RU2568335C1 - Method to measure distance to objects by their images mostly in space - Google Patents

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: dimensions and coordinates of an object image centre are measured before and after displacement of an observation device at the angle to the optical axis. Determination of distance is carried out depending on the image shift value, which is compared to variation of object size during displacement.

EFFECT: increased accuracy of distance measurement.

2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к информационно-измерительному телевидению и предназначается для решения задач измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным (ТВ) изображениям, формируемых с помощью монокулярных черно-белых, цветных, спектрозональных ТВ камер.The invention relates to information-measuring television and is intended to solve the problems of measuring the range and linear dimensions of objects from their television (TV) images formed using monocular black and white, color, spectrozonal TV cameras.

Возникновение отрасли техники - ТВ автоматики, обусловлено непрерывно возрастающей тенденцией автоматизации процесса контроля, измерения и управления различными процессами. В настоящее время наблюдается резкое возрастание удельного веса таких систем и устройств, в связи с обновлением элементной базы в телевидении, миниатюризацией и возможностью широкого использования методов и высокопроизводительных средств вычислительной техники. Главной особенностью прикладных систем телевидения при решении задач дальнометрии является возможность их отнесения к средствам пассивной локации по сравнению с известными активными системами локации, например лазерными дальномерами и более энергоемкими, громоздкими радиолокационными системами. Неоспоримым достоинством ТВ методов и устройств является их скрытность по сравнению с активными системами локации, мобильность, возможность проведения измерений без своего обнаружения на не кооперируемых объектах, а также объектах, находящихся в движении, или в условиях, труднодоступных и опасных для человека.The emergence of the technology industry - TV automation, is due to the continuously growing tendency to automate the process of monitoring, measuring and controlling various processes. Currently, there is a sharp increase in the specific gravity of such systems and devices, due to the updating of the element base in television, miniaturization and the possibility of widespread use of methods and high-performance computer equipment. The main feature of applied television systems in solving range-finding tasks is the possibility of assigning them to passive location means in comparison with well-known active location systems, such as laser rangefinders and more energy-consuming, bulky radar systems. The indisputable advantage of TV methods and devices is their secrecy in comparison with active location systems, mobility, the ability to take measurements without being detected on non-cooperating objects, as well as objects in motion, or in conditions that are difficult to access and dangerous to humans.

Существует большое число разновидностей прикладных ТВ систем и устройств, решающих задачи по обнаружению и селекции объектов в наблюдаемом пространстве, осуществляющих измерения параметров объектов по их спектрально-энергетическим или пространственным признакам, мониторинга охраняемой зоны и др. Известны ТВ устройства, на которые возложены задачи, связанные с определением геометрических параметров объектов (высоты, длины, ширины, конфигурации, площади и т.д.), подсчета их числа, измерения дальности до объектов или скорости их движения, а также угловых координат и их производных, контроля изменения цвета объекта и т.д. на основе черно-белых, цветных или спектрозональных ТВ изображений (см. Полоник B.C. Телевизионные автоматические устройства. - М.: Связь, 1974. - 216 с. [1], Барсуков Ф.И., Величкин А.И. Сухарев А.Д. Телевизионные системы летательных аппаратов / Под ред. А.И. Величкина. - М.: Сов. Радио. 1979. - 256 с. [2], Горелик С.Л., Кац Б.М., Киврии В.Н. Телевизионные измерительные системы. - М.: Связь, 1980. - 168 с. [3], Зубарев Ю.Б., Сагдуллаев Ю.С. Спектральная селекция оптических изображений Ташкент. Фан, 1987, 108 с. [4], Системы технического зрения: Справочник / В.И. Сырямкин, В.С. Титов, Ю.Г. Якушенков и др.; Под общей редакцией В.И. Сырямкина, В.С. Титова. Томск: МГП "РАСКО", 1993, 367 с. [5], Распознавание оптических изображений / Под общей ред. Ю.С. Сагдуллаева, В.С. Титова. - Ташкент: ТЭИС, 2000. - 315 с. [6], Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. Учеб. пособие. - СПб., Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2001. - 135 с. [7] и др.There are a large number of varieties of applied TV systems and devices that solve the problems of detecting and selecting objects in the observed space, measuring the parameters of objects according to their spectral-energy or spatial signs, monitoring the protected area, etc. There are known TV devices that are assigned tasks with the determination of the geometric parameters of objects (height, length, width, configuration, area, etc.), counting their number, measuring the distance to objects or the speed of their movement, as well as angular coordinates and their derivatives, control of the color change of the object, etc. based on black-and-white, color or spectrozonal TV images (see Polonik BC Television automatic devices. - M .: Communication, 1974. - 216 p. [1], Barsukov FI, Velichkin AI, Sukharev A. D. Television systems of aircraft / Edited by A.I. Velichkin. - M .: Sov. Radio. 1979. - 256 pp. [2], Gorelik S.L., Katz B.M., Kivrii V.N. Television measuring systems. - M .: Svyaz, 1980. - 168 p. [3], Zubarev Yu.B., Sagdullaev Yu.S. Spectral selection of optical images Tashkent. Fan, 1987, 108 p. [4], Systems technical vision: Handbook / V.I. Syryamkin, V.S. Titov, Yu.G. Yakush Enkov et al .; Edited by V.I.Syryamkin, V.S. Titov, Tomsk: MGP RASKO, 1993, 367 pp. [5], Optical image recognition / Edited by Yu.S. Sagdullaev, V.S. Titova. - Tashkent: TEIS, 2000. - 315 pp. [6], Nikitin V.V., Tsytsulin A.K. Television in physical protection systems.Textbook.- SPb., Publishing House of St. Petersburg Electrotechnical University "LETI", 2001. - 135 p. [7] and others.

Известны способы и устройства для измерения дальности до объектов. Известны способы и системы стереотелевидения, которые можно использовать для измерения дальности объектов (Шмаков П.В. Стереотелевидение. - М.: Связь, 1968, - 298 с.[9]). Стереотелевизионная камера включает два ТВ датчика, которые разнесены между собой на некоторое базисное расстояние B₀. Применение такой камеры увеличивает энергопотребление, габаритно-весовые показатели системы, что особенно проявляется в случае увеличения базисного расстояния между отдельными датчиками. Это в ряде случаев ограничивает и затрудняет их практическое использование, когда минимальные весовые и габаритные показатели системы очень важны и выходят на первое место.Known methods and devices for measuring range to objects. Known methods and systems of stereo television, which can be used to measure the distance of objects (Shmakov PV Stereo. - M: Communication, 1968, - 298 S. [9]). The stereo television camera includes two TV sensors, which are spaced apart by some basic distance B ₀ . The use of such a camera increases energy consumption, overall weight and weight indicators of the system, which is especially evident in the case of an increase in the base distance between individual sensors. In some cases, this limits and impedes their practical use, when the minimum weight and overall dimensions of the system are very important and come first.

В работе (Сагдуллаев Ю.С., Шелепов Н.Ю., Гизатулин Р.З. Определение дальности объектов по их телевизионному изображению // Радиотехнические и оптические системы связи: Сб. науч. тр. учеб. ин-тов связи / ЛЭИС.- Л., 1988, с. 121-125 [12]) показан принцип измерения дальности объектов на основе их ТВ изображений. Суть его сводится к следующему. Захват в пространстве по объекту наблюдения зависит от угла поля зрения ТВ камеры и относительной дальности ρ до него, фокусного расстояния объектива ТВ камеры F и других величии. Относительную дальность можно определить в соответствии с выражениемIn the work (Sagdullaev Yu.S., Shelepov N.Yu., Gizatulin R.Z. Determining the range of objects from their television image // Radio engineering and optical communication systems: Collection of scientific scientific and educational textbooks of communication / LEIS. - L., 1988, pp. 121-125 [12]) shows the principle of measuring the distance of objects based on their TV images. Its essence is as follows. Capture in space over the object of observation depends on the angle of the field of view of the TV camera and the relative distance ρ to it, the focal length of the lens of the TV camera F and other magnitudes. The relative range can be determined in accordance with the expression

где L - линейный размер объекта в направлении строчной или кадровой развертки изображения;where L is the linear size of the object in the direction of the horizontal or vertical scan of the image;

А - линейный размер оптической проекции изображения объекта на светочувствительной поверхности (фотомишени) ТВ датчика.A is the linear size of the optical projection of the image of the object on the photosensitive surface (photo target) of the TV sensor.

При неизвестных линейных размерах объектов использование данного способа для измерения дальности объектов по их ТВ изображениям становится невозможным.With unknown linear sizes of objects, using this method to measure the range of objects from their TV images becomes impossible.

В качестве наиболее близкого аналога заявляемого изобретения по совокупности признаков и операций над сигналами принят способ измерения дальности до объектов по их изображениям преимущественно в космосе, при неизвестных линейных размерах за счет перемещения (смещения) монокулярной ТВ камеры к объекту в радиальном, продольном или произвольном направлении на некоторое априорно известное расстояние S (Сагдуллаев Ю.С., Абдуллаев Д.А., Смирнов А.И. Основы телевизионного контроля процесса сближения космических аппаратов. Изд-во ФАН АН РУз. Ташкент, 1997, 27-30 с.). Данный способ определения расстояния (дальности) до объектов применим к широкому классу светоинформационных систем (оптических, фотографических, телевизионных и др.). Использование последовательного монокулярного технического зрения в ряде случаев предпочтительней одновременного бинокулярного, поскольку изменение базиса съемки изображений объектов во втором случае может быть более затруднительным или невозможным. Способ основан на последовательном формировании двух ТВ изображений, с помощью ТВ камеры, имеющей фокусное расстояние объектива F, с разных точек наблюдения, разнесенных между собой на априорно известное расстояние S, измерение размеров A₁ изображения объекта, перемещение камеры под углом к оптической оси, измерение размеров изображения объекта А₂ и определение дальности ρ₁ в соответствии с выражениемAs the closest analogue of the claimed invention, the method of measuring the distance to objects from their images mainly in space, with unknown linear dimensions due to the movement (displacement) of the monocular TV camera to the object in the radial, longitudinal or arbitrary direction, is adopted as a set of features and operations on signals. some a priori known distance S (Sagdullaev Yu.S., Abdullaev D.A., Smirnov A.I. Fundamentals of television control of the process of convergence of spacecraft. Publishing house of the FAN AN RUz. Ta Kent, 1997, 27-30 pp.). This method of determining the distance (distance) to objects is applicable to a wide class of light information systems (optical, photographic, television, etc.). The use of sequential monocular technical vision in some cases is preferable to simultaneous binocular, since changing the basis for shooting images of objects in the second case may be more difficult or impossible. The method is based on the sequential formation of two TV images, using a TV camera having a focal length of the lens F, from different observation points spaced apart a priori by a known distance S, measuring the size A _{1 of the} image of the object, moving the camera at an angle to the optical axis, measuring the size of the image of the object And ₂ and the determination of the range ρ ₁ in accordance with the expression

Данный способ обеспечивает измерение дальности (с помощью одной монокулярной ТВ камеры) при неизвестных линейных размерах объектов за счет последовательного формирования сигналов изображений и их последующей совместной обработки Анализ выражения (10) показывает, что точность определения дальности с использованием прототипа снижается как при увеличении угла φ, так и при увеличении дальности и уменьшении разности между размерами изображений. При достижении указанными параметрами пороговых значений точность определения дальности может стать неприемлемой.This method provides a range measurement (using one monocular TV camera) with unknown linear sizes of objects due to the sequential generation of image signals and their subsequent joint processing. The analysis of expression (10) shows that the accuracy of determining the range using the prototype decreases as the angle φ increases, and with an increase in range and a decrease in the difference between the image sizes. When the specified parameters reach the threshold values, the accuracy of determining the range may become unacceptable.

В частности выражение (2) становится вообще неработоспособным при cos⌀-A₂-(A₂-A₁)-0. А ведь это вполне возможные реальные ситуации (соответственно перемещение камеры перпендикулярно оптической оси, дальность настолько велика, что изображение превращается в точку, облет объекта по круговой траектории при неизменной дальности). Кроме того, иногда бывает затруднительно измерить угол перемещения, или погрешность его определения велика, или для его измерения требуются дополнительные средства, увеличивающие стоимость, вес и объем.In particular, expression (2) becomes generally inoperative when cos⌀-A ₂ - (A ₂ -A ₁ ) -0. But these are real possible situations (accordingly, moving the camera perpendicular to the optical axis, the range is so great that the image turns into a point, flying around an object along a circular path with a constant range). In addition, it is sometimes difficult to measure the angle of movement, or the error in determining it is large, or to measure it requires additional tools that increase the cost, weight and volume.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым способом, является повышение точности определения дальности во всем диапазоне возможных углов перемещения камеры относительно ее оптической оси, а также обеспечение определения дальности при неизвестных углах перемещения и больших значениях дальности.The technical result achieved by the proposed method is to increase the accuracy of determining the range over the entire range of possible angles of movement of the camera relative to its optical axis, as well as providing range determination at unknown angles of movement and large range values.

Технический результат достигается за счет того, что в способе измерения дальности до объектов преимущественно в космосе, включающем измерение размеров A₁ изображения объекта, полученного с использованием средства наблюдения с фокусным расстоянием объектива перемещение средства наблюдения под углом к оптической оси, измерение размеров изображения объекта А₂ и определение дальности ρ₁, в отличие от известного, перед перемещением измеряют координаты центра изображения объекта X₁, Y₁, в процессе перемещения поддерживают постоянную ориентацию в пространстве средства наблюдения, а после перемещения измеряют координаты центра изображения объекта X₂,Y₂, определяют сдвиг изображения В по выражению:The technical result is achieved due to the fact that in the method of measuring the distance to objects mainly in space, including measuring the size A _{1 of an} image of an object obtained using an observation means with a focal length of the lens, moving the observation means at an angle to the optical axis, measuring the image size of the object A ₂ and determining the range ρ ₁ , in contrast to the known one, before moving, measure the coordinates of the center of the image of the object X ₁ , Y ₁ , while moving maintain a constant orientation ntation in space of the observation means, and after moving, measure the coordinates of the center of the image of the object X ₂ , Y ₂ , determine the shift of the image In the expression:

осуществляют сравнение сдвига изображения В и изменения размеров изображения объекта ΔA-А₂-A₁, и в случае, если отсутствуют условия для измерения угла φ между направлением перемещения камеры и оптической осью, дальность ρ₁ определяют по выражению:carry out a comparison of the shift of the image In and changes in image size of the object ΔA-A ₂ -A ₁ , and if there are no conditions for measuring the angle φ between the direction of movement of the camera and the optical axis, the range ρ ₁ is determined by the expression:

,

,

где K=A₁/A_2; where K = A ₁ / A _2;

α - угол визирования объекта (α=arctg (В/F));α is the angle of sight of the object (α = arctan (B / F));

S - величина перемещения камеры),S is the amount of movement of the camera),

если ΔA>B, дальность ρ₁ определяют по выражению:if ΔA> B, the range ρ ₁ is determined by the expression:

если ΔA<B - по выражению: ρ₁=s·sin(180°-φ-α)/sinα.if ΔA <B - in the expression: ρ ₁ = s · sin (180 ° -φ-α) / sinα.

По мере увеличения угла φ изменяется ракурс наблюдения объекта и могут изменяться размеры изображения, что влияет на точность определения дальности. Если измерение размеров изображения A₁, A₂ осуществлять в направлении, перпендикулярном сдвигу изображения, то размеры изображения объекта в этом направлении инвариантны к ракурсу. Так, например, изображение объекта цилиндрической формы, торцевая часть которого направлена на наблюдателя, представляет собой окружность. По мере его «облета» окружность превращается в эллипс, однако большая ось эллипса в направлении, перпендикулярном направлению облета, остается неизменной. Таким образом, измерение размеров изображения объекта целесообразно проводить именно в этом направлении. Процесс перемещения ТВ камеры может осуществляться различными путями, например, за счет носимого варианта с помощью человека или мобильного варианта, за счет движения наземных, подводных, надводных, воздушных и других средств, со скоростью V, при этом S=V·Δt, где Δt - время перемещения ТВ камеры из одной точки в другую.As the angle φ increases, the observation angle of the object changes and the image size can change, which affects the accuracy of determining the range. If the measurement of image sizes A ₁ , A _{2 is} carried out in a direction perpendicular to the image shift, then the image dimensions of the object in this direction are invariant to the angle. So, for example, the image of an object of cylindrical shape, the end part of which is directed at the observer, is a circle. As it “flies around”, the circle turns into an ellipse, however, the large axis of the ellipse in the direction perpendicular to the direction of flyby remains unchanged. Thus, it is advisable to measure the size of the image of the object in this direction. The process of moving a TV camera can be carried out in various ways, for example, due to a wearable option using a person or a mobile version, due to the movement of ground, underwater, surface, air and other means, at a speed of V, with S = V · Δt, where Δt - the time the TV camera moves from one point to another.

Суть изобретения поясняется графическими материалами, где: на Фиг. 1 представлено совмещенное изображение объекта до перемещения камеры (с центром в т. O1) и после перемещения (с центром в т. O2);The essence of the invention is illustrated by graphic materials, where: in FIG. 1 shows a combined image of an object before moving the camera (centered at t. O1) and after moving (centered at t. O2);

на Фиг. 2 приведена схема, иллюстрирующая взаимоположение средства наблюдения в процессе его перемещения относительно объекта наблюдения.in FIG. 2 is a diagram illustrating the interposition of the observation means in the process of its movement relative to the observation object.

Значение сдвига в предлагаемом способе в совокупности с размерами изображения цели влияет на повышение точности и расширение диапазона измерения дальности. Для определения сдвига изображения можно использовать как центр изображения объекта, так и любую его точку. Для иллюстрации процесса определения параметров изображения (изменения их размеров и сдвига) представлена фиг. 1. На фиг. 1 стрелка из т. O1 в O2 показывает направление сдвига. Величина сдвига является гипотенузой треугольника, катетами которого являются разности абсцисс (X₁,X₂) и ординат (Y₁,Y₂) точек O1 и O2.The value of the shift in the proposed method in combination with the image size of the target affects the increase in accuracy and the expansion of the range of range measurement. To determine the image shift, you can use both the center of the image of the object and any point on it. To illustrate the process of determining image parameters (resizing and shifting them), FIG. 1. In FIG. 1 arrow from t. O1 to O2 shows the direction of the shift. The magnitude of the shift is the hypotenuse of the triangle, the legs of which are the abscissa (X ₁ , X ₂ ) and the ordinates (Y ₁ , Y ₂ ) of the points O1 and O2.

В связи с вышесказанным значение сдвига можно определить по выражению

In connection with the above, the shift value can be determined by the expression

На Фиг. 2 в исходном состоянии камера находится в точке D, цель - в точке М. Дальность от камеры до цели - ρ₁. Оптическая ось направлена на цель. Камеру перемещают под углом φ к оптической оси на величину S в точку С. Дальность после перемещения составляет ρ₂.In FIG. 2 in the initial state, the camera is at point D, the target is at point M. The distance from the camera to the target is ρ ₁ . The optical axis is aimed at the target. The camera is moved at an angle φ to the optical axis by an amount S to point C. The range after movement is ρ ₂ .

Используя для треугольника DMC теорему косинусов, получим:Using the cosine theorem for a DMC triangle, we obtain:

где K=А₁/А₂, α=arctg (B/F); или:where K = A ₁ / A ₂ , α = arctan (B / F); or:

Используя для треугольника ABC теорему синусов, получим:Using the sine theorem for triangle ABC, we obtain:

Таким образом, по сравнению с прототипом обеспечивается определение дальности при неизвестном угле перемещения камеры, который бывает трудно или невозможно определить. Кроме того, как видно из формулы, нам достаточно измерять отношение размеров изображений, т.е. измерения можно проводить при любых единицах измерения и масштабах изображения. Выражение (5) позволяет также определять дальность даже при такой большой дальности, при которой изображение объекта представляют собой точку.Thus, in comparison with the prototype provides a definition of the range with an unknown angle of movement of the camera, which is difficult or impossible to determine. In addition, as can be seen from the formula, it is enough for us to measure the ratio of image sizes, i.e. Measurements can be carried out with any measurement units and image scales. Expression (5) also allows you to determine the range even at such a long range at which the image of the object is a point.

Рассмотрим конкретные примеры для различных направлений движения камеры относительно объекта, используя выражения (3-5): перемещение направлено вдоль оптической оси (угол φ=0)Consider specific examples for various directions of the camera’s movement relative to the object using expressions (3-5): the movement is directed along the optical axis (angle φ = 0)

ρ₁=S/(1-K);ρ ₁ = S / (1-K);

перемещение направлено перпендикулярно оптической оси (угол φ - прямой)the movement is directed perpendicular to the optical axis (angle φ is straight)

перемещение происходит вокруг объекта с постоянной дальностью (K=1)moving around the object with a constant range (K = 1)

при перемещении достигается «пролетная» точка (минимальное расстояние до объекта (cosα=K),

when moving, a “flying” point is reached (minimum distance to the object (cosα = K),

Приведенные примеры показывают, что предлагаемый способ обеспечивает измерение дальности во всем диапазоне изменения угла φ.The above examples show that the proposed method provides a range measurement in the entire range of variation of the angle φ.

На Фиг. 3, в качестве примера, показана структурная схема для измерения дальности и линейных размеров объектов, основанная на использовании ТВ устройства. Данное ТВ устройство реализует предлагаемый способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям. Оно содержит в своем составе объектив с известным фокусным расстоянием 1, блок изменения фокусного расстояния 2, оптический фильтр с регулируемой спектральной характеристикой 3, телевизионный датчик (преобразователь "свет-сигнал") 4, синхрогенератор 5, усилитель-формирователь 6, первый, второй и третий управляемые коммутаторы 7, 14 и 16, сумматор сигналов 8, видоискатель (или видеоконтрольное устройство - ВКУ) 9, блок памяти на ТВ кадр 10, генератор тактовых и управляющих импульсов 11, блок автоматического выделения и формирования изображения 12, формирователь измерительных сигналов, формирующий горизонтальные или вертикальные линии 13, блок измерения параметров 15, блок управления 17, блок наведения 18, внешние потребители информации 19. Фактически блоки 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 могут рассматриваться как составляющие некоторой специализированной микроЭВМ. Важнейшим компонентом, входящим в состав блока измерения параметров 15, является центральный процессор, который характеризуется определенными параметрами: быстродействием, разрядностью, числом программно-доступных регистров и т.д., и выполняет арифметические, логические и другие операции, обработку сигналов от устройств ввода-вывода и др. Имеет определенный объем памяти ОЗУ и ПЗУ. Для вычисления дальности и линейных размеров объектов используется специальная программа. После окончания цикла измерений результаты измерений могут сохраняться в оперативной памяти или стираться.In FIG. 3, as an example, shows a block diagram for measuring the range and linear dimensions of objects based on the use of a TV device. This TV device implements the proposed method for measuring the range and linear dimensions of objects from their television images. It contains a lens with a known focal length 1, a focal length change unit 2, an optical filter with an adjustable spectral characteristic 3, a television sensor (light-to-signal converter) 4, a sync generator 5, an amplifier-shaper 6, the first, second and the third managed switches 7, 14 and 16, a signal adder 8, a viewfinder (or video monitoring device - VKU) 9, a memory block on a TV frame 10, a clock and control pulse generator 11, an automatic extraction and image forming unit 12, measuring signal calibrator forming horizontal or vertical lines 13, parameter measuring unit 15, control unit 17, guidance unit 18, external information consumers 19. In fact, blocks 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 can be considered as components of some specialized microcomputer. The most important component that is part of the parameter measurement unit 15 is the central processor, which is characterized by certain parameters: speed, bit capacity, the number of software-accessible registers, etc., and performs arithmetic, logical and other operations, processing signals from input devices output, etc. It has a certain amount of RAM and ROM memory. A special program is used to calculate the range and linear dimensions of objects. After the end of the measurement cycle, the measurement results can be stored in RAM or erased.

Обрабатываемые данные из центрального процессора выводятся для отображения на экране видоискателя или ВКУ в виде упорядоченной информации, содержащей результаты измерения, время, если необходимо -графики, характеризующие результаты измерения во времени и т.д. Использование режима синхронизации в блоке измерения параметров 15 с ТВ сигналом позволяет отобразить измерительную информацию с любым стандартным видеосигналом на экране единого ВКУ.The processed data from the central processor is output for display on the viewfinder or VKU in the form of ordered information containing the measurement results, time, if necessary, graphs characterizing the measurement results in time, etc. Using the synchronization mode in the unit for measuring parameters 15 with a TV signal allows you to display measurement information with any standard video signal on the screen of a single VCU.

Синхрогенератор 5 формирует необходимые строчные и кадровые импульсы, которые используются для развертки изображения в ТВ датчике 4, для формирования полного ТВ сигнала на выходе усилителя-формирователя 6, а также вырабатывает необходимые тактовые импульсы для генератора тактовых и управляющих импульсов 11, выходные сигналы которого необходимой длительности и периода следования поступают на входы соответствующих блоков 10, 13, 15, 16, 17. В качестве ТВ датчика 4 могут быть использованы любые передающие трубки (типа видикон) или ПЗС матрицы.The sync generator 5 generates the necessary horizontal and frame pulses, which are used to scan the image in the TV sensor 4, to generate a full TV signal at the output of the amplifier-driver 6, and also generates the necessary clock pulses for the clock generator and control pulses 11, the output signals of which are of the required duration and the repetition period are fed to the inputs of the corresponding blocks 10, 13, 15, 16, 17. As a TV sensor 4, any transmitting tubes (such as a Vidicon) or a CCD matrix can be used.

Рассмотрим процесс работы ТВ устройства для измерения дальности. Вначале осуществляется поиск и визуальное наблюдение объектов контроля. Когда объект контроля находится на расстоянии ρ₁=(L·F)/A₁ в поле зрения ТВ камеры, он отражает или излучает поток лучистой энергии, с помощью объектива 1, имеющего фокусное расстояние F, он проецируется на светочувствительную поверхность (фотомишень) ТВ датчика 4 с рабочим размером X, через оптический фильтр с выбранной спектральной характеристикой 3, при этом размер оптической проекции наблюдаемого объекта на светочувствительной поверхности ТВ датчика характеризуется величиной A₁. После преобразования лучистого (светового) потока с помощью ТВ датчика в сигнал изображения, он поступает на усилитель-формирователь 6, где осуществляется коррекция и усиление сигнала изображения до необходимого уровня и далее происходит его смешивание с гасящими и синхронизирующими импульсами кадровой и строчной развертки, после чего на его выходе формируется полный ТВ сигнал, который, проходя через первый управляемый коммутатор 7, сумматор сигналов 8, поступает на вход видоискателя (ВКУ) и отображается на экране для визуального восприятия изображения объекта оператором. При нахождении объекта контроля в поле зрения ТВ устройства для измерения дальности и необходимости проведения измерений осуществляется формирование первого ТВ изображения. Управляющий сигнал с выхода блока управления 17 поступает на второй вход управляемого коммутатора 7. Он дает разрешение на прохождение ТВ сигнала на первый вход блока памяти на ТВ кадр 10. Потом на второй вход кадровой памяти 10 поступает управляющий сигнал, дающий разрешение на запись видеосигнала в блоке памяти на ТВ кадр 10. Для контроля записанного статичного ТВ изображения видеосигнал считывается с блока кадровой памяти на ТВ кадр 10 и через первый управляемый коммутатор 7, пройдя сумматор сигналов 8, отображается на экране видоискателя 9. После этого происходит операция селекции по длительности сигнала, приходящего от изображения объекта в автоматическом или операторном режиме. В автоматическом режиме -управляющие разрешительные сигналы с выхода блока 17 поступают на второй вход блока автоматического выделения и формирования изображения 12, на выходе которого формируется временные интервалы Δt_1-1 и Δt_1-2 соответствующие границам изображения объекта. Эти сигналы через второй управляемый коммутатор 14 поступают на блок измерения параметров 15, где производится стробирование их серией импульсов N_1-1, N_1-2 с периодом следования Т₀, при этом Δr_1-1=N_1-1·T₀, Δt_1-2=N_1-2·T₀, а затем в этом блоке 15 осуществляется запоминание полученных чисел импульсов N_1-1, N_1-2. В операторном режиме - управляющий разрешительный сигнал поступает на формирователь измерительных сигналов (ИС), вырабатывающий горизонтальные или вертикальные линии 13, с выхода которого сигналы горизонтальных или вертикальных линий, через третий управляемый коммутатор 16, сумматор сигнала 8, отображаются на экране видоискателя 9.Consider the process of operating a TV device for measuring range. Initially, a search and visual observation of the objects of control is carried out. When the control object is located at a distance ρ ₁ = (L · F) / A ₁ in the field of view of the TV camera, it reflects or emits a stream of radiant energy, using a lens 1 having a focal length F, it is projected onto the photosensitive surface (photo target) of the TV a sensor 4 with a working size X, through an optical filter with a selected spectral characteristic 3, while the optical projection size of the observed object on the photosensitive surface of the TV sensor is characterized by the value A ₁ . After converting the radiant (light) stream using a TV sensor into an image signal, it enters the amplifier-driver 6, where the image signal is corrected and amplified to the required level, and then it is mixed with damping and synchronizing pulses of vertical and horizontal scanning, after which a full TV signal is generated at its output, which, passing through the first managed switch 7, the signal adder 8, is fed to the input of the viewfinder (VKU) and displayed on the screen for visual perception Image of the object by the operator. When the control object is in the field of view of the TV device for measuring range and the need for measurements, the first TV image is formed. The control signal from the output of the control unit 17 is fed to the second input of the managed switch 7. It gives permission for the TV signal to pass to the first input of the memory unit to the TV frame 10. Then, the control signal gives permission for recording the video signal in the block to the second input of the frame memory 10 memory on the TV frame 10. To control the recorded static TV image, the video signal is read from the frame memory unit on the TV frame 10 and through the first managed switch 7, passing the signal adder 8, is displayed on the viewfinder 9. P After this, a selection operation is performed according to the duration of the signal coming from the image of the object in automatic or operator mode. In automatic mode, control permissive signals from the output of block 17 are fed to the second input of the block for automatic extraction and imaging 12, the output of which is formed by time intervals Δt _1-1 and Δt _1-2 corresponding to the boundaries of the image of the object. These signals through the second managed switch 14 are supplied to the parameter measuring unit 15, where they are gated by a series of pulses N _1-1, N _1-2 with a repetition period T ₀ , while Δr _1-1 = N _1-1 · T ₀ , Δt _1-2 = N _1-2 · T ₀ , and then in this block 15, the received number of pulses N _1-1 , N _1-2 is stored. In the operator mode, the control enabling signal is supplied to the measuring signal (IP) driver, which generates horizontal or vertical lines 13, from the output of which the horizontal or vertical line signals, through the third managed switch 16, the signal adder 8, are displayed on the viewfinder 9.

Оператор с использованием блока наведения 18 наводит изображения ИС в виде горизонтальных или вертикальных линий на габаритные размеры объекта контроля в направлении кадровой или строчной развертки изображения. Поскольку с использованием блока кадровой памяти на ТВ кадр 10 оператор наводит изображение ИС на статическое изображение объекта контроля, то достоверность снятия отсчетов увеличивается и тем самым повышается точность измерения дальности. Далее дается управляющий разрешительный сигнал на второй коммутатор 14 и сигналы с длительностью Δt_1-1 и Δt_1-2, соответствующие границам изображения объекта, поступают в блок измерения параметров 15. Далее с ними проводят идентичные операции обработки, как и в автоматическом режиме, стробируют серией импульсов и запоминают полученные числа импульсов N_1-1. N_1-2. После осуществления процесса перемещения ТВ камеры на расстояние S к объекту контроля, например, за счет носимого варианта с помощью человека или мобильного варианта, за счет движения наземных, надводных, воздушных и других средств, со скоростью V, при этом S=V·Δt, формируют второе ТВ изображение идентично первому. Порядок выполнения операций и их последовательность такая же. Они заканчиваются для второго ТВ изображения формированием временных интервалов Δt_2-1 и Δt_2-2, их стробироваиием серией импульсов N_2-1, N_2-2 и запоминанием. Завершающий этап измерения дальности до объектов предусматривает операции совместной обработки сигналов в блоке измерений параметров 15, включающем центральный процессор, с учетом числа полученных импульсов N_1-1 N_1-2 N_2-1. N_2-2, приходящихся на первое и второе ТВ изображения объекта, после подачи управляющего разрешительного сигнала. В блоке 15, с учетом априорных параметров ТВ камеры и других величин (заданных в виде постоянного числа), вычисляют дальность ρ в соответствии с выражениями 11-13. Полученные результаты измерений с первого выхода блока измерения параметров 15 подаются на вход сумматора сигналов 8, с выхода которого поступают на вход видоискателя 9, отображаются на экране видоискателя в виде численных данных для визуального анализа оператором. Со второго выхода блока 15 полученные данные могут поступать к внешним потребителям информации 19, сигналы от которых могут поступать на блок управления 17 (показано штрихпунктирной линией на чертеже).The operator using the guidance unit 18 induces the image of the IP in the form of horizontal or vertical lines on the dimensions of the control object in the direction of frame or horizontal scanning of the image. Since using the frame memory block on the TV frame 10, the operator induces the image of the IC on the static image of the control object, the reliability of the readout increases and thereby increases the accuracy of the range measurement. Next, a control enable signal is given to the second switch 14 and signals with a duration Δt _1-1 and Δt _1-2 corresponding to the boundaries of the image of the object are sent to the unit for measuring parameters 15. Next, they perform identical processing operations, as in the automatic mode, they are gated a series of pulses and remember the obtained number of pulses N _1-1 . N _1-2 . After the process of moving the TV camera to a distance S to the object of control, for example, due to the wearable option using a person or a mobile option, due to the movement of ground, surface, air and other means, with a speed of V, with S = V · Δt, form a second TV image identical to the first. The order of operations and their sequence is the same. They end for the second TV image with the formation of time intervals Δt _2-1 and Δt _2-2 , their gating with a series of pulses N _2-1 , N _2-2 and memorization. The final stage of measuring the distance to the objects involves the operations of joint signal processing in the parameter measurement unit 15, including the central processor, taking into account the number of received pulses N _1-1 N _1-2 N _2-1 . N _2-2 , attributable to the first and second TV image of the object, after the filing of the control permission signal. In block 15, taking into account the a priori parameters of the TV camera and other values (specified as a constant number), the range ρ is calculated in accordance with expressions 11-13. The obtained measurement results from the first output of the parameter measuring unit 15 are fed to the input of the signal adder 8, the output of which is fed to the input of the viewfinder 9, displayed on the viewfinder in the form of numerical data for visual analysis by the operator. From the second output of block 15, the obtained data can be sent to external consumers of information 19, the signals from which can be sent to control unit 17 (shown by a dash-dot line in the drawing).

Claims (2)

1. Способ измерения дальности до объектов по их изображениям преимущественно в космосе, включающий измерение размеров A₁ изображения объекта, полученного с использованием средства наблюдения с фокусным расстоянием объектива F, перемещение средства наблюдения под углом к оптической оси, измерение размеров изображения объекта А₂ и определение дальности ρ₁, отличающийся тем, что перед перемещением измеряют координаты центра изображения объекта X₁, Y₁, в процессе перемещения поддерживают постоянную ориентацию в пространстве средства наблюдения, а после перемещения измеряют координаты центра изображения объекта X₂, Y₂, определяют сдвиг изображения B по выражению

осуществляют сравнение сдвига изображения B и изменения размеров изображения объекта ΔA=A₂-A₁, и в случае, если отсутствуют условия для измерения угла φ между направлением перемещения камеры и оптической осью, дальность ρ₁ определяют по выражению

где K=A₁/A₂;
α - угол визирования объекта (α=arctg(B/F));
S - величина перемещения камеры,
если ΔA≥B, дальность ρ₁ определяют по выражению

если ΔA<B - по выражению ρ₁=s·sin(180°-φ-α)/sin α.1. The method of measuring the distance to objects from their images mainly in space, including measuring the size A _{1 of the} image of the object obtained using the observation means with the focal length of the lens F, moving the observation means at an angle to the optical axis, measuring the image size of the object A ₂ and determining range ρ _1, characterized in that before moving the measured center coordinates of the image of the object X _1, Y _1, during the movement maintain a constant orientation in space means nab adjust it, and after moving the measured center coordinates of the image of the object X _2, Y _2, B image shift is determined by the expression

comparing the shift of the image B and the change in image size of the object ΔA = A ₂ -A ₁ , and if there are no conditions for measuring the angle φ between the direction of movement of the camera and the optical axis, the range ρ ₁ is determined by the expression

where K = A ₁ / A ₂ ;
α is the angle of sight of the object (α = arctg (B / F));
S is the amount of movement of the camera,
if ΔA≥B, the range ρ ₁ is determined by the expression

if ΔA <B - according to the expression ρ ₁ = s · sin (180 ° -φ-α) / sin α. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что измерение размеров изображения A₁, A₂ осуществляют в направлении, перпендикулярном сдвигу изображения. 2. The method according to p. 1, characterized in that the measurement of image sizes A ₁ , A _{2 is} carried out in a direction perpendicular to the shift of the image.

Images