RU2596607C1 - Способ измерения расстояния между объектами - Google Patents
Способ измерения расстояния между объектами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2596607C1 RU2596607C1 RU2015141652/07A RU2015141652A RU2596607C1 RU 2596607 C1 RU2596607 C1 RU 2596607C1 RU 2015141652/07 A RU2015141652/07 A RU 2015141652/07A RU 2015141652 A RU2015141652 A RU 2015141652A RU 2596607 C1 RU2596607 C1 RU 2596607C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- coordinates
- distance
- image
- determined
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Способ измерения расстояния между объектами относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам контроля взаимного положения объектов (или отдельных частей одного объекта) оптико-электронными методами, и может быть использован для контроля взаимного положения объектов в пространстве. Достигаемый технический результат - снижение требований к качеству исполнения отдельных узлов системы, реализующей предложенный способ, универсализация работы устройства, снижение требований к точности установки частей системы. Суть способа состоит в том, что формируют кадр с изображениями объектов, на изображении объектов определяют несколько характерных признаков, определяющих положение объектов в пространстве, определяют поправочные коэффициенты связи их положения с реальным изменением положения объекта и вычисляют координаты этих признаков у изображения каждого объекта. Положение интегрального центра каждого изображения вычисляют по принятому принципу суммирования координат характерных признаков с учетом поправочных коэффициентов, а затем вычисляют расстояние между объектами, которое определяется как произведение расстояния между интегральными центрами изображений на масштабный коэффициент, связывающий размер базового реального отрезка с размером его на кадре. 4 ил., 2 табл.
Description
Способ измерения расстояния между объектами относится к контрольно-измерительной технике, в частности к способам контроля взаимного положения объектов (или отдельных частей одного объекта) оптико-электронными методами, и может быть использован для контроля взаимного положения объектов в пространстве, для линейного контроля взаимного положения элементов крупногабаритных сооружений, соосных деталей (например, турбоагрегатов АЭС, направляющих крупногабаритных станков и т.п.), а также может быть использован в автоматизированных системах в процессе синхронизации выполнения технологических операций исполнительными звеньями механизмов.
Известен способ определения координат объекта (патент РФ №2251712 в Бюл. №13 от 10.05.2005), суть которого заключается в определении угловой координаты изображения объекта вместе с изменяющими образ элементами в поле зрения и последующем пересчете полученной величины в стабилизированную систему координат, определении величины и направления линейной скорости объекта в стабилизированной системе координат, формировании величины углового смещения в стабилизированной картинной плоскости исходя из полученной величины и координат, характеризующих линейное смещение изменяющих образ элементов относительно собственной системы координат объекта, и корректировке угловой координаты изображения объекта вместе с искажающими образ элементами в стабилизированной системе координат на величину углового смещения.
Недостатком этого способа является сложность реализации и, в следствие этого, низкое быстродействие, невысокая точность в случае наличия различного рода искажений (например, дефектов матрицы вследствие деградации или больших колебаний температуры и т.п.).
Известен способ определения взаимного положения объектов (патент РФ №2468383 в Бюл. №33 от 27.11.2012), который относится к оптическим способам определения взаимного положения и взаимной ориентации объектов. Он состоит в создании измерительной системы, состоящей из установленного на первом объекте комплекта оптических реперов, в который входят не менее трех реперных оптических излучателей, и из установленного на другом объекте оптического измерительного комплекта. Мощность излучения каждого реперного оптического излучателя модулируют на отличной от других частоте повторения, периодически вырабатывая одновременно на всех частотах временные метки. С помощью оптического измерительного комплекта определяют углы визирования каждого реперного оптического излучателя и разности между расстоянием до произвольно выбранного реперного оптического излучателя и расстояниями до остальных реперных оптических излучателей и по этим данным вычисляют параметры взаимного положения объектов.
Недостатком этого способа является сложность реализации, невысокая точность, когда в тракте преобразования возникают различного рода помехи (например, изменения характеристик излучателя, приемников и фоновых засветок и т.п.).
Наиболее близким по технической сущности к заявленному объекту является способ измерения линейного смещения объекта, который включает формирование облученности в виде квазиточечных пятен рассеяния в плоскости изображения двух излучателей, преобразование оптического сигнала в электрический, измерение координат пятен рассеяния и определение величины смещения. Оптический сигнал в электрический преобразуют посредством ПЗС матрицы, центр которой назначается программно. По значениям координат энергетических центров тяжести первого и второго пятен рассеяния определяют координаты середины отрезка между ними по формулам:
где х′, y′ - координаты центра отрезка между пятнами рассеяния;
x1, х2 - горизонтальные координаты энергетических центров тяжести первого и второго пятен рассеяния соответственно;
у1, у2 - вертикальные координаты энергетических центров тяжести первого и второго пятен рассеяния соответственно.
Недостатком этого способа является невысокая точность в случае наличия различного рода искажений изображений и помех (например, изменения характеристик излучателя, приемников и фоновых засветок и т.п.), сложность реализации и вследствие этого низкое быстродействие.
Задачей заявляемого изобретения является создание способа измерения расстояния между объектами.
Это достигается путем того, что измерение расстояний между объектами оптическим способом, протяженность которых на изображении соизмерима с расстояниями между ними, оценивается как совокупность нескольких характеристик положения одного пятна по отношению к другому.
Суть изобретения заключается в том, что оценку положения изображений объектов в кадре проводят по параметру, который является интегральной характеристикой нескольких значимых признаков положения их, при этом значимость каждого признака определяется соответствующими коэффициентами влияния.
Технический результат заключается в обеспечении снижения требований к качеству исполнения отдельных узлов системы, реализующей предложенный способ, универсализации работы устройства, снижении требований к точности установки частей системы и упрощении настройки и эксплуатации.
Возможность осуществления изобретения подтверждается тем, что авторами проведено полунатурное моделирование процессов измерения.
На фигуре 1 приведен пример структурной схемы устройства, на котором поясняются особенности реализации предложенного способа, где
1 и 2 - объекты;
3 - фотоприемное устройство;
4 - считывающее устройство;
51…5N - блоки вычисления координат признаков положения с первого по N y каждого из объектов;
6 - блок вычисления интегрального центра каждого объекта;
7 - блок вычисления расстояния между объектами и регистрации результата.
Световой поток от объектов 1 и 2 поступает на фотоприемное устройство 3, выход которого подключен к входу считывающего устройства 4. Выход считывающего устройства 4 подключен к входам блоков 51…5N вычисления координат каждого из N признаков положения первого и второго объектов, выходы которых соединены со входом блока 6, выход которого подключен к входу блока 7.
Способ измерения электрического сопротивления изоляции иллюстрируется диаграммой, описывающей очередность выполнения операций контроля, приведенной на фигуре 2, где
8 - начало;
9 - приведение системы в исходное состояние: выбор расположения осей координат на плоскости изображения, определение значимых признаков на изображениях, характеризующих положение объектов в пространстве и друг относительно друга, а также задание весовых коэффициентов влияния;
10 - формирование изображения объектов по результатам считывания его (например, с ПЗС матрицы);
11 - вычисление координат признаков у изображения каждого объекта;
12 - вычисление координат интегрального центра изображения каждого объекта по принятому правилу суммирования координат с учетом весовых коэффициентов влияния;
13 - определение расстояния между интегральными центрами, как расстояние между объектами;
14 - конец.
На фигуре 3 представлен пример определения интегрального центра C4(x4,y4) для трех признаков С1(x1,y1), С2(х2,у2), С3(х3,у3), характеризующих положение объекта. На фигуре 4 представлен пример обработки изображений двух объектов на ПЗС матрице (размером 744×576 пикселей) для определения расстояния между ними.
Способ реализуется следующим образом (см. фиг. 1 и фиг. 2).
На стадии настройки системы принимается решение о количестве и видах значимых признаков на изображениях, характеризующих положение объектов в пространстве и друг относительно друга (например, первый признак - энергетический центр, второй - самое яркое пятно на поверхности объекта, третий - геометрический центр и т.п.), а также задаются значения весовых коэффициентов влияния, определяющих степень влияния каждого из принятых признаков на положение интегрального центра объекта. В процессе работы формируется изображение объектов 1 и 2 в фотоприемном устройстве 3. С помощью устройства 4 кадр изображения поступает в блоки 51…5N, в которых вычисляются координаты признаков положения каждого объекта. Координаты интегрального центра каждого изображения вычисляют в блоке 6 по принятому принципу суммирования координат характерных признаков с учетом поправочных коэффициентов. Затем в блоке 7 вычисляют расстояние между объектами, которое определяется как произведение расстояния между интегральными центрами изображений на масштабный коэффициент, связывающий размер базового реального отрезка с размером его на кадре.
Из приведенного примера на фигуре 3 видно, что координаты интегрального центра С4 формируются, как среднее арифметическое координат признаков положения С1, С2 и С3 по оси Х и по оси Y:
и, при коэффициентах а, b и с, равных единице, С4 оказывается центром пересечения медиан треугольника, образованного тремя признаками С1, С2 и С3.
На фигуре 4 приведен пример реального кадра (размером 744×576 пикселей) с изображением двух объектов, расстояние между которыми определяется несколькими способами.
В таблице 1 приведены координаты характерных точек, связанных с положением изображений объектов в кадре на фигуре 4.
Таблица 1 | |||
Объект 1 | Объект 2 | ||
Координата | Значение, пиксел | Координата | Значение, пиксел |
XЭН1 | 116,3 | XЭН2 | 632,4 |
YЭН1 | 101 | YЭН2 | 463,1 |
ХГ1 | 118 | ХГ2 | 627,7 |
YГ1 | 97,4 | YГ2 | 461,6 |
XM1 | 89 | XM2 | 602 |
YM1 | 70 | YM2 | 494 |
XИ1 | 107,7 | XИ2 | 620,7 |
YИ1 | 89,5 | YИ2 | 472,9 |
Где ХЭHi YЭHi координаты энергетического центра СЭH(ХЭH,YЭH), вычисленные по формулам:
где Hi,j - суммарный сигнал от всех элементов матрицы ПЗС; K и Р - соответствующие числа столбцов и строк матрицы; xi,j и yi,j - дискретные значения координат элементов вдоль направления строк и столбцов.
ХГi и YГi - координаты геометрического центра CГ(XГ,YГ), вычисленные по формулам:
XMi YMi - координаты самой яркой области на изображении объекта CM (XM, YM).
ХИ и YИ - координаты интегрального центра СИ(ХИ,YИ), вычисленные по формулам (1) и (2) при коэффициентах a, b и c, равных 1.
Расстояние Li между изображениями объектов определяется по формуле:
В таблице 2 приведены расстояния между изображениями по фигуре 4, вычисленные при использовании различных пар характерных точек.
Таблица 2 | |
Наименование расстояния между центрами | Значение, пиксел |
LЭН | 630,5 |
LГ | 626,4 |
LM | 665,5 |
LИ | 640,4 |
Как расстояние между одноименными характерными точками СЭН, СГ, СМ и СИ, которые в общем случае не совпадают друг с другом, и их величина может зависеть от многих факторов (от освещенности до качества ПЗС матрицы, от конструктивных особенностей до режимов эксплуатации системы). Наиболее стабильной величиной будет расстояние LИ между интегральными центрами изображений, которое в меньшей степени подвержено изменениям из-за влияния отдельных возмущающих факторов.
Расстояние между объектами D определяется как произведение LИ на масштабный коэффициент М, определяемый отношением длины реального образцового отрезка к длине изображения его на снимке
Таким образом, заявляемый способ измерения линейного смещения объекта обеспечивает сохранение точности измерения при упрощении требований к характеристикам и параметрам объектов и тракту формирования изображения.
Claims (1)
- Способ измерения расстояния между объектами, состоящий в том, что формируют кадр с изображениями объектов, например, с помощью ПЗС матрицы, определяют координаты точек энергетического центра яркости каждого объекта и вычисляют расстояние между ними, отличающийся тем, что на изображении объектов выделяют несколько характерных признаков, определяющих положение объектов в пространстве, определяют поправочные коэффициенты связи их положения с реальным изменением положения объекта, вычисляют координаты этих признаков у изображения каждого объекта и вычисляют положение интегрального центра каждого изображения по принятому принципу суммирования координат характерных признаков с учетом поправочных коэффициентов, а затем вычисляют расстояние между объектами, которое определяется как произведение расстояния между интегральными центрами изображений на масштабный коэффициент, связывающий размер базового реального отрезка с размером его на кадре.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015141652/07A RU2596607C1 (ru) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Способ измерения расстояния между объектами |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015141652/07A RU2596607C1 (ru) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Способ измерения расстояния между объектами |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2596607C1 true RU2596607C1 (ru) | 2016-09-10 |
Family
ID=56892860
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015141652/07A RU2596607C1 (ru) | 2015-09-30 | 2015-09-30 | Способ измерения расстояния между объектами |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2596607C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2662256C1 (ru) * | 2017-09-19 | 2018-07-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Устройство контроля перемещения объектов относительно друг друга |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4107604A (en) * | 1976-12-01 | 1978-08-15 | Compunetics, Incorporated | Hall effect displacement transducer using a bar magnet parallel to the plane of the Hall device |
US5642299A (en) * | 1993-09-01 | 1997-06-24 | Hardin; Larry C. | Electro-optical range finding and speed detection system |
RU2381521C2 (ru) * | 2008-04-14 | 2010-02-10 | Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" | Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям |
EA013559B1 (ru) * | 2007-12-27 | 2010-06-30 | Научно-Исследовательское И Проектно-Технологическое Республиканское Унитарное Предприятие "Институт Ниптис Им. Атаева С.С." | Способ измерения линейного перемещения объекта и устройство для его осуществления |
JP5310098B2 (ja) * | 2009-03-02 | 2013-10-09 | 株式会社デンソーウェーブ | レーザ距離測定装置 |
RU2519512C1 (ru) * | 2013-01-10 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Устройство измерения угловых и линейных координат объекта |
-
2015
- 2015-09-30 RU RU2015141652/07A patent/RU2596607C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4107604A (en) * | 1976-12-01 | 1978-08-15 | Compunetics, Incorporated | Hall effect displacement transducer using a bar magnet parallel to the plane of the Hall device |
US5642299A (en) * | 1993-09-01 | 1997-06-24 | Hardin; Larry C. | Electro-optical range finding and speed detection system |
EA013559B1 (ru) * | 2007-12-27 | 2010-06-30 | Научно-Исследовательское И Проектно-Технологическое Республиканское Унитарное Предприятие "Институт Ниптис Им. Атаева С.С." | Способ измерения линейного перемещения объекта и устройство для его осуществления |
RU2381521C2 (ru) * | 2008-04-14 | 2010-02-10 | Закрытое акционерное общество "Московский научно-исследовательский телевизионный институт" | Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям |
JP5310098B2 (ja) * | 2009-03-02 | 2013-10-09 | 株式会社デンソーウェーブ | レーザ距離測定装置 |
RU2519512C1 (ru) * | 2013-01-10 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт оптико-электронного приборостроения" (ОАО "НИИ ОЭП") | Устройство измерения угловых и линейных координат объекта |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2662256C1 (ru) * | 2017-09-19 | 2018-07-25 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южный федеральный университет" (Южный федеральный университет) | Устройство контроля перемещения объектов относительно друг друга |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104142157B (zh) | 一种标定方法、装置及设备 | |
CN106949845B (zh) | 基于双目立体视觉的二维激光振镜扫描***及标定方法 | |
US9852518B2 (en) | Method and system for calculating laser beam spot size | |
Sun et al. | A robust method to extract a laser stripe centre based on grey level moment | |
Zhang et al. | A novel calibration approach to structured light 3D vision inspection | |
Sun et al. | A calibration method for stereo vision sensor with large FOV based on 1D targets | |
US20200410710A1 (en) | Method for measuring antenna downtilt based on linear regression fitting | |
RU2601421C2 (ru) | Способ и система калибровки камеры | |
Daponte et al. | A height measurement uncertainty model for archaeological surveys by aerial photogrammetry | |
CN101010559A (zh) | 进行三维计测的图像处理装置及图像处理方法 | |
CN111161358B (zh) | 一种用于结构光深度测量的相机标定方法和装置 | |
CN110208771A (zh) | 一种移动二维激光雷达的点云强度改正方法 | |
CN103927749A (zh) | 图像处理方法、装置和自动光学检测机 | |
CN101776437B (zh) | 带有光路调整的嵌入式机器视觉亚像素标定方法 | |
JP2011163852A (ja) | 外観検査装置 | |
CN108469437A (zh) | 浮法玻璃的缺陷检测方法及装置 | |
JP6035031B2 (ja) | 複数の格子を用いた三次元形状計測装置 | |
RU2596607C1 (ru) | Способ измерения расстояния между объектами | |
JP2017516130A5 (ru) | ||
CN111325793A (zh) | 一种图像测量中基于光斑的像素尺寸动态标定***和标定方法 | |
KR102023087B1 (ko) | 카메라 캘리브레이션 방법 | |
CN1223826C (zh) | 影像测量***和方法 | |
Di Leo et al. | Uncertainty evaluation of camera model parameters | |
CN110193673B (zh) | 振镜式激光加工的网格分区域补偿方法 | |
CN112955778B (zh) | 校正方法、装置、存储介质及多通道激光雷达 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20201001 |