding optical transfer functions. For those frequencies where at least one relation is equal to zero, the relation of relations is replaced by a zero value. Combine the results of processing pairs of images, calculating the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions. If only a couple of images are obtained, then the resulting objective function coincides with the objective function of a pair of optical transfer functions. Optimum optical transfer functions are selected that correspond to the maximum value of the resulting objective function.

Результатом обработки для каждой области изображений являются выбранные оптимальные оптические передаточные функции каналов и измеряемое расстояние, при котором каналы устройства обладают выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями.The result of processing for each image area is the selected optimal optical transfer functions of the channels and the measured distance at which the device channels have the selected optimal optical transfer functions.

Преобразования изображений могут быть выполнены и в ином порядке, более удобном для реализации устройства.Image transformations can be performed in a different order, more convenient for the implementation of the device.

Вычисление целевой функции выбора оптимальных пар оптических передаточных функций в указанном выше виде позволяет повысить точность выбора оптимальной пары оптических передаточных функций и расширить диапазон измерений благодаря уменьшению зависимости значений целевой функции от величины амплитуд пространственного спектра яркости излучения от наблюдаемых объектов и большей крутизне кривых целевой функции для низкочастотных составляющих пространственного спектра. Получение и использование информации о характеристиках шумов детекторов необходимо при вычислении целевой функции выбора оптимальных пар оптических передаточных функций. Если не отсекать составляющие пространственного спектра с малой амплитудой, сравнимой с амплитудой спектра шума, то результаты измерений будут в значительной степени определяться этими составляющими, которые сильно подвержены влиянию шума. А так как в пространственном спектре изображения, как правило, составляющих с малой амплитудой значительно больше, чем тех, которые слабо подвержены влиянию шума, то результаты измерений могут оказаться недостоверными, если не учитывать шумовые характеристики детекторов.The calculation of the objective function for choosing the optimal pairs of optical transfer functions in the above form allows one to increase the accuracy of choosing the optimal pair of optical transfer functions and expand the measurement range by reducing the dependence of the objective function on the magnitudes of the spatial spectrum of the radiation brightness from the observed objects and the greater the steepness of the curves of the objective function for low-frequency components of the spatial spectrum. Obtaining and using information about the noise characteristics of the detectors is necessary when calculating the objective function of choosing the optimal pairs of optical transfer functions. If you do not cut off the components of the spatial spectrum with a small amplitude comparable to the amplitude of the noise spectrum, then the measurement results will be largely determined by these components, which are highly susceptible to noise. And since in the spatial spectrum of the image, as a rule, there are much more components with a small amplitude than those that are weakly affected by noise, the measurement results may turn out to be unreliable if the noise characteristics of the detectors are not taken into account.

Особенно сильно улучшения, обусловленные указанными особенностями процесса обработки изображений, проявляются на краях рабочего диапазона, где функции рассеяния точки оптической системы имеют наибольший масштаб, высокочастотная часть спектра пространственного распределения яркости наблюдаемых предметов подавляется и в большей степени сказывается влияние шумов.The improvements caused by the indicated features of the image processing process are especially pronounced at the edges of the operating range, where the scattering functions of the point of the optical system have the largest scale, the high-frequency part of the spectrum of the spatial distribution of the brightness of the observed objects is suppressed, and the effect of noise is more affected.

К результатам обработки изображений применяется способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства, в процессе которого также находят диапазон возможного положения наблюдаемого объекта, исправляют измеренное расстояние, заменяют оптимальные оптические передаточные функции, а также определяют погрешность измерений.A method for determining the error and correcting the results of measurements of an optical-electronic device is applied to the image processing results, during which they also find the range of the possible position of the observed object, correct the measured distance, replace the optimal optical transfer functions, and also determine the measurement error.

Далее производится локальная обработка для областей изображения, в процессе которой сначала сравнивают погрешность с максимально допустимой. Если погрешность превышает допустимое значение, выбирают следующую конфигурацию устройства, которая определяется на основе состава пространственного спектра участков зафиксированных изображений и данных предварительной калибровки устройства и позволяет уменьшить погрешность измерений. Конфигурация может определяться или положением светочувствительных матричных детекторов оптического излучения или положением элементов оптической системы или формой диафрагмы или комбинацией этих признаков. Выбор признака, который желательно изменять определяется конструктивом устройства, ограничениями по скорости изменения конфигурации и условиями наблюдения. Может выбираться сразу несколько альтернативных конфигураций устройства, обеспечивающих требуемое изменение оптических передаточных функций.Next, local processing for image areas is performed, during which the error is first compared with the maximum allowable. If the error exceeds the permissible value, the following device configuration is selected, which is determined based on the composition of the spatial spectrum of the recorded image sections and the device’s preliminary calibration data and allows to reduce the measurement error. The configuration can be determined either by the position of the photosensitive matrix detectors of optical radiation or the position of the elements of the optical system or the shape of the diaphragm or a combination of these features. The choice of a feature that it is desirable to change is determined by the design of the device, the restrictions on the speed of configuration changes and the observation conditions. Several alternative device configurations can be selected at once, providing the required change in the optical transfer functions.

После проведения представленной локальной обработки для областей изображения и определения для каждой области необходимой конфигурации может возникнуть ситуация, когда потребуется, например, смещать светочувствительный матричный детектор изображений в различные стороны от текущего положения. Тогда, в зависимости от задач потребителя результатов измерений, могут быть реализованы различные подходы к выбору следующей конфигурации. Например, некоторым областям изображений может назначаться более высокий приоритет по обеспечению точности измерений по сравнению с другими областями или же, если наблюдаемые объекты неподвижны, алгоритм выбора следующей конфигурации может быть основан на выборе наиболее близкой к текущей конфигурации для тех областей изображения, для которых еще не было произведено измерений с повышенной точностью.After carrying out the presented local processing for image areas and determining the necessary configuration for each area, a situation may arise when, for example, it is necessary to shift the photosensitive matrix image detector in different directions from the current position. Then, depending on the tasks of the consumer of the measurement results, various approaches to choosing the next configuration can be implemented. For example, some areas of images may be given a higher priority in ensuring the accuracy of measurements in comparison with other areas, or if the observed objects are motionless, the algorithm for choosing the next configuration may be based on choosing the closest to the current configuration for those areas of the image for which measurements were made with increased accuracy.

После окончательного выбора конфигурации устройства производят один или серию циклов измерения расстояний.After the final selection of the configuration of the device, one or a series of cycles of distance measurement is performed.

В отличие от известного способа из ближайшего аналога в заявляемом решении реализуется возможность устранения ситуации, когда точность является пониженной из-за сходства влияния на пространственный спектр яркости области наблюдаемых объектов оптических передаточных функций, соответствующих различным измеряемым расстояниям.In contrast to the known method from the closest analogue, the claimed solution realizes the possibility of eliminating a situation where the accuracy is reduced due to the similarity of the influence of the optical transfer functions corresponding to different measured distances on the spatial spectrum of the brightness of the region of the observed objects.

Способ определения величины перемещения детектора, оптических элементов или изменения формы диафрагмы основан на выборе такой конфигурации устройства, при которой целевая функция будет иметь наиболее ярко выраженный экстремум и обеспечивает повышение точности результатов измерений. Осуществление изменения конфигурации устройства выбранным образом приводит к изменению как минимум одной оптической передаточной функции и обеспечению различного соотношения амплитуд оптических передаточных функций в диапазоне частот пространственного спектра яркости области наблюдаемого предмета. Проведение дополнительного измерения с новым положением детекторов или положением элементов оптической системы или формой диафрагм или с комбинацией этих признаков, которая определяется на основе анализа состава пространственного спектра участков зафиксированных изображений и данных предварительной калибровки устройства и позволяет уменьшить погрешность измерений, повысить точность измерения расстояния и определения оптических передаточных функций, а также исключить ситуацию неопределенности предыдущего цикла измерений для немонотонных областей предметов, если таковая имелась и была вызвана одинаковым соотношением амплитуд оптических передаточных функций, характерных для расстояний предмета, отличных от действительного. В частности, выбирается такая конфигурация, для которой поведение оптических передаточных функций пар каналов для возможных положений объекта было бы наиболее различным. Это различие может характеризоваться, например, как величина, обратная количеству пространственных частот, передаваемых одновременно всеми участвующими в изменении конфигурации каналами устройства и для всех возможных положений объекта, среди частот, на которых амплитуды пространственного спектра полученных изображений превышают пороговый уровень спектральной модели шума. Передаваемые каналами пространственные частоты определяются как частоты, для которых оптические передаточные функции каналов превышает уровень спектральной модели шумов, отнесенный к общему количеству пространственных частот.The method for determining the amount of displacement of the detector, optical elements or changing the shape of the diaphragm is based on the choice of such a device configuration in which the objective function will have the most pronounced extremum and will increase the accuracy of measurement results. Implementation of a change in the configuration of the device in the selected manner leads to a change in at least one optical transfer function and to provide a different ratio of the amplitudes of the optical transfer functions in the frequency range of the spatial brightness spectrum of the region of the observed object. Carrying out additional measurements with the new position of the detectors or the position of the elements of the optical system or the shape of the diaphragms or with a combination of these features, which is determined based on the analysis of the spatial spectrum of the areas of captured images and preliminary calibration data of the device and allows to reduce the measurement error, improve the accuracy of distance measurement and determine optical transfer functions, and also to eliminate the situation of uncertainty of the previous measurement cycle for not monotonous areas of objects, if any, and was caused by the same ratio of amplitudes of the optical transfer functions characteristic of the distances of the object, different from the real one. In particular, a configuration is chosen for which the behavior of the optical transfer functions of the channel pairs for the possible positions of the object would be most different. This difference can be characterized, for example, as the reciprocal of the number of spatial frequencies transmitted simultaneously by all channels of the device involved in the configuration change and for all possible positions of the object, among frequencies at which the amplitudes of the spatial spectrum of the received images exceed the threshold level of the noise spectral model. The spatial frequencies transmitted by the channels are defined as the frequencies for which the optical transfer functions of the channels exceed the level of the spectral model of noise related to the total number of spatial frequencies.

Дополнительно при осуществлении способа может быть использован активный источник оптического излучения. Так, при использовании немонотонной подсветки значительно повышается точность результатов для наблюдаемых объектов с монотонным распределением яркости.Additionally, when implementing the method, an active source of optical radiation can be used. So, when using non-monotonous backlighting, the accuracy of the results for the observed objects with a monotonous brightness distribution is significantly increased.

На фиг.34 представлена схема оптико-электронного устройства с основными обозначениями, необходимыми для пояснения примера реализации способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний по второму варианту.On Fig presents a diagram of an optical-electronic device with the basic designations necessary to explain an example implementation of a method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances according to the second embodiment.

Устройство включает следующие позиции. Два канала формирования и фиксации изображений 1 и 15, оптические системы каналов включают оптические детали 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также диафрагмы 3 и светоделитель 12. Матричные светочувствительные детекторы 4 и 14 каналов 1 и 15 осуществляет фиксацию изображений и могут перемещаться вдоль оптических осей каналов при помощи узлов перемещения 9 и 16, обеспечивая различную величину смещения светочувствительной поверхности детекторов 1 и 14 относительно заднего фокуса оптической системы F'. В примере плоскость каждого детектора всегда перпендикулярна оптической оси и регулировка конфигурации устройства может состоять только в изменении положений детекторов. В общем же случае регулировка конфигурации устройства может быть изменена посредством перемещения одного или более оптических элементов и/или по меньшей мере одного детектора и/или изменением формы по меньшей мере одной диафрагмы. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4 и 14. Устройство снабжено блоком 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенным с блоком 5 оценки расстояний, и блоком 7 регулировки взаимного смещения детекторов соединенным с блоком 5 оценки расстояний и блоком 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений. В примере рассмотрим один наблюдаемый объект 11, расположенный перпендикулярно оптической оси устройства. Для удобства рассмотрения в устройстве для обоих каналов использованы одинаковые диафрагмы прямоугольной формы, имеющие постоянный коэффициент пропускания, равный единице.The device includes the following items. Two channels for forming and fixing images 1 and 15, optical channel systems include optical parts 2, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, optical filters or other types of optical parts, as well as diaphragms 3 and a beam splitter 12. Matrix photosensitive detectors 4 and 14 channels 1 and 15 captures images and can be moved along the optical axis of the channels using the nodes 9 and 16, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detectors 1 and 14 relative to the rear focus of the optical system F '. In the example, the plane of each detector is always perpendicular to the optical axis and adjusting the configuration of the device can consist only in changing the positions of the detectors. In the General case, the adjustment of the configuration of the device can be changed by moving one or more optical elements and / or at least one detector and / or changing the shape of the at least one diaphragm. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4 and 14. The device is equipped with an error estimation and correction unit 6 connected to the distance estimation unit 5, and a detector mutual offset adjustment unit 7 connected to the distance estimation unit 5 and the error estimation unit 6, and corrections of measurement results. In the example, we consider one observable object 11 located perpendicular to the optical axis of the device. For convenience of consideration, the same diaphragms of rectangular shape having a constant transmittance equal to unity are used in the device for both channels.

Введены следующие обозначения S₁, …, S₁₁ - измеряемые расстояния (приведены пунктирными линиями), $$S_1^{\text{'}}$$

, …, $$S_{11}^{\text{'}}$$

- сопряженные измеряемым расстояния в пространстве изображений до плоскости фокусировки излучения, идущего от объектов расположенных на измеряемых расстояниях. Измеряемые расстояния и расстояния до плоскости фокусировки взаимно однозначно связаны друг с другом и имеют одинаковые индексы, то есть измеряемому расстоянию S₈, например, соответствует расстояние $$S_8^{\text{'}}$$

, расстояния в пространстве изображений для каналов 1 и 15 одинаковы. Расстояния измеряются от передней части корпуса устройства в пространстве предметов и от задней - в пространстве изображений. S₀ - расстояние до наблюдаемого объекта 11, $$S_a^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 4, $$S_b^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 14. Позицией 17 условно обозначено резкое изображение объекта 11.The following notation S ₁ , ..., S ₁₁ is introduced - measured distances (shown by dashed lines), $$S_{\mathrm{one}}^{\text{'}\text{'}}$$

, ..., $$S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

- conjugate to the measured distance in the image space to the focus plane of the radiation coming from objects located at the measured distances. The measured distances and distances to the focusing plane are one-to-one connected with each other and have the same indices, i.e., the measured distance S ₈ , for example, corresponds to the distance $$S_8^{\text{'}\text{'}}$$

, the distances in the image space for channels 1 and 15 are the same. Distances are measured from the front of the device in the space of objects and from the back in the space of images. S ₀ - the distance to the observed object 11, $$S_a^{\text{'}\text{'}}$$

- distance to the detector 4, $$S_b^{\text{'}\text{'}}$$

- the distance to the detector 14. Position 17 conventionally indicated a sharp image of the object 11.

Для наглядности пример способа рассмотрим в одномерном пространстве.For clarity, we consider an example of the method in one-dimensional space.

Сначала устройство калибруют. Для каждого положения объекта измеряют оптическую передаточную функцию всех каналов для каждой возможной конфигурации устройства. Измерение оптических передаточных функций может состоять в непосредственном наблюдении модели точечного источника излучения и взятия преобразования Фурье от наблюдаемой функции рассеяния точки. Или же может измеряться модуль оптической передаточной функции посредством наблюдения и анализа тест-объектов в виде штриховых мир, или применяться другой способ для измерения передаточной функции оптической системы. Отсутствие информации о мнимой части оптической передаточной функции и наличие только функции передачи модуляции (амплитуды оптической передаточной функции) не ограничивает применимости способа, так как при обработке изображений используются только модули значений оптических передаточных функций. На фиг.23-а, 23-б, 23-в представлены графики модулей оптической передаточной функции для расположения детектора 4 на расстоянии $$S_a^{\text{'}}=S_1^{\text{'}}$$

и детектора 14, на расстоянии $$S_b^{\text{'}}=S_4^{\text{'}}$$

для измеряемых расстояний в пределах диапазона измерений от S₁ до S₉ для данной конфигурации устройства. Например, если объект находится на расстоянии S₈, то модуль оптической передаточной функции канала 1 соответствует кривой а графика 8 на фиг.23-в, а модуль оптической передаточной функции канала 15 соответствует пунктирной кривой b данного графика. Отметим, что для рассматриваемого примера взято ограничение, что диапазон измеряемых расстояний S_max-S_min составляет не более девяти отсчетов измерений для любой выбранной конфигурации и причем расстояния, сопряженные с краями диапазона, не должны отстоять далее девяти отсчетов измерений от каждого из светочувствительных детекторов. Это ограничение вызвано тем, что на краях диапазона диаметр функции рассеяния точки велик и отношение сигнал/шум для точечных источников значительно ухудшается. Таким образом, для текущей конфигурации с расположением детектора 4 на расстоянии $$S_a^{\text{'}}=S_1^{\text{'}}$$

и детектора 14, на расстоянии $$S_b^{\text{'}}=S_4^{\text{'}}$$

ближняя граница диапазона измерений S₁, дальняя - S₉.First, the device is calibrated. For each position of the object, the optical transfer function of all channels is measured for each possible device configuration. The measurement of optical transfer functions may consist in directly observing the model of a point source of radiation and taking the Fourier transform of the observed point scattering function. Or, the optical transfer function module can be measured by observing and analyzing test objects in the form of a dashed world, or another method can be used to measure the transfer function of the optical system. The lack of information about the imaginary part of the optical transfer function and the presence of only the modulation transfer function (the amplitude of the optical transfer function) does not limit the applicability of the method, since only the values of the optical transfer function values are used in image processing. On Fig-a, 23-b, 23-c presents the graphs of the modules of the optical transfer function for the location of the detector 4 at a distance $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{one}}^{\text{'}\text{'}}$$

and detector 14, at a distance $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{four}}^{\text{'}\text{'}}$$

for measured distances within the measuring range from S ₁ to S ₉ for a given device configuration. For example, if the object is at a distance of S ₈ , then the optical transfer function module of channel 1 corresponds to curve a of graph 8 in FIG. 23-c, and the optical transfer function module of channel 15 corresponds to the dashed curve b of this graph. Note that for the considered example, the restriction is taken that the range of measured distances S _max -S _min is no more than nine measurement samples for any selected configuration, and moreover, the distances conjugated with the edges of the range should not be further than nine measurement samples from each of the photosensitive detectors. This limitation is due to the fact that at the edges of the range the diameter of the point scattering function is large and the signal-to-noise ratio for point sources is significantly degraded. Thus, for the current configuration with the location of the detector 4 at a distance $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{one}}^{\text{'}\text{'}}$$

and detector 14, at a distance $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{four}}^{\text{'}\text{'}}$$

the near boundary of the measuring range is S ₁ , the far boundary is S ₉ .

На фиг.24-а, 24-б, 24-в представлены графики функций рассеяния точки, соответствующих оптическим передаточным функциям, модули которых приведены на фиг.23-а, 23-б, 23-в. В процессе калибровки оптические передаточные функции или их модули сохраняются в памяти. Оси абсцисс графиков фиг.24-а, 24-б, 24-в соответствуют нормированным пространственным координатам, значения -1 и 1 соответствуют крайним точкам на светочувствительной поверхности детекторов изображений, оси ординат представляют собой относительное значение уровня яркости, приведенное к максимальному уровню сигнала точечного источника изображения, взятого за 1. Ординаты графиков фиг.23-а, 23-б, 23-в представляют собой амплитуды преобразования Фурье функций рассеяния точки, по оси абсцисс отложена положительная часть диапазона нормированных пространственных частот. Далее, если не сказано иное, графики пространственных и частотных распределений приведены в таких же системах координат.On Fig-a, 24-b, 24-c presents graphs of the functions of the dispersion of the point corresponding to the optical transfer functions, the modules of which are shown in Fig-a, 23-b, 23-c. During the calibration process, the optical transfer functions or their modules are stored in memory. The abscissa axes of the graphs of FIGS. 24-a, 24-b, 24-c correspond to normalized spatial coordinates, the values -1 and 1 correspond to the extreme points on the photosensitive surface of the image detectors, the ordinate axes represent the relative value of the brightness level, reduced to the maximum level of the point signal image source taken for 1. The ordinates of the graphs of Figures 23-a, 23-b, 23-c are the amplitudes of the Fourier transform of the point scattering functions, the positive part of the normalized spatial frequencies. Further, unless otherwise stated, the plots of spatial and frequency distributions are given in the same coordinate systems.

Также при калибровке измеряются шумовые характеристики детекторов изображения и сохраняются в памяти. В примере будем использовать детектор с единственным коэффициентом усиления, шумовая характеристика которого хорошо аппроксимируется моделью белого шума. Пространственное распределение пары реализаций шумов приведено на фиг.11, логарифмы спектральных характеристик приведены на фиг.12. Кривая с, изображенная на фиг.12, представляет собой максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума, ее можно получить по результатам анализа множества реализаций шума и нахождения кривой, отстоящей от среднестатистической кривой амплитуд спектра реализаций шума на величину, пропорциональную среднеквадратическому отклонению амплитуд спектра. В нашем примере максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума представлен единственным значением амплитуды постоянным для всех пространственных частот.Also during calibration, the noise characteristics of image detectors are measured and stored in memory. In the example, we will use a detector with a single gain, the noise characteristic of which is well approximated by the white noise model. The spatial distribution of the pair of noise implementations is shown in Fig. 11, the logarithms of the spectral characteristics are shown in Fig. 12. Curve c shown in Fig. 12 represents the maximum amplitude level of the spectral noise model; it can be obtained by analyzing the set of noise implementations and finding a curve that is separated from the average amplitude curve of the noise realization spectrum by a value proportional to the standard deviation of the spectrum amplitudes. In our example, the maximum amplitude level of the spectral noise model is represented by a single amplitude value constant for all spatial frequencies.

Данные калибровочных измерений сохраняются в памяти, доступной всем блокам, участвующим в обработке изображений.Calibration measurements are stored in memory accessible to all units involved in image processing.

После проведения калибровки устройство может применяться для выполнения измерений и определения оптических передаточных функций каналов, которые участвуют в преобразовании оптического излучения от объектов.After calibration, the device can be used to perform measurements and determine the optical transfer functions of the channels that are involved in the conversion of optical radiation from objects.

Для упрощения рассмотрения положим, что нужно измерять расстояние только для одной области, соответствующей полному размеру матричного светочувствительного детектора, объект плоский и располагается перпендикулярно оптической оси. Размер области измерения определяется максимальным размером функции рассеяния точки. На практике, в случае если изображение велико в сравнении с максимальным размером функции рассеяния точки измерение для каждой области проводится аналогично примеру ниже и результаты измерений для всего изображения приводятся в виде матрицы значений измерений для областей.To simplify the discussion, we assume that it is necessary to measure the distance for only one region corresponding to the total size of the matrix photosensitive detector, the object is flat and is located perpendicular to the optical axis. The size of the measurement region is determined by the maximum size of the point spread function. In practice, if the image is large in comparison with the maximum size of the point spread function, the measurement for each region is carried out similarly to the example below and the measurement results for the entire image are presented as a matrix of measurement values for the regions.

Рассмотрим последовательно шаги процесса обработки изображений блоком 5 оценки расстояний (фиг.36) при наблюдении объекта, резкое изображение которого представлено на фиг.13.Let us consider successively the steps of the image processing by the distance estimator 5 (Fig. 36) when observing an object, a sharp image of which is presented in Fig. 13.

Распределение яркости изображения наблюдаемого объекта приведено в нормированных координатах. Координаты -1 и 1 соответствуют краям детектора изображения, части изображения, находящиеся за пределами координат -1 и 1, не фиксируются детекторами и не участвуют в обработке.The brightness distribution of the image of the observed object is shown in normalized coordinates. The coordinates -1 and 1 correspond to the edges of the image detector, parts of the image that are outside the coordinates -1 and 1 are not fixed by the detectors and do not participate in the processing.

Если перед откалиброванным устройством, детекторы которого расположены на расстояниях $$S_a^{\text{'}}=S_1^{\text{'}}$$

и $$S_b^{\text{'}}=S_4^{\text{'}}$$

, поместить предмет с указанным распределением яркости на расстоянии S₀=S₉ то на светочувствительной области первого детектора будет сформировано изображение, представленное кривой а на фиг.25, изображение для второго детектора представлено на кривой b фиг.25. В процессе регистрации изображений полезный сигнал будет искажен шумом - зафиксированные изображения с шумом для первого и второго детекторов представлены на кривых а и b фигуры 26.If in front of a calibrated device whose detectors are spaced $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{one}}^{\text{'}\text{'}}$$

and $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{four}}^{\text{'}\text{'}}$$

place an object with the specified brightness distribution at a distance S ₀ = S ₉ then the image represented by the curve a in Fig. 25 will be formed on the photosensitive region of the first detector, the image for the second detector is shown in curve b of Fig. 25. In the process of registering images, the useful signal will be distorted by noise - recorded images with noise for the first and second detectors are shown in curves a and b of figure 26.

После фиксации изображений ведется обработка участков пар зафиксированных изображений с одинаковыми координатами на детекторах. В нашем случае размер участка совпадает с размером изображения, то есть обрабатывается лишь один участок изображения. Сначала изображения могут быть преобразованы с помощью оконной функции. В примере использовано окно Хемминга, оконная функция представлена на фиг.16, а результат преобразования - произведение сигнала зафиксированных изображений и оконной функции - на фиг.27.After fixing the images, sections of pairs of captured images with the same coordinates on the detectors are processed. In our case, the size of the plot coincides with the size of the image, that is, only one portion of the image is processed. First, images can be converted using the window function. In the example, a Hamming window was used, the window function is shown in Fig. 16, and the conversion result is the product of the signal of the captured images and the window function - in Fig. 27.

После фиксации и применения оконной функции к изображениям, вычисляют пространственные спектры участков изображений.After fixing and applying the window function to the images, the spatial spectra of the image areas are calculated.

Логарифмы абсолютных значений спектральных характеристик изображений, искаженных шумом и преобразованных с помощью оконной функции, приведены на фиг.28, график a - для первого детектора, b - для второго, прямая с на этой фигуре изображает максимальный уровень амплитуд спектральной модели шума - пороговый уровень шумов для анализа спектра сигнала, который был получен при калибровке.The logarithms of the absolute values of the spectral characteristics of images distorted by noise and transformed using the window function are shown in Fig. 28, graph a - for the first detector, b - for the second, straight line c in this figure shows the maximum amplitude level of the spectral noise model - the threshold noise level to analyze the spectrum of the signal that was obtained during calibration.

Затем вычисляется отношение спектральных характеристик для частот, на которых амплитуды спектров изображений превышают пороговые значения спектра шума, полученный график отношения приведен на фиг.29.Then, the ratio of the spectral characteristics for the frequencies at which the amplitudes of the image spectra exceed the threshold values of the noise spectrum is calculated, and the obtained relationship graph is shown in Fig. 29.

Вычисляются отношения модулей оптических передаточных функций для всех возможных положений в пределах диапазона измерений, графики логарифмов отношений приведены на фиг.30-а, 30-б, 30-в и соответствуют отношениям оптических передаточных функций, изображенных на фиг.23-а, 23-б, 23-в. График 8 фиг.30-в, соответствующий отношению модулей оптических передаточных функций измеряемого расстояния S₈ для удобства рассмотрения последующих вычислений приведен на кривой b фиг.29, но уже в линейном масштабе.The ratios of the optical transfer function modules for all possible positions within the measurement range are calculated, the graphs of the logarithms of the ratios are shown in FIGS. 30-a, 30-b, 30-c and correspond to the ratios of the optical transfer functions depicted in FIGS. 23-a, 23- b, 23-c. Graph 8 of FIG. 30-c, corresponding to the ratio of the optical transfer function modules of the measured distance S _8, for convenience of consideration of subsequent calculations, is shown on curve b of FIG. 29, but on a linear scale.

Затем вычисляются значения целевой функции пары каналов. На кривых фиг.31 представлены примеры результатов вычислений значений промежуточных кривых - кривых отношений минимальной к максимальной из двух величин: отношений оптических передаточных функций, представленных на графиках 3 и 8 фиг.30-а, 30-в и отношений спектральных характеристик изображений, представленных на графике фиг.29. В вычислениях данные указанных зависимостей используются в линейном масштабе. Кривая b фигуры 31 представляет указанные отношения для измеряемого расстояния S₃, кривая а фигуры 31 представляет указанные отношения для измеряемого расстояния S8 и может быть получена из соотношения кривых а и b фиг.29. Для остальных измеряемых расстояний проводятся аналогичные вычисления указанных промежуточных кривых.Then the values of the objective function of the pair of channels are calculated. The curves of Fig. 31 show examples of the results of calculations of the values of the intermediate curves - the curves of the ratios of the minimum to the maximum of two values: the ratios of the optical transfer functions shown in graphs 3 and 8 of Figs. 30a, 30-c and the ratios of the spectral characteristics of the images presented on the graph of Fig. 29. In calculations, the data of these dependencies are used on a linear scale. Curve b of figure 31 represents the indicated relations for the measured distance S ₃ , curve a of figure 31 represents the indicated relations for the measured distance S8 and can be obtained from the ratio of curves a and b of Fig. 29. For the remaining measured distances, similar calculations of the indicated intermediate curves are carried out.

Значения целевой функции пары каналов, представленной на фиг.32 получаются суммированием значений промежуточных кривых. Так, например, значению целевой функции на фиг.32 в координате 3 соответствует сумма значений промежуточной кривой b фигуры 31, а координате 8 соответствует сумма значений промежуточной кривой а фиг.31. Координаты горизонтальной оси графика фиг.32 соответствуют индексам измеряемых расстояний, то есть расстоянию S₃ соответствует координата 3, для остальных координат аналогично. Так как в рассматриваемом примере используется всего два канала формирования и фиксации изображений, то график целевой функции для пары каналов будет также являться и графиком результирующей целевой функции. При использовании большего количества каналов необходимо вычислить значения целевой функции для всех различных пар каналов, а затем найти среднее значение этих целевых функций - результирующую целевую функцию всех каналов устройства.The values of the objective function of the channel pair shown in Fig. 32 are obtained by summing the values of the intermediate curves. So, for example, the value of the objective function in FIG. 32 in coordinate 3 corresponds to the sum of the values of the intermediate curve b of FIG. 31, and coordinate 8 corresponds to the sum of the values of the intermediate curve a of FIG. 31. The coordinates of the horizontal axis of the graph of Fig. 32 correspond to the indices of the measured distances, that is, the distance S ₃ corresponds to coordinate 3, for other coordinates, similarly. Since in the considered example only two channels of image formation and fixation are used, the graph of the objective function for a pair of channels will also be the graph of the resulting objective function. When using more channels, it is necessary to calculate the values of the objective function for all different pairs of channels, and then find the average value of these objective functions - the resulting objective function of all the channels of the device.

Видно, что близкие по величине максимальные значения результирующей целевой функции соответствуют оптимальным оптическим передаточным функциям первого и второго канала, приведенным на графиках 3 и 8 фиг.9-а, 9-в, которые для данных полученных изображений объектов являются оптимальными в смысле максимизации целевой функции, а также соответствуют положениям объекта на расстояниях S₃ и S₈.It can be seen that the maximum values of the resulting objective function that are close in magnitude correspond to the optimal optical transfer functions of the first and second channels shown in graphs 3 and 8 of Figures 9a, 9b, which are optimal for the data of the obtained images of the objects in the sense of maximizing the objective function , and also correspond to the position of the object at distances S ₃ and S ₈ .

Применение критерия максимума результирующей целевой функции приведет к тому, что за расстояние до объекта будет принято расстояние S₃. Однако в нашем случае доподлинно известно, что действительное расстояние до объекта соответствует S_8. Таким образом, погрешность измерений $$\Delta S=\left|S_8-S_3\right|$$

превосходит половину диапазона и потребителю результатов предоставляются данные со значительной ошибкой измерений, если не используется способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений, когда часть данных полученных по результатам измерений проходит дополнительную обработку в блоке 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений (фиг.36).Application of the maximum criterion of the resulting objective function will lead to the fact that the distance S ₃ will be taken as the distance to the object. However, in our case, it is known for certain that the actual distance to the object corresponds to S _8. Thus, the measurement error $$\Delta S=\left|S_8-{\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000050.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_3\right|$$

exceeds half of the range and the consumer of the results is provided with data with a significant measurement error, if the method of determining the error and correcting the results of the measurements is not used, when part of the data obtained from the measurement results undergoes additional processing in block 6 for estimating errors and correcting the measurement results (Fig. 36).

Применяя способ оценки погрешностей и исправления результатов проведенных измерений (см. дополнительно описание для соответствующего способа) сначала определяют диапазон возможных положений объекта, например, следующим образом. За возможные положения объекта при измерениях для пары каналов принимают все положения, для которых нормированная по суммарному значению целевая функция пары каналов имеет локальные максимумы, а также принимает значения, превосходящие значения среднестатистической нормированной целевой функции пары каналов для диапазона измерений, уменьшенной на величину среднеквадратического отклонения нормированной целевой функции для диапазона измерений. Возможны другие реализации способа определения возможных положений объекта, например, без наложения требования о наличии локального экстремума целевой функции пары каналов. На кривой а фиг.33 изображена полученная ранее, но нормированная по суммарному значению целевая функция. На кривой b фиг.33 приведена среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, на кривой с - она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений. Значения кривых среднестатистической нормированной целевой функции и среднеквадратических отклонений нормированной целевой функции пар каналов для диапазона измерений определяются в процессе предварительной калибровки устройства. В случае если используется больше двух каналов формирования и фиксации изображений, сначала находят диапазоны возможных положений для всех различных пар каналов, а затем находят результирующий диапазон возможных положений как пересечение диапазонов возможных положений для пар каналов.Applying the method of estimating errors and correcting the results of measurements (see additional description for the corresponding method), first determine the range of possible positions of the object, for example, as follows. For possible positions of the object during measurements for a channel pair, all positions are taken for which the objective function of the channel pair normalized by the total value has local maxima and also takes values that exceed the average statistical normalized objective function of the channel pair for the measurement range reduced by the standard deviation objective function for the measuring range. Other implementations of the method for determining the possible positions of an object are possible, for example, without imposing a requirement on the presence of a local extremum of the objective function of a pair of channels. On the curve a of Fig. 33 shows the previously obtained, but normalized by the total value, objective function. On curve b of Fig. 33 shows the average normalized objective function for the measurement range, on curve c, it is also reduced by the standard deviation for the measurement range. The values of the curves of the average normalized objective function and the standard deviations of the normalized objective function of the channel pairs for the measurement range are determined during the preliminary calibration of the device. If more than two channels of image formation and fixation are used, first find the ranges of possible positions for all different pairs of channels, and then find the resulting range of possible positions as the intersection of the ranges of possible positions for pairs of channels.

В рассматриваемой нами ситуации диапазон возможных положений наблюдаемого объекта включает положения S₃ и S₈. В случае с применением критерия максимума результирующей целевой функции мы получили измеряемое расстояние до объекта S_0i,=S₃ и действительную погрешность измерений $$\Delta S=\left|S_8-S_3\right|$$

. При оценке диапазона возможных положений объекта можно исправить полученные результаты и заменить измеряемое расстояние до объекта, например, на середину диапазона возможных положений объекта S_0i=(S₈-S₃)/2=S_5.5, и дополнительно к точечной оценке измерений предоставить информацию об оценке погрешности измерений $$\Delta S=\left|S_8-S_{5.5}\right|$$

. Также заменяют оптимальные оптические передаточные функции на оптические передаточные функции, которыми устройство обладает при новой выбранной оценке расстояния. Таким образом, получается, что способ оценки погрешности измерений и исправления результатов измерений оптико-электронного устройства дает более точную точечную оценку измеряемых расстояний и связанных с этой оценкой оптимальных оптических передаточных функций, а также информацию о погрешности этой точечной оценки, обеспечивая достоверность предоставляемых потребителю данных.In the situation under consideration, the range of possible positions of the observed object includes the positions S ₃ and S ₈ . In the case of using the criterion of the maximum of the resulting objective function, we obtained the measured distance to the object S _0i , = S ₃ and the actual measurement error $$\Delta S=\left|S_8-{\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000050.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_3\right|$$

. When assessing the range of possible positions of the object, one can correct the obtained results and replace the measured distance to the object, for example, by the middle of the range of possible positions of the object S _0i = (S ₈ -S ₃ ) / 2 = S _5.5 , and in addition to the point estimate of the measurements, provide information about estimation of measurement error $$\Delta S=\left|S_8-S_{5.5}\right|$$

. They also replace the optimal optical transfer functions with the optical transfer functions that the device possesses with the newly selected distance estimate. Thus, it turns out that the method of estimating the measurement error and correcting the measurement results of the optoelectronic device gives a more accurate point estimate of the measured distances and the optimal optical transfer functions associated with this estimate, as well as information about the error of this point estimate, ensuring the reliability of the data provided to the consumer.

Но даже уменьшенная погрешность определения положения объекта $$\Delta S=\left|S_8-S_{5.5}\right|$$

значительна и превышает допустимое значение погрешности равное, например, $$\left|S_3-S_{\mathrm{1,5}}^{}\right|$$

. Для уменьшения погрешности и повышения точности измерений, необходимо изменить конфигурацию устройства и провести дополнительный цикл измерений. Результаты работы блока 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений (фиг.36), а также результаты измерений из блока 5 оценки расстояний (фиг.36) передаются в блок 7 регулировки взаимного смещения детекторов.But even a reduced error in determining the position of the object $$\Delta S=\left|S_8-S_{5.5}\right|$$

significant and exceeds the permissible error value equal to, for example, $$\left|S_3-{\mathrm{<figure-callout\; id="1"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000050.png"\; state="\{\{state\}\}"><figure-callout\; id="5"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000050.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout></figure-callout>}}_{\mathrm{1,5}}^{}\right|$$

. To reduce the error and improve the accuracy of measurements, it is necessary to reconfigure the device and conduct an additional measurement cycle. The results of the unit 6 for estimating errors and correcting measurement results (Fig. 36), as well as the measurement results from block 5 for estimating distances (Fig. 36) are transmitted to the unit 7 for adjusting the mutual displacement of the detectors.

Новая конфигурация устройства определяется в блоке 7 регулировки взаимного смещения детекторов следующим образом. Так как регулировка конфигурации устройства в данном примере может состоять только в изменении положений детекторов, то среди различных размещений детекторов выбирают такое размещение, для которого поведение оптических передаточных функций каналов для возможных положений объекта было бы наиболее различным. Это различие может характеризоваться, например, как величина, обратная количеству пространственных частот, передаваемых одновременно всеми участвующими в изменении конфигурации каналами устройства и для всех возможных положений объекта, среди частот, на которых амплитуды пространственного спектра полученных изображений превышают пороговый уровень спектральной модели шума. Передаваемые каналами пространственные частоты определяются как частоты, для которых оптические передаточные функции каналов превышает уровень спектральной модели шумов, отнесенный к общему количеству пространственных частот.The new configuration of the device is determined in block 7 for adjusting the mutual displacement of the detectors as follows. Since adjusting the configuration of the device in this example can consist only in changing the positions of the detectors, then among the different arrangements of the detectors, one is chosen for which the behavior of the optical transfer functions of the channels for the possible positions of the object would be most different. This difference can be characterized, for example, as the reciprocal of the number of spatial frequencies transmitted simultaneously by all channels of the device involved in the configuration change and for all possible positions of the object, among frequencies at which the amplitudes of the spatial spectrum of the received images exceed the threshold level of the noise spectral model. The spatial frequencies transmitted by the channels are defined as the frequencies for which the optical transfer functions of the channels exceed the level of the spectral model of noise related to the total number of spatial frequencies.

Применяя указанный способ выбора конфигурации, для рассматриваемого примера была найдена конфигурация с расположением первого детектора 4 $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и второго детектора 14 $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

, аналогично положению детекторов на фиг.8. Следует отметить также, что в силу ограниченности диапазона девятью отсчетами измеряемых расстояний, для новой конфигурации диапазон измерений сместился, но при этом обеспечивает покрытие диапазона возможных положений объекта. Таким образом, для новой выбранной конфигурации ближняя граница диапазона измерений S₃, дальняя -S₁₁.Using the indicated configuration selection method, for the considered example, a configuration was found with the location of the first detector 4 $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and second detector 14 $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

, similar to the position of the detectors in Fig.8. It should also be noted that due to the limited range of nine readings of the measured distances, for the new configuration, the measurement range has shifted, but it provides coverage of the range of possible positions of the object. Thus, for the newly selected configuration, the near limit of the measuring range is S ₃ , the far-S ₁₁ .

Промежуточные данные, использованные для расчета количества пространственных частот передаваемых одновременно всеми участвующими в изменении конфигурации каналами устройства, приведены на фиг.34: кривые a, b - модули оптических передаточных функций для первого и второго каналов и возможного положения объекта S₀=S₃, кривые с и d - для первого и второго канала и возможного положения объекта S₀=S₈, соответственно. Точки кривой е на фиг.34 представляет указанные выше передаваемые частоты, где единичные значения соответствуют передаваемым всеми каналами частотам из множества частот, на которых амплитуды пространственного спектра полученных изображений (логарифмы модулей спектров приведены на фиг.28) превышают пороговый уровень спектральной модели шума.The intermediate data used to calculate the number of spatial frequencies transmitted simultaneously by all the channels of the device participating in the configuration change is shown in Fig. 34: curves a , b are the optical transfer function modules for the first and second channels and the possible position of the object S ₀ = S ₃ , curves c and d - for the first and second channel and the possible position of the object S ₀ = S ₈ , respectively. The points of curve e in Fig. 34 represent the above-mentioned transmitted frequencies, where the unit values correspond to the frequencies transmitted by all channels from the plurality of frequencies at which the amplitudes of the spatial spectrum of the obtained images (the logarithms of the spectral modules are shown in Fig. 28) exceed the threshold level of the noise spectral model.

После выбора новой конфигурации и выполнения команд блока 7 регулировки взаимного смещения (фиг.36) исполнительными механизмами - узлами перемещения 9 и 16 детекторов (фиг.36) полностью аналогично описанию выше проводится дополнительный цикл измерений.After choosing a new configuration and executing the commands of the mutual displacement adjustment unit 7 (Fig. 36) by actuators - displacement nodes 9 and 16 of the detectors (Fig. 36), an additional measurement cycle is carried out completely similar to the description above.

Модули оптических передаточных функций и функции рассеяния точки, характерные для новой конфигурации приведены на фиг.9-а, 9-б, 9-в и фиг.10-а, 10-б, 10-в. Объект, как и в случае первого цикла измерений, имеет распределение яркости, приведенное на фиг.13 и расположен на том же расстоянии S₀=S₈. Изображения объекта, формируемые оптическими системами каналов, приведены на фиг.14, они же, искаженные шумом - на фиг.15, после применения функции окна Хемминга фиг.16 в начале нового процесса обработки изображений получают преобразованные изображения фиг.17. Логарифмы амплитуд спектров преобразованных изображений приведены на фиг.18, логарифмы отношений амплитуд спектров - на кривой а фиг.19. Найденные отношения модулей оптических передаточных функций для различных измеряемых расстояний изображены на фиг.20-а, 20-б, 20-в. Промежуточные кривые отношений минимальной к максимальной из двух величин: отношений модулей оптических передаточных функций, представленных на графиках 6 и 1 фиг.20-а, 20-б и отношений спектральных характеристик изображений, приведенных на графике а фиг.19, изображены на фиг.21. В вычислениях данные указанных зависимостей используются в линейном масштабе. Кривая b фигуры 21 представляет указанные отношения для измеряемого расстояния S₃, кривая а фигуры 21 - для измеряемого расстояния S8 и может быть получена из соотношения кривых а и b фиг.19. Для остальных измеряемых расстояний проводятся аналогичные вычисления указанных промежуточных кривых. Значения результирующей целевой функции для новой конфигурации устройства приведены на фиг.22.Modules of optical transfer functions and point scattering functions characteristic of the new configuration are shown in FIGS. 9-a, 9-b, 9-c and FIG. 10-a, 10-b, 10-c. The object, as in the case of the first measurement cycle, has a brightness distribution shown in Fig. 13 and is located at the same distance S ₀ = S ₈ . Images of the object formed by the optical systems of the channels are shown in Fig. 14, they, distorted by noise - in Fig. 15, after applying the function of the Hamming window of Fig. 16 at the beginning of a new image processing process, converted images of Fig. 17 are obtained. The logarithms of the amplitudes of the transformed images spectra are shown in Figure 18, the logarithm of the amplitude spectra - 19 on a curve. The found ratios of the optical transfer function modules for various measured distances are shown in FIGS. 20-a, 20-b, 20-c. The intermediate curves of the ratios of the minimum to the maximum of two values: the ratios of the modules of the optical transfer functions shown in graphs 6 and 1 of FIGS. 20a, 20b and the ratios of the spectral characteristics of the images shown in graph a of FIG. 19, are shown in FIG. . In calculations, the data of these dependencies are used on a linear scale. Curve b of figure 21 represents the indicated relations for the measured distance S ₃ , curve a of figure 21 for the measured distance S8 and can be obtained from the ratio of curves a and b of Fig. 19. For the remaining measured distances, similar calculations of the indicated intermediate curves are carried out. The values of the resulting objective function for the new device configuration are shown in Fig.22.

После проведения дополнительного цикла измерений снова применяется способ оценки погрешности и исправления результатов произведенных измерений оптико-электронного устройства.After an additional measurement cycle, the method of estimating the error and correcting the results of the measurements made by the optoelectronic device is again used.

Оценивается диапазон возможных положений объекта. При применении указанного выше способа оценки этого диапазона получаем точечную оценку S₈. На кривой а фиг.35 изображена полученная ранее, но нормированная по суммарному значению целевая функция. На кривой b фиг.35 приведена среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, на кривой с - она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений.The range of possible positions of the object is estimated. When applying the above method for assessing this range, we obtain a point estimate of S ₈ . The curve a of Fig. 35 shows the previously obtained, but normalized by the total value, objective function. On curve b of Fig. 35 shows the average normalized objective function for the measurement range, on curve c is the same, reduced by the standard deviation for the measurement range.

Оценка погрешности в данном случае будет $$\Delta S=\left|S_8-S_8\right|=0$$

, что меньше выбранного максимально допустимого значения. Исправление результатов измерений не требуется. Как видно из сравнения результатов первого и дополнительного циклов измерений, новая конфигурация позволила значительно повысить точность измерений.The error estimate in this case will be $$\Delta S=\left|S_8-{\mathrm{<figure-callout\; id="8"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000054.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_8\right|=0$$

, which is less than the selected maximum allowable value. Correction of measurement results is not required. As can be seen from a comparison of the results of the first and additional measurement cycles, the new configuration made it possible to significantly increase the measurement accuracy.

Способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства может быть осуществлен следующим образом.The method for determining the error and correction of the results of measurements of the optoelectronic device can be carried out as follows.

Определить погрешности и исправить результаты измерений с помощью предлагаемого способа можно для способа измерений, который состоит в следующем. Получают по меньшей мере два изображения наблюдаемых объектов, сформированных с различной степенью размытия, и производят их обработку.To determine the errors and correct the measurement results using the proposed method can be for the measurement method, which consists in the following. At least two images of the observed objects formed with varying degrees of blur are obtained and processed.

Оптические системы устройства, одна или несколько, фокусируют излучение от наблюдаемых объектов и формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия. Светочувствительный матричный детектор, один или несколько, преобразует оптическое излучение в электрические величины. Далее эти электрические величины преобразуются в цифровую форму или схемой аналого-цифрового преобразования, встроенной в детектор изображения или с помощью внешних аналого-цифровых преобразователей. В процессе накопления, передачи и преобразования аналогового сигнала в цифровую форму полезный сигнал искажается шумами электронного тракта. Для простоты далее под шумовыми характеристиками детекторов понимаются все шумовые характеристики тракта фиксации изображения, влияющие на изображение. Для каждого светочувствительного матричного детектора может быть использована отдельная оптическая система. А может быть использована и общая оптическая система с разделением светового потока. Светочувствительный матричный детектор вместе с относящейся к нему частью оптической системы образует канал формирования и фиксации изображений. Для статичных объектов возможна реализация, когда последовательно фиксируют пару изображений с помощью одного светочувствительного матричного детектора и оптической системы. Всегда при формировании и фиксации изображений добиваются различной степени размытия формируемых изображений. Степень размытия известна и задается оптической передаточной функцией канала устройства. Оптические передаточные функции каналов измеряют и сохраняют в памяти в процессе предварительной калибровки для различных измеряемых расстояний в пределах диапазона измерений. Степень размытия может задаваться с помощью функции рассеяния точки, если этого требует способ измерений. Способ определения погрешности измерений и исправления результатов измерений оптико-электронного устройства может быть эквивалентно построен на использовании функции рассеяния точки вместо оптической передаточной функции.The optical systems of the device, one or more, focus the radiation from the observed objects and form at least two images of at least one observed object with varying degrees of blur. A photosensitive matrix detector, one or more, converts optical radiation into electrical quantities. Further, these electrical quantities are converted to digital form either by an analog-to-digital conversion circuit built into the image detector or by using external analog-to-digital converters. In the process of accumulation, transmission and conversion of the analog signal into digital form, the useful signal is distorted by the noise of the electronic path. For simplicity, hereinafter, the noise characteristics of the detectors are understood to mean all the noise characteristics of the image fixing path that affect the image. A separate optical system can be used for each photosensitive matrix detector. And a general optical system with separation of the light flux can also be used. The photosensitive matrix detector, together with the related part of the optical system, forms a channel for image formation and fixation. For static objects, a realization is possible when a pair of images is sequentially captured using a single photosensitive matrix detector and an optical system. When forming and fixing images, they always achieve a varying degree of blurring of the generated images. The degree of blur is known and is set by the optical transfer function of the channel of the device. The optical transfer functions of the channels are measured and stored in the memory during pre-calibration for various measured distances within the measurement range. The degree of blur can be set using the point spread function, if required by the measurement method. The method for determining the measurement error and correcting the measurement results of the optoelectronic device can be equivalently built on using the point spread function instead of the optical transfer function.

В процессе обработки изображений для областей поля зрения, которым соответствуют области изображений и области наблюдаемых объектов, выбирают оптимальные оптические передаточные функции каналов формирования и фиксации изображений из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений исходя из условия обеспечения глобального экстремума результирующей целевой функции оптимизации. Если задача оптимизации состоит в минимизации целевой функции, то экстремумом должно быть минимальное значение, если же задача оптимизации состоит в максимизации целевой функции, то экстремумом должно быть максимальное значение.In the process of image processing for the areas of the field of view, which correspond to the image areas and the areas of the observed objects, the optimal optical transfer functions of the image forming and fixing channels are selected from the optical transfer functions for distances within the measurement range based on the condition for providing a global extremum of the resulting optimization target function. If the optimization problem consists in minimizing the objective function, then the extremum should be the minimum value; if the optimization problem consists in maximizing the objective function, then the maximum should be the maximum value.

Входными данными для реализации способа определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства для каждой области являются кривые результирующих целевых функций и целевые функции пар каналов, полученные в ходе измерений, а также точечные оценки измеренных расстояний и связанные с ними значения оптимальных оптических передаточных функций.The input data for implementing the method for determining the error and correcting the results of measurements of the optoelectronic device for each region are the curves of the resulting objective functions and the objective functions of the channel pairs obtained during the measurements, as well as point estimates of the measured distances and the associated values of the optimal optical transfer functions .

Рассмотрим реализацию способа определения погрешностей и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства применительно к указанному способу измерений.Consider the implementation of the method for determining errors and correcting the results of measurements of the optoelectronic device in relation to the specified measurement method.

Предварительно проводят дополнительную калибровку устройства для различных уровней шума детекторов изображений.An additional calibration of the device is preliminarily carried out for various noise levels of image detectors.

В качестве калибровочных мишеней используют тест-объекты в виде задаваемых распределений яркости, расположенных на известном расстоянии от устройства. Например, тест-объектом может служить цифровой дисплей с выводимыми на него изображениями.As calibration targets, test objects are used in the form of preset brightness distributions located at a known distance from the device. For example, a digital display with images displayed on it can serve as a test object.

Для каждого тест-объекта и каждого расстояния проводят цикл измерений, в процессе которого получают значения целевых функций пар каналов. Целевые функции для различных тест-объектов, находящихся на одинаковом расстоянии могут значительно отличаться. Это зависит, главным образом, от следующих факторов. Во-первых, от уровня шума детекторов, во-вторых, от амплитуд энергии пространственного спектра изображения, а также распределения энергии спектра по частотам, в третьих, от оптических передаточных функций каналов устройства, характерных для данного расстояния до тест-объекта.For each test object and each distance, a measurement cycle is carried out, during which the values of the objective functions of the channel pairs are obtained. The objective functions for different test objects located at the same distance can vary significantly. It depends mainly on the following factors. Firstly, from the noise level of the detectors, secondly, from the amplitudes of the energy of the spatial spectrum of the image, as well as the distribution of spectrum energy over frequencies, thirdly, from the optical transfer functions of the device’s channels, characteristic for a given distance to the test object.

Нужно отметить, что для изображений с различным распределением яркости, имеющих не узкополосный спектральный состав, целевые функции имеют одинаковый характер, если энергия спектра шума мала по сравнению с энергией спектра изображения для большого количества пространственных частот. Факт сходства характера целевых функций для различных изображений позволяет охарактеризовать устройство с помощью среднестатистической целевой функции и среднеквадратических отклонений значений целевых функций для диапазона измерений и для каждой различной пары каналов.It should be noted that for images with different brightness distributions having a non-narrow-band spectral composition, the objective functions are of the same nature if the energy of the noise spectrum is small compared to the energy of the image spectrum for a large number of spatial frequencies. The fact that the nature of the objective functions is similar for different images allows us to characterize the device using the average objective function and standard deviations of the values of the objective functions for the measurement range and for each different pair of channels.

При увеличении шума целевые функции для различных изображений могут быть значительно искажены и отличаться друг от друга. Особенно сильно это отличие проявляется на краях диапазона измерений, для больших дефокусировок, когда хотя бы одно изображение размыто значительно и сложно отличить одно сильно размытое изображение от другого чуть менее размытого и при этом влияние шума осложняет задачу. Неточность измерений в подобных ситуациях проявляется в том, что выбранные оптимальные оптические передаточные функции не соответствуют действительным оптическим передаточным функциям устройства и в том, что измеряемое расстояние не соответствует действительному расстоянию. То есть положение экстремума целевой функции отклоняется идеального положения, соответствующего действительному расстоянию до области объекта. В худших случаях погрешность измерений может соответствовать величине диапазона измерений.With increasing noise, the target functions for various images can be significantly distorted and differ from each other. This difference is especially pronounced at the edges of the measurement range, for large defocusings, when at least one image is blurry significantly and it is difficult to distinguish one very blurry image from another slightly less blurry and the effect of noise complicates the task. Measurement inaccuracy in such situations is manifested in the fact that the selected optimal optical transfer functions do not correspond to the actual optical transfer functions of the device and in the fact that the measured distance does not correspond to the actual distance. That is, the position of the extremum of the objective function deviates from the ideal position corresponding to the actual distance to the area of the object. In the worst cases, the measurement error may correspond to the size of the measurement range.

Зависимость характера искажения целевой функции от соотношения энергий спектра размытых изображений и энергии шума успешно характеризуется среднеквадратическим отклонением целевой функции реализации единичного измерения от среднестатистической целевой функции пары каналов для диапазона измерений. Эти характеристики, среднестатистическая целевая функция и среднеквадратическое отклонение целевой функции пары каналов для диапазона измерений применяются для определения диапазона возможного положения объекта, а затем и для определения погрешности измерений и исправления результатов измерений и вычисляются следующим образом.The dependence of the nature of the distortion of the objective function on the ratio of the energies of the spectrum of blurry images and noise energy is successfully characterized by the standard deviation of the objective function of implementing a single measurement from the average objective function of a pair of channels for the measurement range. These characteristics, the average objective function and the standard deviation of the objective function of the pair of channels for the measurement range are used to determine the range of the possible position of the object, and then to determine the measurement error and correct the measurement results and are calculated as follows.

По результатам вычисления значений целевых функций для каждого расстояния нормируют целевые функции пар каналов измерений для тест-объектов по суммарному значению целевой функции. Затем вычисляют среднестатистические целевые функции и среднеквадратические отклонения целевых функций пар каналов для диапазона измерений.According to the results of calculating the values of the objective functions for each distance, the objective functions of the pairs of measurement channels for test objects are normalized by the total value of the objective function. Then calculate the average objective functions and standard deviations of the objective functions of the pairs of channels for the measurement range.

Результаты дополнительной калибровки используются для определения погрешности измерений и исправления измерений следующим образом.The results of the additional calibration are used to determine the measurement error and correct the measurements as follows.

Находят диапазон возможного положения наблюдаемого объекта для каждой рассматриваемой области изображений. Оценка диапазона возможных положений наблюдаемого объекта состоит в сравнении результатов проведенного измерения со статистическими характеристиками с учетом среднеквадратических отклонений целевых функций для диапазона измерений. За возможные положения объекта при измерениях для пары каналов принимают все положения, для которых нормированная по суммарному значению целевая функция пары каналов имеет локальные максимумы, а также принимает значения, превосходящие значения среднестатистической нормированной целевой функции пары каналов для диапазона измерений, уменьшенной на величину среднеквадратического отклонения среднестатистической нормированной целевой функции для диапазона измерений. Возможны другие реализации способа определения возможных положений объекта, например, без наложения требования о наличии локального экстремума целевой функции пары каналов. В случае если используется больше двух каналов формирования и фиксации изображений, сначала находят диапазоны возможных положений для всех различных пар каналов, а затем находят результирующий диапазон возможных положений как пересечение диапазонов возможных положений для пар каналов. Где среднестатистическая целевая функция и величина среднеквадратического отклонения пары каналов для диапазона измерений определяются при калибровке для уровня шума, соответствующего шуму детекторов при фиксации изображений.Find the range of possible positions of the observed object for each image area under consideration. Assessing the range of possible positions of the observed object consists in comparing the results of the measurement with statistical characteristics, taking into account the standard deviations of the objective functions for the measurement range. For the possible positions of the object during measurements for a pair of channels, all positions are taken for which the objective function of the channel pair normalized by the total value has local maxima, and also takes values that exceed the values of the average normalized objective function of the channel pair for the measurement range reduced by the standard deviation of the average normalized objective function for the measurement range. Other implementations of the method for determining the possible positions of an object are possible, for example, without imposing a requirement on the presence of a local extremum of the objective function of a pair of channels. If more than two channels of image formation and fixation are used, first find the ranges of possible positions for all different pairs of channels, and then find the resulting range of possible positions as the intersection of the ranges of possible positions for pairs of channels. Where the average objective function and the standard deviation of the pair of channels for the measurement range are determined during calibration for the noise level corresponding to the noise of the detectors during image capture.

В итоге исправляют расстояние, полученное по результатам измерений, заменяя его на расстояние, соответствующее середине диапазона возможного положения наблюдаемого объекта, и заменяют оптимальные оптические передаточные функции на оптические передаточные функции, которыми устройство обладает при данном расстоянии, а также определяют погрешность измерений как половину диапазона возможного положения наблюдаемого объекта.As a result, correct the distance obtained by the measurement results, replacing it with a distance corresponding to the middle of the range of the possible position of the observed object, and replace the optimal optical transfer functions with the optical transfer functions that the device has at a given distance, and also determine the measurement error as half the range of the possible the position of the observed object.

Сравнение целевых функций пар каналов, полученных при измерениях со среднестатистическими целевыми функциями и среднеквадратическими отклонениями целевых функций пар каналов для диапазона измерений, полученными при калибровке для уровня шума, соответствующего шуму детекторов при фиксации изображения,, позволяет оценить для областей поля зрения диапазон возможного положения наблюдаемых объектов, а также исправить точечную оценку измеренного расстояния, полученную при проведении измерений, и дать оценку погрешности результатов измерений. Коррекция измерений на основе статистических данных позволяет, замещая результаты значениями середины диапазона возможного положения, предоставить выходные данные, которые при их рассмотрении без учета оценки точности или рассмотрения диапазона возможных расстояний будут иметь меньшую абсолютную погрешность.Comparison of the objective functions of the channel pairs obtained during measurements with the average objective functions and the standard deviations of the objective functions of the channel pairs for the measurement range obtained by calibration for the noise level corresponding to the noise of the detectors during image capture allows us to estimate the range of possible positions of the observed objects for the field of view , and also correct the point estimate of the measured distance obtained during the measurements, and give an estimate of the error of the results of measurements rhenium. Correction of measurements on the basis of statistical data allows, replacing the results with the values of the middle of the range of the possible position, to provide output data that, when considered without taking into account the accuracy assessment or considering the range of possible distances, will have a smaller absolute error.

Рассмотрим пример реализации способа определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства, далее, для краткости, способа определения погрешности, применительно к измерениям, производимым в соответствии с заявляемым способом получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний по первому варианту. Возможно применение способа оценки погрешности в связке с другими способами измерения, состоящими в получении и обработке пары и более изображений, сформированных с различной степенью размытия для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, и последующем выборе оптимальных оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений при которых результирующая целевая функция оптимизации имеет глобальный экстремум, а также определяют измеряемое расстояние, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, где значения оптических передаточных функций измеряются при проведении предварительной калибровки и сохраняются в памяти. В частности, целевая функция поиска оптимальных оптических передаточных функций может быть в виде евклидовой нормы, как в ближайшем аналоге способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний (заявка США No. US 2010/0118142, МПК: H04N 7/18, 2010).Consider an example of the implementation of the method for determining the error and correcting the results of measurements of the optoelectronic device, then, for brevity, the method for determining the error, as applied to the measurements made in accordance with the claimed method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances according to the first embodiment . It is possible to use the error estimation method in conjunction with other measurement methods, consisting in obtaining and processing a pair or more of images formed with varying degrees of blur for each region of at least one observable object to which the image regions correspond, and then selecting the optimal optical transfer functions of the channels forming and fixing images from optical transfer functions for distances within the measurement range at which the resulting objective function o timizatsii has a global extremum, and determining the measured distance as the distance at which the device has selected optimum optical transfer functions where the values of the optical transfer functions are measured during the preliminary calibration and stored in memory. In particular, the objective function of searching for optimal optical transfer functions can be in the form of the Euclidean norm, as in the closest analogue of the image acquisition and processing method for determining optical transfer functions and measuring distances (US application No. US 2010/0118142, IPC: H04N 7/18 , 2010).

На фиг.37 представлена схема оптико-электронного устройства с основными обозначениями, необходимыми для пояснения примера способа для определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства.On Fig presents a diagram of an optoelectronic device with the basic designations necessary to explain an example of a method for determining the error and correction of the results of measurements of an optoelectronic device.

Устройство включает следующие позиции. Два канала формирования и фиксации изображений 1 и 15, оптические системы которых включают оптические детали 2, например, линзы, дифракционные элементы, призмы, зеркала, светофильтры или оптические детали других типов, а также диафрагмы 3 и светоделитель 12 осуществляют фор. Матричные светочувствительные детекторы 4 и 14 каналов 1 и 15 осуществляет фиксацию изображений. Блок 5 оценки расстояний соединен с матричными светочувствительными детекторами 4 и 14. В примере рассмотрим один наблюдаемый объект 11, расположенный перпендикулярно оптической оси устройства. Для удобства рассмотрения в устройстве для обоих каналов использованы одинаковые диафрагмы прямоугольной формы, имеющие постоянный коэффициент пропускания, равный единице.The device includes the following items. Two channels for the formation and fixation of images 1 and 15, the optical systems of which include optical parts 2, for example, lenses, diffraction elements, prisms, mirrors, optical filters or other types of optical parts, as well as aperture 3 and a beam splitter 12, carry out the form. Matrix photosensitive detectors 4 and 14 of channels 1 and 15 capture images. The distance estimation unit 5 is connected to the matrix photosensitive detectors 4 and 14. In the example, we consider one observed object 11 located perpendicular to the optical axis of the device. For convenience of consideration, the same diaphragms of rectangular shape having a constant transmittance equal to unity are used in the device for both channels.

Введены следующие обозначения S₃, …, S₁₁ - измеряемые расстояния (приведены пунктирными линиями), $$S_3^{\text{'}}$$

, …, $$S_{11}^{\text{'}}$$

- сопряженные измеряемым расстояния в пространстве изображений до плоскости фокусировки излучения, идущего от объектов расположенных на измеряемых расстояниях. Измеряемые расстояния и расстояния до плоскости фокусировки взаимно однозначно связаны друг с другом и имеют одинаковые индексы, то есть измеряемому расстоянию S₈, например, соответствует расстояние $$S_8^{\text{'}}$$

, расстояния в пространстве изображений для каналов 1 и 15 одинаковы. Расстояния измеряются от передней части корпуса устройства в пространстве предметов и от задней - в пространстве изображений. S₀ - действительное расстояние до наблюдаемого объекта 11, S_0i - полученная в результате измерений точечная оценка расстояния до объекта, $$S_a^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 4, $$S_b^{\text{'}}$$

- расстояние до детектора 14. Позицией 17 условно обозначено резкое изображение объекта 11.The following designations are introduced S ₃ , ..., S ₁₁ - measured distances (shown by dashed lines), $$S_3^{\text{'}\text{'}}$$

, ..., $$S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

- conjugate to the measured distance in the image space to the focus plane of the radiation coming from objects located at the measured distances. The measured distances and distances to the focusing plane are one-to-one connected with each other and have the same indices, i.e., the measured distance S ₈ , for example, corresponds to the distance $$S_8^{\text{'}\text{'}}$$

, the distances in the image space for channels 1 and 15 are the same. Distances are measured from the front of the device in the space of objects and from the back in the space of images. S ₀ is the actual distance to the observed object 11, S _0i is the resulting point estimate of the distance to the object, $$S_a^{\text{'}\text{'}}$$

- distance to the detector 4, $$S_b^{\text{'}\text{'}}$$

- the distance to the detector 14. Position 17 conventionally indicated a sharp image of the object 11.

Устройство снабжено блоком 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенным с блоком 5 оценки расстояний.The device is equipped with a unit 6 for estimating errors and correcting measurement results, connected to a unit 5 for estimating distances.

Матричные светочувствительные детекторы 4 и 14 установлены неподвижно на расстояниях $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детекторов 1 и 14 относительно заднего фокуса оптической системы F'. В примере плоскость каждого детектора перпендикулярна оптической оси. Отметим, что для рассматриваемого примера взято ограничение, что диапазон измеряемых расстояний S_max-S_min составляет не более девяти отсчетов измерений, причем расстояния в пространстве изображений, сопряженные с краями диапазона, не должны отстоять далее девяти отсчетов измерений от каждого из светочувствительных детекторов. Это ограничение вызвано тем, что на краях диапазона диаметр функции рассеяния точки велик и отношение сигнал/шум для точечных источников значительно ухудшается, что приводит к значительной деградации качества измерений. Нумерация измеряемых расстояний начата с S₃ для того, чтобы фигуры из описания способа измерений по первому варианту можно было напрямую использовать для данного описания.Matrix photosensitive detectors 4 and 14 are installed motionless at distances $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detectors 1 and 14 relative to the back focus of the optical system F '. In the example, the plane of each detector is perpendicular to the optical axis. Note that for the example under consideration, the limitation is taken that the range of measured distances S _max -S _min is no more than nine measurement samples, and the distances in the image space conjugated with the edges of the range should not be further than nine measurement samples from each of the photosensitive detectors. This limitation is due to the fact that at the edges of the range the diameter of the point scattering function is large and the signal-to-noise ratio for point sources is significantly degraded, which leads to a significant degradation in the quality of measurements. The numbering of the measured distances started with S ₃ so that the figures from the description of the measurement method according to the first embodiment could be directly used for this description.

Для применения способа получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством предварительно проводят калибровку, в процессе которой определяют значения оптических передаточных функций. Измерение оптических передаточных функций может состоять в непосредственном наблюдении модели точечного источника излучения и взятия преобразования Фурье от наблюдаемой функции рассеяния точки. Или же может измеряться модуль оптической передаточной функции посредством наблюдения и анализа тест-объектов в виде штриховых мир, или применяться другой способ для измерения передаточной функции оптической системы. Отсутствие информации о мнимой части оптической передаточной функции и наличие только функции передачи модуляции (амплитуды оптической передаточной функции) не ограничивает применимости способа, так как при обработке изображений используются только модули значений оптических передаточных функций. На фиг.9-а, 9-б, 9-в представлены графики модулей оптической передаточной функции для расположения детектора 4 на расстоянии $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

и детектора 14 на расстоянии $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

для каждого расстояния в пределах диапазона измерений. Ординаты графиков фиг.10-а, 10-б, 10-в представляют собой амплитуды преобразования Фурье функций рассеяния точки, по оси абсцисс отложена положительная часть диапазона нормированных пространственных частот. Для остальных графиков пространственных частот, приведенных ниже, используется такая же система координат. Также при калибровке измеряются шумовые характеристики детекторов изображения и сохраняются в памяти. Указанные выше данные калибровочных измерений сохраняются в памяти, доступной всем блокам, участвующим в обработке изображений.To apply the method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device, a calibration is carried out beforehand, during which the values of the optical transfer functions are determined. The measurement of optical transfer functions may consist in directly observing the model of a point source of radiation and taking the Fourier transform of the observed point scattering function. Or, the optical transfer function module can be measured by observing and analyzing test objects in the form of a dashed world, or another method can be used to measure the transfer function of the optical system. The lack of information about the imaginary part of the optical transfer function and the presence of only the modulation transfer function (the amplitude of the optical transfer function) does not limit the applicability of the method, since only the values of the optical transfer function values are used in image processing. On Fig.9-a, 9-b, 9-c presents graphs of the modules of the optical transfer function for the location of the detector 4 at a distance $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

and detector 14 in the distance $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

for each distance within the measuring range. The ordinates of the graphs of FIGS. 10-a, 10-b, 10-c are the amplitudes of the Fourier transform of the point scattering functions, the positive part of the normalized spatial frequency range is plotted along the abscissa. For the remaining spatial frequency graphs below, the same coordinate system is used. Also during calibration, the noise characteristics of image detectors are measured and stored in memory. The above calibration measurements are stored in a memory accessible to all units involved in image processing.

Для обеспечения работы способа определения погрешности перед проведением измерений помимо основной калибровки, необходимой для проведения измерений, проводят дополнительную калибровку, по результатам которой получают статистические характеристики конфигураций устройства: среднестатистические целевые функции и среднеквадратические отклонения значений результирующих целевых функций для диапазона измерений. Характеристики снимаются для различных пар каналов устройства, в рассматриваемом случае - для одной пары каналов. В процессе дополнительной калибровки сначала задают конфигурацию устройства, затем помещают каждый тест-объект на известном расстоянии, получают его изображения для различных уровней шума детекторов изображения и проводят цикл измерений. После проведения измерений для всех выбранных тест-объектов по данным измерений определяют статистические характеристики. В примере положим лишь единственный коэффициент усиления электронного тракта детекторов изображений уровень шумов ему соответствующий.To ensure the operation of the method for determining the error before taking measurements, in addition to the main calibration necessary for the measurements, an additional calibration is carried out, according to the results of which statistical characteristics of the device configurations are obtained: average objective functions and standard deviations of the values of the resulting objective functions for the measurement range. The characteristics are taken for different pairs of channels of the device, in this case for one pair of channels. In the process of additional calibration, the device is first configured, then each test object is placed at a known distance, its images are obtained for various noise levels of the image detectors, and a measurement cycle is performed. After taking measurements for all selected test objects, statistical characteristics are determined from the measurement data. In the example, we put only the single gain of the electronic path of the image detectors, the noise level corresponding to it.

На фиг.38 приведена кривая распределений яркости изображения, использованного в примере среди множества калибровочных тест-объектов. Оси абсцисс графиков фиг.38 и других графиков пространственных распределений сигналов, приведенных ниже, соответствуют нормированным пространственным координатам, значения -1 и 1 соответствуют крайним точкам на светочувствительной поверхности детекторов изображений, оси ординат представляют собой относительное значение уровня яркости, приведенное к максимальному уровню сигнала точечного источника изображения, взятого за 1. Желательно использовать достаточное количество различных реалистичных распределений яркости объектов, которые могут наблюдаться в условиях эксплуатации устройства.On Fig shows the distribution curve of the brightness of the image used in the example among the many calibration test objects. The abscissa axes of the graphs of Fig. 38 and other graphs of the spatial distributions of the signals given below correspond to normalized spatial coordinates, the values -1 and 1 correspond to the extreme points on the photosensitive surface of the image detectors, the ordinates represent the relative value of the brightness level, reduced to the maximum level of the point signal image source taken as 1. It is advisable to use a sufficient number of different realistic brightness distributions of objects, which can be observed in the conditions of operation of the device.

На фигурах 39 и 40 приведены примеры размытых и искаженных шумом изображений тест-объекта, имеющего пространственное распределение яркости, представленное на фиг.38, для положений $$S_a^{\text{'}}=S_3^{\text{'}}$$

, $$S_b^{\text{'}}=S_{11}^{\text{'}}$$

первого и второго детекторов изображения, соответственно. На фиг.39 изображение приведено для тест-объекта, расположенного на расстоянии S₀=S₅, на фиг.40 - на расстоянии S₀=S₈; кривые а этих фигур соответствуют изображению на первом детекторе, кривые b - изображению на втором детекторе.Figures 39 and 40 show examples of blurred and noise-distorted images of a test object having a spatial brightness distribution shown in Fig. 38, for positions $$S_a^{\text{'}\text{'}}=S_3^{\text{'}\text{'}}$$

, $$S_b^{\text{'}\text{'}}=S_{\mathrm{eleven}}^{\text{'}\text{'}}$$

first and second image detectors, respectively. In Fig. 39, the image is shown for a test object located at a distance S ₀ = S ₅ , in Fig. 40 - at a distance S ₀ = S ₈ ; the curves a of these figures correspond to the image on the first detector, the curves b to the image on the second detector.

После получения изображений вычисляют целевую функцию оптимизации для каждого тест-объекта, нормируют ее по суммарному значению и находят среднестатистическую нормированную целевую функцию для каждого измеряемого расстояния по всем тест-объектам. Целевые функции для указанного тест-объекта фиг.38, расположенного на расстояниях S₀=S₅ и S₀=S₈ приведены на фиг.41 и 42 соответственно. В данном примере целевые функции определяются таким же образом, как в заявляемом способе получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний по первому варианту. При применении рассматриваемого способа с другим способом измерений целевая функция должна определяться таким же образом, как в используемом способе измерений.After obtaining the images, the optimization optimization function is calculated for each test object, normalized by the total value, and the average normalized objective function is found for each measured distance over all test objects. The objective functions for the specified test object of Fig. 38, located at distances S ₀ = S ₅ and S ₀ = S ₈ are shown in Figs. 41 and 42, respectively. In this example, the objective functions are determined in the same way as in the claimed method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances according to the first embodiment. When applying the method under consideration with a different measurement method, the objective function should be determined in the same way as in the used measurement method.

Среднестатистические нормированные целевые функции для фиксированных расстояний, полученные при калибровке по 512 различным распределениям яркости в качестве тест-объектов, обозначены буквой а и приведены на фигуре 43 для расстояния до тест-объектов S₀=S₅, а также на фигуре 44 для расстояния до тест-объектов S₀=S₈. Буквой b на этих фигурах обозначены среднестатистические нормированные целевые функции для фиксированных расстояний, уменьшенные на величину среднеквадратических отклонений нормированных целевых функций для фиксированных расстояний от среднестатистических нормированных целевых функций. В процессе получения среднестатистических характеристик целевые функции для тест-объектов с малым отношением сигнал-шум и большим отклонением положения экстремума целевой функции относительно координаты соответствующей действительному положению тест-объекта могут быть отброшены.The average normalized objective functions for fixed distances obtained during calibration for 512 different brightness distributions as test objects are indicated by the letter a and are shown in FIG. 43 for the distance to test objects S ₀ = S ₅ and also in FIG. 44 for the distance to test objects S ₀ = S ₈ . The letter b on these figures denotes the average normalized objective functions for fixed distances, reduced by the standard deviations of the normalized objective functions for fixed distances from the average normalized objective functions. In the process of obtaining average statistical characteristics, the objective functions for test objects with a small signal-to-noise ratio and a large deviation of the extreme position of the objective function relative to the coordinate corresponding to the actual position of the test object can be discarded.

После получения среднестатистических нормированных целевых функций каналов для фиксированных расстояний и их среднеквадратических отклонений по результатам дополнительной калибровки для фиксированных расстояний, находят итоговые обобщенные характеристики, которые применяются в способе оценки погрешностей к результатам проведенных измерений. Первой характеристикой является среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, изображенная кривой а фигуры 45, определяемая для каждого расстояния из диапазона измерений, как значение среднестатистической нормированной целевой функции для фиксированного расстояния в координате, соответствующей данному расстоянию. То есть, например, значение кривой а фигуры 45 в координате 5 соответствует значению среднестатистической нормированной целевой функции, полученной для соответствующего расстояния до объектов S₀=S₅ в координате 5, приведенной на кривой а фигуры 43. Значение кривой а фигуры 45 в координате 8 соответствует значению среднестатистической нормированной целевой функции, полученной для соответствующего расстояния до объектов S₀=S₈ в координате 8, приведенной на кривой а фигуры 44. Таким образом, следует различать среднестатистическую нормированную целевую функцию для фиксированного расстояния и для диапазона измерений - при оценке погрешностей и исправлении результатов измерений используется характеристика для диапазона. Второй итоговой характеристикой дополнительной калибровки является характеристика среднеквадратических отклонений нормированной целевой функции для диапазона измерений. Эта характеристика определяется аналогично среднестатистической нормированной целевой функции для диапазона измерений. На кривой b фигуры 45 представлена среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, уменьшенная на величину характеристики среднеквадратических отклонений нормированных целевых функций для диапазона измерений.After obtaining the average normalized target functions of the channels for fixed distances and their standard deviations from the results of additional calibration for fixed distances, the final generalized characteristics are found that are used in the method of estimating errors in the results of measurements. The first characteristic is the average normalized target function for the measurement range, and the figures depicted curve 45, is determined for each of the distance measuring range, the value of the average of the normalized target function for the fixed distance in the coordinate corresponding to the given distance. That is, for example, the value of the curve a of figure 45 in coordinate 5 corresponds to the value of the average normalized objective function obtained for the corresponding distance to the objects S ₀ = S ₅ in coordinate 5 shown on curve a of figure 43. The value of curve a of figure 45 in coordinate 8 corresponds to the value of the average normalized objective function obtained for the corresponding distance to objects S ₀ = S ₈ in coordinate 8, shown on curve a of figure 44. Thus, it is necessary to distinguish between the average normalized the objective function for a fixed distance and for the measurement range - when estimating errors and correcting measurement results, the characteristic for the range is used. The second final characteristic of the additional calibration is the standard deviation characteristic of the normalized objective function for the measurement range. This characteristic is determined similarly to the average normalized objective function for the measurement range. Curve b of figure 45 shows the average normalized objective function for the measurement range, reduced by the characteristic value of the standard deviations of the normalized objective functions for the measurement range.

После того, как дополнительная калибровка произведена можно оценивать погрешности и исправлять результаты произведенных измерений. Дополнительная калибровка может производиться как с помощью только блока 5 оценки расстояний и блока 6 оценки погрешностей устройства, так и с использованием дополнительных вычислителей. В случае, если устройство допускает реализовать несколько конфигураций, за счет, например, регулировки положений детекторов аналогично устройству, приведенному на фиг.36, то дополнительная калибровка проводится для каждой возможной конфигурации устройства. Результаты дополнительной калибровки сохраняются в памяти, доступной блоку 6 оценки погрешностей и исправления результатов измерений (фиг.37).After the additional calibration is performed, it is possible to evaluate the errors and correct the results of the measurements. Additional calibration can be carried out using only the distance estimation unit 5 and the device error estimation unit 6, and using additional calculators. If the device allows you to implement several configurations, due to, for example, adjusting the position of the detectors similarly to the device shown in Fig. 36, then additional calibration is carried out for each possible configuration of the device. The results of the additional calibration are stored in the memory available to the unit 6 for estimating errors and correcting the measurement results (Fig. 37).

Рассмотрим основные фигуры, относящиеся к примеру измерений, проводимых в блоке 5 оценки расстояний (фиг.37) в соответствии с заявляемым способом получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний по первому варианту. Допустим, объект имеет распределение яркости, приведенное на фиг.13 и расположен на расстоянии S₀=S₈. Модули оптических передаточных функций и функции рассеяния точки, характерные для применяемой конфигурации устройства приведены на фиг.9-а, 9-б, 9-в и фиг.10-а, 10-б, 10-в и соответствуют различным расстояниям до объекта. Изображения объекта, формируемые оптическими системами каналов, приведены на фиг.14, они же, искаженные шумом - на фиг.15, после применения функции окна Хемминга фиг.16 в начале нового процесса обработки изображений получают преобразованные изображения фиг.17. Логарифмы амплитуд спектров преобразованных изображений приведены на фиг.18 кривыми а и b. Кривой с на фиг.18 обозначен логарифм максимального уровня амплитуд спектральной модели шума - порогового уровня шумов для анализа спектра сигнала, который получают в ходе калибровки для измерений. Логарифмы отношений амплитуд спектров изображений, превышающих пороговый уровень шумов, приведены на кривой а фиг.19. Найденные отношения модулей оптических передаточных функций для различных измеряемых расстояний изображены на фиг.20-а, 20-б, 20-в. Промежуточные кривые отношений минимальной к максимальной из двух величин: отношений модулей оптических передаточных функций, представленных на графиках 6 и 1 фиг.20-а, 20-б и отношений спектральных характеристик изображений, приведенных на графике а фиг.19, изображены на фиг.21 соответственно. В вычислениях данные указанных зависимостей используются в линейном масштабе. Кривая b фигуры 21 представляет указанные отношения для измеряемого расстояния S3, кривая а фигуры 21 - для измеряемого расстояния S₈ и может быть получена из соотношения кривых а и b фиг.19. Для остальных измеряемых расстояний проводятся аналогичные вычисления указанных промежуточных кривых. Значения результирующей целевой функции для объекта с распределением яркости, приведенным на фиг.13, расположенного на расстоянии S₀=S₈, представлены на фиг.22.Consider the main figures related to the example of measurements carried out in the unit 5 of the assessment of distances (Fig) in accordance with the claimed method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances according to the first embodiment. Suppose an object has a brightness distribution shown in FIG. 13 and is located at a distance S ₀ = S ₈ . Modules of optical transfer functions and point scattering functions characteristic of the device configuration used are shown in Figs. 9-a, 9-b, 9-c and 10-a, 10-b, 10-c and correspond to different distances to the object. Images of the object formed by the optical systems of the channels are shown in Fig. 14, they, distorted by noise - in Fig. 15, after applying the function of the Hamming window of Fig. 16 at the beginning of a new image processing process, converted images of Fig. 17 are obtained. The logarithms of the amplitudes of the spectra of the converted images are shown in Fig. 18 by curves a and b. Curve c in Fig. 18 shows the logarithm of the maximum amplitude level of the spectral noise model - the threshold noise level for analyzing the spectrum of the signal that is obtained during calibration for measurements. The logarithms of the ratios of the amplitudes of the spectra of images exceeding the threshold noise level are shown on the curve a of Fig. 19. The found ratios of the optical transfer function modules for various measured distances are shown in FIGS. 20-a, 20-b, 20-c. The intermediate curves of the ratios of the minimum to the maximum of two values: the ratios of the modules of the optical transfer functions shown in graphs 6 and 1 of FIGS. 20a, 20b and the ratios of the spectral characteristics of the images shown in graph a of FIG. 19, are shown in FIG. respectively. In calculations, the data of these dependencies are used on a linear scale. Curve b of figure 21 represents the indicated relations for the measured distance S3, curve a of figure 21 for the measured distance S ₈ and can be obtained from the ratio of curves a and b of Fig. 19. For the remaining measured distances, similar calculations of the indicated intermediate curves are carried out. The values of the resulting objective function for the object with the brightness distribution shown in Fig. 13, located at a distance S ₀ = S ₈ , are presented in Fig. 22.

После проведения цикла измерений производится оценка погрешности и исправления результатов произведенных измерений.After the measurement cycle, the error is estimated and the results of the measurements made are corrected.

Сначала оценивается диапазон возможных положений объекта, например, следующим образом. Оценка диапазона возможных положений наблюдаемого объекта состоит в сравнении результатов проведенного измерения со статистическими характеристиками с учетом среднеквадратических отклонений целевых функций для диапазона измерений. За возможные положения объекта при измерениях для пары каналов принимают все положения, для которых нормированная по суммарному значению целевая функция пары каналов имеет локальные максимумы, а также принимает значения, превосходящие значения среднестатистической нормированной целевой функции пары каналов для диапазона измерений, уменьшенной на величину среднеквадратического отклонения среднестатистической нормированной целевой функции для диапазона измерений. Возможны другие реализации способа определения возможных положений объекта, например, без наложения требования о наличии локального экстремума целевой функции пары каналов. В случае если используется больше двух каналов формирования и фиксации изображений, сначала находят диапазоны возможных положений для всех различных пар каналов, а затем находят результирующий диапазон возможных положений как пересечение диапазонов возможных положений для пар каналов.First, the range of possible positions of the object is estimated, for example, as follows. Assessing the range of possible positions of the observed object consists in comparing the results of the measurement with statistical characteristics, taking into account the standard deviations of the objective functions for the measurement range. For the possible positions of the object during measurements for a pair of channels, all positions are taken for which the objective function of the channel pair normalized by the total value has local maxima, and also takes values that exceed the values of the average normalized objective function of the channel pair for the measurement range reduced by the standard deviation of the average normalized objective function for the measurement range. Other implementations of the method for determining the possible positions of an object are possible, for example, without imposing a requirement on the presence of a local extremum of the objective function of a pair of channels. If more than two channels of image formation and fixation are used, first find the ranges of possible positions for all different pairs of channels, and then find the resulting range of possible positions as the intersection of the ranges of possible positions for pairs of channels.

На кривой а фиг.35 изображена полученная в ходе измерений, но нормированная по суммарному значению целевая функция. На кривой b фиг.35 приведена среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, на кривой с - она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений. При применении указанного выше способа оценки диапазона возможных положений получаем точечную оценку диапазона, соответствующую расстоянию S₈. Оценка погрешности в данном случае будет $$\Delta S=\left|S_8-S_8\right|=0$$

. Исправление результатов измерений не требуется.The curve a of Fig. 35 shows the objective function obtained during the measurements, but normalized by the total value. On curve b of Fig. 35 shows the average normalized objective function for the measurement range, on curve c is the same, reduced by the standard deviation for the measurement range. When applying the above method for evaluating the range of possible positions, we obtain a point estimate of the range corresponding to the distance S ₈ . The error estimate in this case will be $$\Delta S=\left|S_8-{\mathrm{<figure-callout\; id="8"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000054.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_8\right|=0$$

. Correction of measurement results is not required.

Для объяснения способа исправления результатов измерений в случае, если оценка погрешности ненулевая, не обращаясь к схеме формирования данных, рассмотрим кривые, изображенные на фиг.33. На кривой а фиг.33 изображена полученная в ходе измерений, нормированная по суммарному значению целевая функция. На кривой b фиг.33 приведена среднестатистическая нормированная целевая функция для диапазона измерений, на кривой с -она же, уменьшенная на величину среднеквадратического отклонения для диапазона измерений. В данной ситуации диапазон возможных положений наблюдаемого объекта включает положения S₃ и S₈. Заметим, что в случае применения критерия максимума результирующей целевой функции без оценки погрешности и исправления измерений, мы получили бы измеряемое расстояние до объекта S_0i=S₃. Зная, что объект в действительности находится на расстоянии S₈, погрешность измерений была бы значительной: $$\Delta S=\left|S_8-S_3\right|$$

. При оценке диапазона возможных положений объекта можно исправить полученные результаты и заменить измеряемое расстояние до объекта, например, на середину диапазона возможных положений объекта S_0i=(S₈-S₃)/2=S_5,5, а также дополнительно к точечной оценке измерений предоставить информацию об оценке погрешности измерений относительно исправленного результата измерений $$\Delta S=\left|S_8-S_{\mathrm{5,5}}\right|$$

. Также заменяют оптимальные оптические передаточные функции на оптические передаточные функции, которыми устройство обладает при новой выбранной оценке расстояния. Таким образом, получается, что способ оценки погрешности измерений и исправления результатов измерений дает более точную точечную оценку измеряемых расстояний и связанных с этой оценкой оптимальных оптических передаточных функций, а также информацию о погрешности этой точечной оценки, обеспечивая достоверность предоставляемых потребителю данных.To explain the method of correcting the measurement results if the error estimate is non-zero, without resorting to the data generation scheme, we consider the curves depicted in Fig. 33. The curve a of Fig. 33 shows the objective function obtained during the measurements, normalized by the total value. On curve b of Fig. 33 shows the average normalized objective function for the measurement range, on curve c is the same, reduced by the standard deviation for the measurement range. In this situation, the range of possible positions of the observed object includes the provisions of S ₃ and S ₈ . Note that in the case of applying the maximum criterion for the resulting objective function without estimating the error and correcting the measurements, we would get the measured distance to the object S _0i = S ₃ . Knowing that the object is actually at a distance of S ₈ , the measurement error would be significant: $$\Delta S=\left|S_8-{\mathrm{<figure-callout\; id="3"\; label="S"\; filenames="00000049.png,00000050.png"\; state="\{\{state\}\}">S</figure-callout>}}_3\right|$$

. When assessing the range of possible positions of the object, one can correct the obtained results and replace the measured distance to the object, for example, by the middle of the range of possible positions of the object S _0i = (S ₈ -S ₃ ) / 2 = S _5.5 , as well as in addition to the point estimate of measurements provide information on the estimation of measurement error relative to the corrected measurement result $$\Delta S=\left|S_8-S_{5.5}\right|$$

. They also replace the optimal optical transfer functions with the optical transfer functions that the device possesses with the newly selected distance estimate. Thus, it turns out that the method of estimating the measurement error and correcting the measurement results gives a more accurate point estimate of the measured distances and the optimal optical transfer functions associated with this estimate, as well as information about the error of this point estimate, ensuring the reliability of the data provided to the consumer.

Claims (19)

1. Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, отличающийся тем, что измеряют уровень шума детекторов изображений и сохраняют в памяти амплитуды спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений путем извлечения из памяти значений оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения, обработки областей изображений, в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисляют значения результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбирают оптимальные оптические передаточные функции, при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение.1. The method of obtaining and processing images to determine the optical transfer functions and measure distances by an optical-electronic device, which consists in the fact that they form at least two images of at least one observed object with a different degree of blur, and fix using light-sensitive matrix detectors, pre-calibrate the device by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of the channels for forming and fixing images of the device for distances within the measurement range, by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for distances within the measurement range, determine the measured distance for each region of at least one observed object, which correspond to the image region, as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions, characterized in that the noise level of the image detectors is measured and the amplitudes of the spectral mode are stored whether the noise distributions of the image detectors, select the optimal optical transfer functions for each considered image area by retrieving from the memory the values of the optical transfer functions for distances within the measurement range that correspond to the positions of the detectors, optical elements and the shape of the diaphragms at which the images were formed and captured processing image areas, during which the objective function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images in two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum over all spatial frequencies of the ratio of modules of the minimum to the maximum of two quantities - the ratio of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum values of the spectral amplitudes models of noise, and relations of the values of pairs of corresponding optical transfer functions extracted from the memory, subtracting they use the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, select the optimal optical transfer functions for which the specified resulting objective function takes the maximum value. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при формировании и фиксации изображений формируют дополнительную освещенность наблюдаемых объектов.2. The method according to claim 1, characterized in that when forming and fixing images form additional illumination of the observed objects. 3. Способ получения и обработки изображений для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний оптико-электронным устройством, заключающийся в том, что формируют по меньшей мере два изображения по меньшей мере одного наблюдаемого объекта с различной степенью размытия, и фиксируют с помощью светочувствительных матричных детекторов, предварительно калибруют устройство путем измерения и сохранения в памяти значений оптических передаточных функций каждого канала формирования и фиксации изображений устройства для расстояний в пределах диапазона измерений, соответствующие положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых формируются и фиксируются изображения, по выбору оптимальных оптических передаточных функций из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений определяют измеряемое расстояние для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, отличающийся тем, что измеряют уровень шума детекторов изображений и сохраняют в памяти амплитуды спектральной модели распределения шумов детекторов изображения, осуществляют выбор оптимальных искажающих оптических передаточных функций для каждой рассматриваемой области изображений путем извлечения из памяти значений оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, которые соответствуют положениям детекторов, оптических элементов и формам диафрагм, при которых были сформированы и зафиксированы изображения, обработки областей изображений, в процессе которой находят целевую функцию пар оптических передаточных функций для каждого сочетания зафиксированных изображений по два, значения которой определяются для каждого возможного измеряемого расстояния как сумма по всем пространственным частотам отношений модулей минимальной к максимальной из двух величин - отношения значений пространственных спектров изображений тех пространственных частот, для которых амплитуды значений обоих спектров превышают максимальные значения амплитуд спектральной модели шума, и отношений извлеченных из памяти значений пар соответствующих оптических передаточных функций, вычисляют значения результирующей целевой функции как средней арифметической величины значений целевых функций пар оптических передаточных функций, выбирают оптимальные оптические передаточные функции, при которых указанная результирующая целевая функция принимает максимальное значение, находят диапазон возможного положения наблюдаемого объекта для каждой рассматриваемой области изображений, затем исправляют измеренное расстояние, заменяют оптимальные оптические передаточные функции, а также определяют погрешность измерений, если погрешность измерений больше допустимой, перемещают один или более оптических элементов и/или по меньшей мере один детектор и/или изменяют форму по меньшей мере одной диафрагмы на величину, которая определяется на основе состава пространственного спектра участков зафиксированных изображений и данных предварительной калибровки устройства и позволяет уменьшить погрешность измерений, а затем производят один или серию циклов измерения расстояний.3. A method of obtaining and processing images to determine optical transfer functions and measure distances by an optoelectronic device, which consists in generating at least two images of at least one observable object with a different degree of blur, and recording using photosensitive matrix detectors, the device is pre-calibrated by measuring and storing in memory the values of the optical transfer functions of each channel for forming and fixing images of the device for states within the measurement range, corresponding to the positions of the detectors, optical elements and the shapes of the apertures at which images are formed and recorded, by choosing the optimal optical transfer functions from the optical transfer functions for the distances within the measurement range, determine the measured distance for each region of at least one observed object, which correspond to the image area, as the distance at which the device has the selected optimal optical functions, characterized in that the noise level of the image detectors is measured and the amplitudes of the spectral model of the noise distribution of the image detectors are stored in memory, the optimal distorting optical transfer functions for each image area are selected by extracting the optical transfer functions for distances within the measurement range from the memory which correspond to the positions of the detectors, optical elements and the shapes of the diaphragms at which the The images and the processing of image areas are recorded and, during which, the objective function of pairs of optical transfer functions for each combination of captured images is found in two, the values of which are determined for each possible measured distance as the sum over all spatial frequencies of the ratio of the modules minimum to maximum of two values - the ratio of the values of the spatial spectra of images of those spatial frequencies for which the amplitudes of the values of both spectra exceed the maximum The values of the amplitudes of the spectral model of noise and the ratios of the pairs of values of the corresponding optical transfer functions extracted from the memory, calculate the values of the resulting objective function as the arithmetic mean of the values of the objective functions of the pairs of optical transfer functions, select the optimal optical transfer functions for which the specified resulting objective function takes the maximum value, find the range of possible positions of the observed object for each area of the image images, then correct the measured distance, replace the optimal optical transfer functions, and also determine the measurement error, if the measurement error is more than acceptable, move one or more optical elements and / or at least one detector and / or change the shape of at least one aperture to a value that is determined based on the composition of the spatial spectrum of the areas of captured images and the preliminary calibration data of the device and allows to reduce the measurement error, and then produce one or a series of distance measurement cycles. 4. Способ по п.3, отличающийся тем, что при формировании и фиксации изображений формируют дополнительную освещенность наблюдаемых объектов.4. The method according to claim 3, characterized in that when forming and fixing images form additional illumination of the observed objects. 5. Способ определения погрешности и исправления результатов проведенных измерений оптико-электронного устройства, заключающийся в том, что по результатам обработки пары и более изображений, сформированных с различной степенью размытия для каждой области по меньшей мере одного наблюдаемого объекта, которым соответствуют области изображений, осуществляют выбор оптимальных оптических передаточных функций каналов формирования и фиксации изображений из оптических передаточных функций для расстояний в пределах диапазона измерений, при которых целевая функция оптимизации имеет глобальный экстремум, определяют измеряемое расстояние как расстояние, при котором устройство обладает выбранными оптимальными оптическими передаточными функциями, где значения оптических передаточных функций измеряются при проведении предварительной калибровки и сохраняются в памяти, для каждой рассматриваемой области находят диапазон возможного положения наблюдаемых объектов путем сравнения целевых функций различных сочетаний пар каналов, полученных при измерениях, со значениями среднестатистических целевых функций пар каналов, уменьшенных на величину, пропорциональную среднеквадратическим отклонениям значений целевых функций для диапазона измерений, полученными при калибровке устройства для уровня шума, соответствующего шуму детекторов при фиксации изображений, затем исправляют измеренное расстояние, заменяя его на расстояние, соответствующее середине диапазона возможного положения наблюдаемого объекта, и заменяют оптимальные оптические передаточные функции на оптические передаточные функции, которыми устройство обладает при данном расстоянии, а также определяют погрешность измерений как половину диапазона возможного положения наблюдаемого объекта, дополнительно предварительно калибруют устройство для различных уровней шума детекторов изображений, используя в качестве калибровочных мишеней задаваемые распределения яркости, расположенные на известном расстоянии от устройства посредством нахождения целевых функций и вычисления по ним значений среднестатистических целевых функций и среднеквадратических отклонений целевых функций от среднестатистических целевых функций пар каналов для диапазона измерений.5. A method for determining the error and correcting the results of measurements of the optoelectronic device, which consists in the fact that according to the results of processing a pair or more of images formed with varying degrees of blur for each area of at least one observed object, which correspond to the image area, select optimal optical transfer functions of the channels for forming and fixing images from optical transfer functions for distances within the measurement range, at The objective optimization function has a global extremum, the measured distance is determined as the distance at which the device has the selected optimal optical transfer functions, where the values of the optical transfer functions are measured during preliminary calibration and stored in memory, for each area under consideration, find the range of possible positions of the observed objects by comparing the objective functions of various combinations of channel pairs obtained during measurements with the values of the media the statistical objective functions of channel pairs, reduced by a value proportional to the standard deviations of the values of the objective functions for the measurement range obtained by calibrating the device for the noise level corresponding to the noise of the detectors during image capture, then correct the measured distance, replacing it with a distance corresponding to the middle of the range of possible position of the observed object, and replace the optimal optical transfer functions with optical transfer functions, which The property has at a given distance, and they also determine the measurement error as half the range of the possible position of the observed object, additionally pre-calibrate the device for various noise levels of image detectors, using the given brightness distributions located at a known distance from the device as calibration targets by finding the target functions and calculating from them the values of the average objective functions and standard deviations of the objective functions from the average target functions for channel pairs measurement range. 6. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, отличающееся тем, что один или более элементов оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или по меньшей мере один детектор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, и/или по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы, а устройство снабжено блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, и блоком регулировки взаимного смещения детекторов, положений элементов оптической системы и форм диафрагм, соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений.6. An optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and fixing images, an evaluation unit distances connected to the detectors, characterized in that one or more elements of the optical system are mounted to move along the optical axis and / or At least one detector is mounted to move along the optical axis and / or rotate around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a shift of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels, and / or at least one diaphragm is made with the possibility of changing its shape, and the device is equipped with a unit for estimating errors and correcting measurement results, soy aligned with the distance estimation unit, and the unit for adjusting the mutual displacement of the detectors, the positions of the elements of the optical system and the shape of the diaphragms, connected to the distance estimation unit and the error estimation unit and correcting the measurement results. 7. Оптико-электронное устройство по п.6, отличающееся тем, что оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений не совпадают друг с другом и установлены параллельно или образуют угол конвергенции.7. The optoelectronic device according to claim 6, characterized in that the axis of the field of view of the image forming and fixing channels do not coincide with each other and are installed in parallel or form a convergence angle. 8. Оптико-электронное устройство по п.6, отличающееся тем, что оно дополнительно включает по меньшей мере один светоделитель.8. The optoelectronic device according to claim 6, characterized in that it further includes at least one beam splitter. 9. Оптико-электронное устройство по п.6, или 7, или 8, отличающееся тем, что оно снабжено источником оптического излучения, предназначенного для формирования освещения наблюдаемого объекта.9. The optical-electronic device according to claim 6, or 7, or 8, characterized in that it is equipped with a source of optical radiation designed to form the illumination of the observed object. 10. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, отличающееся тем, что один или более элементов оптической системы и/или по меньшей мере один детектор установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов, а устройство снабжено блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний.10. An optical-electronic device for determining the optical transfer functions and measuring distances, containing at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and fixing images, an evaluation unit distances connected to the detectors, characterized in that one or more elements of the optical system and / or at least one detector are mounted with bias the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels, and the device is equipped with a unit for estimating errors and correcting measurement results connected to the unit for estimating distances. 11. Оптико-электронное устройство по п.10, отличающееся тем, что оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений не совпадают друг с другом и установлены параллельно или образуют угол конвергенции.11. The optoelectronic device according to claim 10, characterized in that the axis of the field of view of the image forming and fixing channels do not coincide with each other and are installed in parallel or form a convergence angle. 12. Оптико-электронное устройство по п.10, отличающееся тем, что оно дополнительно включает по меньшей мере один светоделитель.12. The optoelectronic device according to claim 10, characterized in that it further includes at least one beam splitter. 13. Оптико-электронное устройство по п.10, или 11, или 12, отличающееся тем, что оно снабжено источником оптического излучения, предназначенного для формирования освещения наблюдаемого объекта.13. The optical-electronic device according to claim 10, or 11, or 12, characterized in that it is equipped with a source of optical radiation designed to form the illumination of the observed object. 14. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний, содержащее не менее двух каналов формирования и фиксации изображений, оптическая система каждого из каналов включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для каждого канала формирования и фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детекторами, отличающееся тем, что один или более элементов оптической системы и/или по меньшей мере один детектор установлены с обеспечением смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы, отличного от соответствующих смещений детекторов других каналов.14. An optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances, comprising at least two channels for forming and fixing images, the optical system of each channel includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for each channel for forming and fixing images, an evaluation unit distances connected to the detectors, characterized in that one or more elements of the optical system and / or at least one detector are mounted with bias the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system, different from the corresponding displacements of the detectors of other channels. 15. Оптико-электронное устройство по п.14, отличающееся тем, что оси полей зрения каналов формирования и фиксации изображений не совпадают друг с другом и установлены параллельно или образуют угол конвергенции.15. The optoelectronic device according to 14, characterized in that the axis of the field of view of the image forming and fixing channels do not coincide with each other and are installed in parallel or form a convergence angle. 16. Оптико-электронное устройство по п.14, отличающееся тем, что оно дополнительно включает по меньшей мере один светоделитель.16. The optoelectronic device according to 14, characterized in that it further includes at least one beam splitter. 17. Оптико-электронное устройство по п.14, или 15, или 16, отличающееся тем, что оно снабжено источником оптического излучения, предназначенного для формирования освещения наблюдаемого объекта.17. The optical-electronic device according to 14, or 15, or 16, characterized in that it is equipped with a source of optical radiation, designed to form the illumination of the observed object. 18. Оптико-электронное устройство для определения оптических передаточных функций и измерения расстояний, содержащее один канал формирования и фиксации изображений, оптическая система которого включает по меньшей мере одну диафрагму, матричный светочувствительный детектор для фиксации изображений, блок оценки расстояний, соединенный с детектором, отличающееся тем, что один или более элементов оптической системы установлены с возможностью перемещения вдоль оптической оси и/или детектор установлен с возможностью перемещения вдоль оптической оси или вращения вокруг точки пересечения оптической оси со светочувствительной поверхностью детектора с обеспечением различной величины смещения светочувствительной поверхности детектора относительно заднего фокуса оптической системы и/или по меньшей мере одна диафрагма выполнена с возможностью изменения ее формы, а устройство снабжено блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений, соединенным с блоком оценки расстояний, и блоком регулировки смещения детектора, положений элементов оптической системы и форм диафрагм, соединенным с блоком оценки расстояний и блоком оценки погрешностей и исправления результатов измерений.18. An optical-electronic device for determining optical transfer functions and measuring distances, containing one channel for forming and fixing images, the optical system of which includes at least one aperture, a matrix photosensitive detector for fixing images, a unit for estimating distances connected to the detector, characterized in that one or more elements of the optical system are mounted to move along the optical axis and / or the detector is mounted to move along the optical axis or rotation around the point of intersection of the optical axis with the photosensitive surface of the detector, providing a different amount of displacement of the photosensitive surface of the detector relative to the back focus of the optical system and / or at least one diaphragm is configured to change its shape, and the device is equipped with an error estimation and correction unit measurements connected to the unit for estimating distances and the unit for adjusting the bias of the detector, the positions of the elements of the optical system and orifice plate diaphragm connected to a distance estimation unit and an error estimation unit and correction of measurement results. 19. Оптико-электронное устройство по п.18, отличающееся тем, что оно снабжено источником оптического излучения, предназначенного для формирования освещения наблюдаемого объекта. 19. The optoelectronic device according to claim 18, characterized in that it is provided with an optical radiation source designed to form illumination of the observed object.

Images