RU2645432C1 - Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation - Google Patents
Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2645432C1 RU2645432C1 RU2016147717A RU2016147717A RU2645432C1 RU 2645432 C1 RU2645432 C1 RU 2645432C1 RU 2016147717 A RU2016147717 A RU 2016147717A RU 2016147717 A RU2016147717 A RU 2016147717A RU 2645432 C1 RU2645432 C1 RU 2645432C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- test object
- coordinate system
- videogrammetry
- systems
- accuracy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
- G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области оптических бесконтактных измерений геометрических параметров формы, положения, движения и деформации объектов в пространстве, в частности к ближней цифровой фотограмметрии и видеограмметрии, и может применяться для прецизионной калибровки видеограмметрических систем в научных исследованиях, машиностроении, строительстве, медицине, экспериментальной аэродинамике и в других областях.The invention relates to the field of non-contact optical measurements of the geometric parameters of the shape, position, movement and deformation of objects in space, in particular to near digital photogrammetry and video grammetry, and can be used for precision calibration of videogrammetric systems in scientific research, mechanical engineering, construction, medicine, experimental aerodynamics and in other areas.
Известны многочисленные оптические способы и устройства бесконтактных измерений геометрических параметров объектов. Наиболее широко известными являются методы фотограмметрии [Лобанов А.Н. Фотограмметрия. - М: Недра, 1984]. Основное назначение фотограмметрии состоит в измерениях геометрических параметров участков поверхности земли по аэроснимкам и снимкам из космоса, т.е. с большого расстояния. Методы ближней фотограмметрии применяются и для бесконтактных измерений геометрических параметров объектов на коротких расстояниях в единицы и десятки метров. В последнее время методы фотограмметрии реализуются с применением цифровых средств регистрации изображений и называются цифровой фотограмметрией или видеограмметрией. Видеограмметрия ближней зоны широко применяется в научных исследованиях, промышленном производстве, строительстве, медицине, в частности в экспериментальной аэродинамике [Патент РФ №2551396, МПК G01С 11/00, 2013].Numerous optical methods and devices for non-contact measurements of the geometric parameters of objects are known. The most widely known are photogrammetry methods [A. Lobanov Photogrammetry. - M: Nedra, 1984]. The main purpose of photogrammetry is to measure the geometric parameters of sections of the surface of the earth from aerial photographs and images from space, i.e. from a great distance. Short-range photogrammetry methods are also used for non-contact measurements of the geometric parameters of objects at short distances of units and tens of meters. Recently, photogrammetry methods have been implemented using digital image registration tools and are called digital photogrammetry or video grammetry. Videogrammetry of the near zone is widely used in scientific research, industrial production, construction, medicine, in particular in experimental aerodynamics [RF Patent No. 2551396, IPC G01C 11/00, 2013].
Известны способы калибровки видеограмметрических систем, при которых в рабочем пространстве измерений (пространстве объекта) задают тем или иным способом множество узловых точек с известными координатами, регистрируют одно или несколько изображений этих точек и находят координаты центров соответствующих точек на полученных изображениях. Затем, сопоставляя массив известных координат с массивом координат точек изображения, составляют математическую регрессию с рабочей характеристикой (1) в качестве функционала. Искомые параметры рабочей характеристики находят, решая задачу математической регрессии методами многомерной минимизации [В.П. Кулеш. Бесконтактные измерения геометрических параметров формы, движения и деформации объектов в экспериментальной аэродинамике // Датчики и системы. - 2004. №3. - С. 22-27].Known methods for calibrating videogrammetric systems in which in the working space of measurements (object space) set in one way or another the set of nodal points with known coordinates, register one or more images of these points and find the coordinates of the centers of the corresponding points on the resulting images. Then, comparing the array of known coordinates with the array of coordinates of the image points, a mathematical regression is made up with the working characteristic (1) as a functional. The required parameters of the working characteristic are found by solving the problem of mathematical regression using multidimensional minimization methods [V.P. Kulesh. Non-contact measurements of the geometric parameters of the shape, motion and deformation of objects in experimental aerodynamics // Sensors and Systems. - 2004. No. 3. - S. 22-27].
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Способ калибровки изображений стереофотограмметричечкой системы» [Авт. свид. СССР №1703972 А1, МПК G01С 11/00, 1988], при котором в пространство измерений устанавливают тест-объект с множеством маркеров, хорошо различимых на изображениях, регистрируемых камерой видеограмметрической системы, и координаты которых предварительно измеряют в собственной системе координат с повышенной точностью, превышающей прогнозируемую точность видеограмметрической системы.The closest technical solution, selected as a prototype, is the "Method for calibrating images stereophotogrammetric system" [Ed. testimonial. USSR No. 1703972 A1, IPC G01C 11/00, 1988], in which a test object with a set of markers, clearly distinguishable in images recorded by the camera of the videogrammetric system, and the coordinates of which are previously measured in their own coordinate system with increased accuracy, are installed in the measurement space, exceeding the predicted accuracy of the videogrammetric system.
Известно также контрольное приспособление для осуществления указанного способа [В.П. Кулеш. Бесконтактные измерения геометрических параметров формы, движения и деформации объектов в экспериментальной аэродинамике // Датчики и системы. - 2004. №3. - С. 22-27], также выбранное в качестве прототипа, включает тест-объект с множеством маркеров, хорошо различимых на изображениях, зарегистрированных камерой видеограмметрической системы, и средство регулирования его положения в рабочем пространстве измерений. Маркеры на тест-объекте могут быть расположены как в одной плоскости, так и нескольких плоскостях или в объеме. Координаты всех маркеров обычно предварительно измеряют с повышенной точностью, превосходящей прогнозируемую точность калибруемой видеограмметрической системы, например, с помощью трехкоординатной измерительной машины (КИМ).A control device for implementing this method is also known [V.P. Kulesh. Non-contact measurements of the geometric parameters of the shape, motion and deformation of objects in experimental aerodynamics // Sensors and Systems. - 2004. No. 3. - S. 22-27], also selected as a prototype, includes a test object with many markers that are clearly distinguishable in the images recorded by the camera of the videogrammetric system, and a means of regulating its position in the measurement workspace. Markers on the test object can be located both in one plane, and several planes or in volume. The coordinates of all markers are usually pre-measured with increased accuracy exceeding the predicted accuracy of the calibrated videogrammetric system, for example, using a three-coordinate measuring machine (CMM).
Однако результаты калибровки с помощью известного способа и контрольного приспособления оказываются полученными в системе координат тест-объекта, которая была задана при предварительном измерении координат маркеров, и зависят от положения тест-объекта как при таком измерении, так и при его установке в рабочем пространстве измерений видеограмметрической системы. В то же время многие задачи бесконтактных измерений требуют строгой привязки измерений к заданной рабочей системе координат. Например, измерения геометрических параметров объектов в экспериментальной аэродинамике должны выполняться строго в системе координат, связанной с высокой точностью с положением летательного аппарата по отношению либо к земле, либо к направлению скорости движения или воздушного потока, либо к стенкам рабочей части аэродинамической трубы. При этом требования к погрешности привязки системы координат по угловым параметрам (углам атаки, тангажа и др.) составляют сотые доли градуса. Требования к погрешности привязки по линейным параметрам составляют 0,1 мм. Известные способ и контрольное приспособление такую высокую точность калибровки видеограмметрической системы обеспечить не могут.However, the calibration results using the known method and control device turn out to be obtained in the coordinate system of the test object, which was set during the preliminary measurement of the coordinates of the markers, and depend on the position of the test object both during such a measurement and when it is installed in the videogrammetric measurement workspace system. At the same time, many tasks of non-contact measurements require strict binding of measurements to a given working coordinate system. For example, measurements of the geometric parameters of objects in experimental aerodynamics should be carried out strictly in a coordinate system associated with high accuracy with the position of the aircraft with respect to either the ground or the direction of speed or air flow, or to the walls of the working part of the wind tunnel. At the same time, the requirements for the error of the coordinate system binding by angular parameters (angles of attack, pitch, etc.) amount to hundredths of a degree. The requirements for the error of binding by linear parameters are 0.1 mm. The known method and control device cannot provide such a high accuracy of calibration of the videogrammetric system.
Техническим результатом изобретения является повышение точности и достоверности калибровки видеограмметрических систем за счет увеличения точности позиционирования тест-объекта путем привязки его системы координат к измерительной системе координат по шести степеням свободы, а следовательно, точности и достоверности последующих бесконтактных измерений геометрических параметров положения, движения и деформации моделей или элементов конструкции летательных аппаратов в аэродинамических трубах и на экспериментальных стендах.The technical result of the invention is to increase the accuracy and reliability of the calibration of videogrammetric systems by increasing the accuracy of the positioning of the test object by linking its coordinate system to the measuring coordinate system in six degrees of freedom, and therefore, the accuracy and reliability of subsequent non-contact measurements of the geometric parameters of the position, movement and deformation of the models or structural elements of aircraft in wind tunnels and on experimental stands.
Технический результат достигается тем, что в способе калибровки видеограмметрических систем, при котором в пространство измерений устанавливают тест-объект с множеством маркеров, координаты которых предварительно измерены в собственной системе координат, и регистрируют изображения маркеров камерой видеограмметрической системы, согласно изобретению в пространстве измерений создают комплекс базовых ориентиров, функционально согласуют его с измерительной системой координат, тест-объект оснащают комплексом ответных реперов, функционально согласуют его с собственной системой координат, а при установке тест-объекта регулируют его положение, сводя базовые ориентиры с ответными реперами по шести степеням свободы.The technical result is achieved by the fact that in the method of calibrating videogrammetric systems, in which a test object with a plurality of markers, the coordinates of which are previously measured in its own coordinate system, is installed in the measurement space, and marker images are recorded by the camera of the videogrammetric system, according to the invention, a set of basic reference points, functionally coordinate it with the measuring coordinate system, the test object is equipped with a set of response frames, functions they coordinate it in principle with their own coordinate system, and when setting up a test object, they regulate its position, reducing basic landmarks with reference points in six degrees of freedom.
Указанный технический результат достигается также тем, что в контрольное приспособление для калибровки видеограмметрических систем, содержащее тест-объект и средство регулирования его положения в рабочем пространстве измерений, согласно изобретению в пространстве измерений дополнительно введены комплекс установленных неподвижно базовых узлов ориентации, функционально связанных с измерительной системой координат, комплекс ответных реперов, установленных жестко на тест-объекте и функционально связанных с его собственной системой координат, а также комплекс средств сведения базовых узлов ориентации с ответными реперами, при этом комплекс базовых узлов ориентации содержит вертикальную базовую плоскую поверхность, параллельную координатной плоскости измерительной системы координат, и лазер непрерывного действия, установленный своей оптической осью перпендикулярно упомянутой вертикальной базовой поверхности и выходом в сторону тест-объекта, при этом комплекс ответных реперов включает горизонтальную и вертикальную реперные плоские поверхности, параллельные координатным плоскостям собственной системы координат тест-объекта, и зеркальную мишень, имеющую плоскую отражающую поверхность с круглой маской по диаметру луча лазера, установленную отражающей поверхностью параллельно вертикальной реперной поверхности, а узлы сведения выполнены в виде уровня, установленного на горизонтальную реперную поверхность тест-объекта, измерителя расстояния, установленного между базовой и реперной вертикальными поверхностями, прямого плоского экрана, установленного по ходу лучей света лазера за зеркальной мишенью, и обратного плоского экрана с отверстием по диаметру луча лазера, установленного на выходе лазера центром отверстия на оптической оси и лицевой поверхностью в сторону тест-объекта, при этом средство регулирования положения тест-объекта выполнено в виде механизма с шестью степенями свободы.The specified technical result is also achieved by the fact that in the control device for calibrating videogrammetric systems containing a test object and means for regulating its position in the measurement workspace, according to the invention, a set of fixedly fixed basic orientation nodes functionally connected to the measuring coordinate system is additionally introduced into the measurement space , a set of response frames installed rigidly on a test object and functionally related to its own system coordinates, as well as a set of means for reducing the base orientation nodes with reference frames, while the set of basic orientation nodes contains a vertical base flat surface parallel to the coordinate plane of the measuring coordinate system, and a continuous laser installed with its optical axis perpendicular to the said vertical base surface and exit to side of the test object, while the complex of response frames includes horizontal and vertical reference flat surfaces parallel to to the coordinate planes of the test object’s own coordinate system, and a mirror target having a flat reflective surface with a round mask along the diameter of the laser beam, mounted by the reflective surface parallel to the vertical reference surface, and the information nodes are made in the form of a level mounted on the horizontal reference surface of the test object, distance meter installed between the base and reference vertical surfaces, a direct flat screen mounted along the laser light behind the mirror target, and a reverse flat screen with a hole along the diameter of the laser beam mounted at the laser exit with the center of the hole on the optical axis and the front surface towards the test object, while the means for regulating the position of the test object is made in the form of a mechanism with six degrees of freedom.
Технический эффект в способе и устройстве во всех случаях достигается, благодаря обеспечению возможности строгой привязки собственной системы координат тест-объекта к измерительной системе координат, что приводит к тому, что параметры внешнего ориентирования рабочей характеристики видеограмметрической системы также получаются в измерительной системе координат, и не требуется последующих вычислительных преобразований и коррекций.The technical effect in the method and device in all cases is achieved due to the possibility of strict binding of the own coordinate system of the test object to the measuring coordinate system, which leads to the fact that the parameters of the external orientation of the working characteristics of the videogrammetric system are also obtained in the measuring coordinate system, and is not required subsequent computational transformations and corrections.
Перечень фигур, иллюстрирующих предложенный способ и контрольное приспособление:The list of figures illustrating the proposed method and control device:
На фиг. 1 показана структурная схема устройства, поясняющая способ калибровки видеограмметрических систем.In FIG. 1 is a structural diagram of a device explaining a method for calibrating video-grammetric systems.
На фиг. 2 показана схема устройства возможного варианта контрольного приспособления для калибровки видеограмметрических систем.In FIG. 2 shows a diagram of a device of a possible embodiment of a test fixture for calibrating videogrammetric systems.
На фиг. 3 приведена фотография тест-объекта планшетного типа, на котором установлен комплекс ответных реперов.In FIG. Figure 3 shows a photograph of a test object of a tablet type on which a set of response frames is installed.
На схемах условно показаны:The diagrams conventionally show:
1 - камера видеограмметрической системы;1 - camera videogrammetric system;
2 - тест-объект;2 - test object;
3 - множество маркеров на тест-объекте, хорошо различимых на получаемых с камеры рабочих изображениях;3 - many markers on the test object, clearly distinguishable on working images received from the camera;
4 - рабочее изображение маркеров;4 - working image of markers;
5 - средство регулирования положения тест-объекта по шести степеням свободы;5 - a means of regulating the position of the test object in six degrees of freedom;
6 - базовый узел ориентации;6 - the base node orientation;
7 - ответный репер;7 - reciprocal benchmark;
8 - средство сведения базового узла ориентации с ответным репером;8 is a means of reducing the base orientation node with a response frame;
9 - вертикальная базовая плоская поверхность;9 - vertical base flat surface;
10 - лазер непрерывного действия;10 - continuous laser;
11 - горизонтальная реперная плоская поверхность;11 - horizontal reference flat surface;
12 - вертикальная реперная плоская поверхность;12 - vertical reference flat surface;
13 - зеркальная мишень;13 - mirror target;
14 - уровень;14 - level;
15 - измеритель расстояния;15 - distance meter;
16 - прямой экран;16 - direct screen;
17 - обратный экран с отверстием.17 - reverse screen with a hole.
Суть метода видеограмметрии заключается в определении трех координат x, y, z точки объекта в пространстве по двум координатам u, v образа этой точки на цифровом изображении, построенном по законам центральной проекции. В общей постановке эта задача восстановления координат недоопределена, т.е. для трех неизвестных существует только два уравнения. Одним из путей разрешения неопределенности задачи восстановления искомых координат точки в пространстве в методах видеограмметрии, является использование априорной информации, полученной из других источников. Этот способ чаще всего сводится к методу маркерных точек, при котором на поверхность исследуемого объекта в заданных точках наносятся специальные маркеры, хорошо различимые на получаемых изображениях [Тюфлин Ю.С., Степаньянц Д.Г., Князь В.А., Желтов С.Ю. Предвычисление точности определения координат точек объекта в ближней фотограмметрии // Геодезия и картография. - 2004. №11. - С. 29-32]. Часто априорную информацию приводят к тому, что координата z всех маркерных точек известна. При этом рабочая характеристика измерительной системы принимает вид:The essence of the videogrammetry method is to determine the three coordinates x, y, z of an object’s point in space by two coordinates u, v of the image of this point on a digital image constructed according to the laws of central projection. In the general setting, this task of restoring coordinates is undetermined, i.e. for three unknowns, there are only two equations. One of the ways to solve the uncertainty of the problem of reconstructing the desired coordinates of a point in space in videogrammetry methods is to use a priori information obtained from other sources. This method most often boils down to the method of marker points, in which special markers are applied to the surface of the object under study at specified points that are clearly distinguishable in the images obtained [Tyuflin Yu.S., Stepanyants DG, Knyaz VA, Zheltov S. YU. Precision calculation of the coordinates of the points of an object in near photogrammetry // Geodesy and Cartography. - 2004. No. 11. - S. 29-32]. Often a priori information leads to the fact that the z coordinate of all marker points is known. In this case, the operating characteristic of the measuring system takes the form:
где: u0, v0 - координаты центра изображения - точки пересечения оптической оси приемного объектива с плоскостью чувствительной матрицы цифровой камеры (выражаются в пикселях);where: u 0 , v 0 - coordinates of the center of the image - the point of intersection of the optical axis of the receiving lens with the plane of the sensitive matrix of the digital camera (expressed in pixels);
w0 - задний отрезок приемного объектива (в пикселях);w 0 is the rear segment of the receiving lens (in pixels);
x0, y0, z0 - координаты центра приемного объектива (центра проекции) в системе координат модели (в метрических единицах);x 0 , y 0 , z 0 - coordinates of the center of the receiving lens (projection center) in the coordinate system of the model (in metric units);
Mij - элементы матрицы вращения - направляющие косинусы. Элементы матрицы вращения являются функциями углов ориентации α, β, γ системы координат камеры в системе координат объекта.M ij - elements of the rotation matrix - guide cosines. Elements of the rotation matrix are functions of the orientation angles α, β, γ of the camera coordinate system in the object coordinate system.
В рабочую характеристику входят ряд коэффициентов - параметров. Традиционно принято разделять параметры рабочей характеристики разделять на две группы: параметры внутреннего и внешнего ориентирования. В таблице 1 приведен перечень основных параметров, характеризующих измерительную (видеограмметрическую) систему. Формально к параметрам внутреннего ориентирования относится один или более коэффициентов дисторсии объектива.The performance characteristic includes a number of coefficients - parameters. It is traditionally accepted to separate the parameters of a working characteristic into two groups: parameters of internal and external orientation. Table 1 provides a list of the main parameters characterizing the measuring (videogrammetric) system. Formally, one or more lens distortion coefficients refers to interior orientation parameters.
Для применений методом видеограмметрии необходимо определить численные значения указанных по меньшей мере 10 параметров рабочей характеристики (1), которые с необходимой точностью могут быть найдены только в процессе калибровки измерительной системы.For applications using the videogrammetry method, it is necessary to determine the numerical values of the indicated at least 10 parameters of the operating characteristic (1), which can be found with the necessary accuracy only during the calibration of the measuring system.
При калибровке в рабочем пространстве измерений (пространстве объекта) необходимо тем или иным способом задать множество узловых точек с известными координатами x*, y*, z*, зарегистрировать изображение этих точек камерой видеограмметрической системы, измерить координаты u*, v* центров соответствующих точек на полученных изображениях и затем, сопоставляя массив {x*, y*, z*} с массивом {u*, v*}, составить математическую регрессию с рабочей характеристикой (1) в качестве функционала. Решением полученной регрессии методами многомерной минимизации расхождений (обычно методом наименьших квадратов) находят искомые параметры рабочей характеристики.When calibrating in the measurement workspace (object space), it is necessary in one way or another to set the set of nodal points with known coordinates x *, y *, z *, register the image of these points with the camera of the videogrammetric system, measure the coordinates u *, v * of the centers of the corresponding points on obtained images and then, comparing the array {x *, y *, z *} with the array {u *, v *}, make a mathematical regression with the working characteristic (1) as a functional. The solution of the obtained regression by the methods of multidimensional minimization of discrepancies (usually by the least square method) is used to find the desired parameters of the working characteristic.
Множество узловых точек обычно задают с помощью тест-объекта, имеющего жесткую недеформируемую основу, на которой размещено множество маркеров, хорошо различимых на изображениях, получаемых с помощью камеры видеограмметрической системы. Координаты маркеров в собственной системе координат тест-объекта предварительно измеряют инструментальными средствами с точностью, превышающей прогнозируемую точность калибруемой видеограмметрической системы.Many nodal points are usually set using a test object that has a rigid, non-deformable base, on which many markers are placed, which are clearly distinguishable in images obtained using a camera of a videogrammetric system. The coordinates of the markers in the own coordinate system of the test object are pre-measured by tools with an accuracy exceeding the predicted accuracy of the calibrated video-graphical system.
Для обеспечения необходимой точности калибровки видеограмметрических систем, предназначенных для бесконтактных измерений особенно крупногабаритных объектов и в условиях стесненного рабочего пространства или ограниченного оптического доступа, характерных, например, для аэродинамического эксперимента в аэродинамических трубах и летных испытаний, предъявляются высокие требования к точности совмещения собственной системы координат тест-объекта с измерительной системой координат, связанной с характерными особенностями объекта исследований или экспериментальной установки.To ensure the necessary accuracy of calibration of videogrammetric systems designed for non-contact measurements of especially large-sized objects and in the conditions of a cramped working space or limited optical access, characteristic, for example, of an aerodynamic experiment in wind tunnels and flight tests, high demands are placed on the accuracy of combining the own coordinate system test -object with a measuring coordinate system associated with the characteristic features of the object edovany or the experimental setup.
Предложенный способ калибровки поясняется схемой возможного контрольного приспособления, изображенной на фиг. 1. В рабочем пространстве измерений перед камерой 1 калибруемой видеограмметрической системы устанавливают тест-объект 2 с множеством маркеров 3. В частности, это может быть тест-объект планшетного типа, на котором маркеры расположены в одной плоскости. Изображение 4 множества маркеров регистрируют в заданный момент времени с помощью камеры. Положение тест-объекта в пространстве регулируют с помощью механизма 5 с шестью степенями свободы. Для точного ориентирования тест-объекта в пространстве измерений устанавливают набор неподвижных базовых узлов ориентации 6, которые должны быть функционально связаны с измерительной системой координат по шести степеням свободы: трем линейным и трем угловым. Соответственно на тест-объекте необходимо установить соответствующий набор ответных реперов 7, жестко связанных с собственной системой координат тест-объекта также по шести степеням свободы. В процессе ориентирования следует регулировать механизмом 5 и одновременно контролировать с помощью средств сведения 8 положение тест-объекта до максимально точного совмещения по всем степеням свободы.The proposed calibration method is illustrated by a diagram of a possible control device shown in FIG. 1. In the measurement workspace, a
Самым очевидным является решение, при котором комплекс базовых узлов ориентации можно задать в виде трех взаимно ортогональных базовых плоских поверхностей - одной горизонтальной и двух вертикальных, - установленных неподвижно вблизи пространства измерений. Также и комплекс ответных реперов можно задать в виде трех взаимно ортогональных реперных плоских поверхностей, образованных на тест-объекте. Линейные компоненты ориентации при этом можно хорошо контролировать и выставлять с помощью измерителей расстояния 15, например, штангенциркулей, измерительных линеек, рулеток, оптических и лазерных дальномеров. Угловые положения тест-объекта относительно двух горизонтальных координатных осей можно контролировать с помощью уровней 14, установленных на горизонтальную реперную поверхность тест-объекта. Однако угловую ориентацию относительно вертикальной оси контролировать очень сложно.The most obvious is the solution in which the complex of basic orientation nodes can be specified in the form of three mutually orthogonal basic flat surfaces - one horizontal and two vertical - installed motionless near the measurement space. Also, the set of response frames can be set in the form of three mutually orthogonal reference flat surfaces formed on the test object. In this case, the linear orientation components can be well controlled and set using
На фиг. 2 приведена схема возможного варианта контрольного приспособления с тест-объектом планшетного типа. На схеме координатная плоскость Оху совмещена с плоскостью расположения маркеров, а ось Оу направлена вертикально вверх. В этом устройстве базовые ориентиры заданы следующим образом. Направление координатной оси Оу совмещено с вектором силы притяжения земли, вертикальная базовая плоская поверхность 9 ориентирована параллельно координатной плоскости Оху и координатная ось Oz лучом лазера 10.In FIG. 2 is a diagram of a possible embodiment of a test fixture with a test object of a tablet type. In the diagram, the Ohu coordinate plane is aligned with the marker location plane, and the Oy axis is directed vertically upward. In this device, reference points are set as follows. The direction of the coordinate axis Oy is aligned with the vector of the force of gravity of the earth, the vertical base
Комплекс ответных реперов включает горизонтальную плоскую поверхность 11, вертикальную поверхность 12, параллельную плоскости расположения маркеров, и зеркальную мишень 13, имеющую плоскую отражающую поверхность с круглой маской равного или несколько меньшего (0,9-0,95) диаметра, чем диаметр луча лазера, установленную отражающей поверхностью параллельно вертикальной реперной поверхности. Отражающая поверхность мишени может иметь либо зеркальную, полностью отражающую, либо полупрозрачную поверхность. В первом случае упомянутая маска может представлять собой круглое прозрачное отверстие в зеркальной поверхности. Во втором случае маска должна быть непрозрачной и размещаться за полупрозрачной поверхностью. При ориентировании тест-объекта в пространстве измерений его устанавливают так, чтобы луч лазера падал нормально на центр зеркальной мишени 13. Контроль точности совмещения осуществляется по симметричности ореола вокруг тени на экране 16.The set of response frames includes a horizontal
Угловые положения тест-объекта относительно осей Ох к Оу контролируются по положению зайчика, отраженного мишенью лазерного луча, на обратном экране 17. Диаметр отверстия в экране 17 должен быть равным или немного большим (1,1-1,2) диаметра луча лазера. При настройке с помощью механизма 5 следует добиваться, чтобы зайчик как можно более точно возвращался в отверстие экрана 17. Контроль точности совмещения осуществляется по симметричности ореола отраженного луча вокруг отверстия на экране 17. Погрешность настройки углового положения при этом зависит от расстояния от зеркальной мишени до обратного экрана и точности совмещения зайчика с отверстием в экране.The angular position of the test object relative to the axes Ox to Oy is controlled by the position of the bunny reflected by the target of the laser beam on the
Практика показывает, что если при контроле положения зайчика на экранах применять метод «солнечного затмения», при котором добиваются равномерного распределения ореола зайчика света вокруг круглой тени от маски на экране, то при диаметре луча лазера 2 мм погрешность совмещения его с отверстием не превышает ±0,1 мм. При расстоянии между зеркальной мишенью и экраном 1 м, чувствительность настройки двух этих углов составит около 0,5⋅10-4≈0,003°≈17". Контроль углового положения относительно координатной оси Oz осуществляется с помощью уровня 14, чувствительность которого много выше. Например, уровень брусковый длиной 250 мм имеет чувствительность 0,02 мм/м=0,2⋅10-4≈7". Эта точность сведения угловых параметров ориентирования вполне удовлетворяет требованиям аэродинамического эксперимента.Practice shows that if you use the method of “solar eclipse” when controlling the position of the bunny on the screens, in which you achieve a uniform distribution of the halo of the bunny of light around the round shadow of the mask on the screen, then with a laser beam diameter of 2 mm, the error in aligning it with the hole does not exceed ± 0 , 1 mm. When the distance between the mirror target and the screen is 1 m, the sensitivity of the adjustment of these two angles will be about 0.5⋅10 -4 ≈0.003 ° ≈17 ". The control of the angular position relative to the Oz coordinate axis is carried out using
Линейные положения тест-объекта по координатным осям Ох и Оу контролируются по степени перекрытия луча лазера круглой маской зеркальной мишени. Применяя метод «солнечного затмения» в этом случае можно обеспечить линейное сведение по координатам х и у с погрешностью 0,1 мм. Погрешность сведения по координате z определяется инструментальной погрешностью измерителя расстояния 15, которая для инструмента с нониусом также может составлять величину, порядка ±0,1 мм. Эта точность сведения линейных параметров ориентирования также вполне удовлетворяет требованиям аэродинамического эксперимента.The linear positions of the test object along the coordinate axes Ox and Oy are controlled by the degree of overlap of the laser beam with a round mask of the mirror target. Using the method of “solar eclipse” in this case, it is possible to provide linear reduction along the x and y coordinates with an error of 0.1 mm. The error in the z coordinate is determined by the instrumental error of the
При известном способе калибровки точность сведения линейных параметров, как правило, не превышает ±0,5 мм, а угловых вокруг вертикальной оси - 1⋅10-3≈3'. Таким образом, эффект изобретения состоит в повышении точности калибровки в 5 и более раз. Достоверность возрастает вследствие того, что по всем шести степеням свободы обеспечивается объективный инструментальный контроль положения тест-объекта.With the known calibration method, the accuracy of converting linear parameters, as a rule, does not exceed ± 0.5 mm, and angular around the vertical axis - 1 --10 -3 ≈3 '. Thus, the effect of the invention is to increase the calibration accuracy by 5 or more times. Reliability increases due to the fact that for all six degrees of freedom an objective instrumental control of the position of the test object is ensured.
Часто требуемый объем пространства измерений видеограмметрической системы превышает пространство, которое задает тест-объект. В этом случае калибровка предполагает многократное перемещение тест-объекта в несколько положений, в каждом из которых измеряют параметры положения тест-объекта и регистрируют соответствующее изображение маркеров. Тест-объект обычно перемещают параллельно самому себе, и параметры положения измеряют с помощью измерителей расстояний 15. При обработке результатов калибровки рассчитывают координаты маркеров во всех положениях тест-объекта с учетом измеренных параметров положения, измеряют координаты образов маркеров на соответствующих изображениях и каждую из двух групп данных объединяют в общий массив, который включают в регрессию. При этом технический эффект изобретения многократно увеличивается.Often the required volume of the measurement space of the videogrammetric system exceeds the space defined by the test object. In this case, the calibration involves repeatedly moving the test object to several positions, in each of which the position parameters of the test object are measured and the corresponding marker image is recorded. The test object is usually moved parallel to itself, and the position parameters are measured using
Предложенный способ калибровки и контрольное приспособление для его осуществления были опробованы для решения задач экспериментальной аэродинамики. Результаты испытаний подтвердили повышение точности и достоверности калибровки видеограмметрических систем за счет увеличения точности позиционирования тест-объекта путем привязки его системы координат к измерительной системе координат по шести степеням свободы. На фиг. 3 приведен вид тест-объекта планшетного типа, на котором установлен комплекс ответных реперов, включающий горизонтальную плоскую поверхность 11, вертикальную плоскую поверхность 12, параллельную плоскости расположения множества маркеров 3, и зеркальную мишень 13. На фотографии видны также винты механизма 5 регулирования положения тест-объекта. Комплекс установленных неподвижно базовых узлов ориентации на фотографии не показан. Множество маркеров содержит 80 маркеров, расположенных в одной плоскости в узлах прямоугольной сетки 8×10 с шагом 100 мм. Диаметр каждого маркера 3 мм.The proposed calibration method and control device for its implementation were tested to solve the problems of experimental aerodynamics. The test results confirmed an increase in the accuracy and reliability of the calibration of videogrammetric systems by increasing the accuracy of the positioning of the test object by linking its coordinate system to the measuring coordinate system in six degrees of freedom. In FIG. Figure 3 shows a test object of a tablet type on which a set of response frames is installed, including a horizontal
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147717A RU2645432C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016147717A RU2645432C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2645432C1 true RU2645432C1 (en) | 2018-02-21 |
Family
ID=61258863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016147717A RU2645432C1 (en) | 2016-12-06 | 2016-12-06 | Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2645432C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110132307A (en) * | 2018-12-11 | 2019-08-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | A kind of straight line dynamic calibration apparatus |
| RU2749363C1 (en) * | 2020-07-22 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges |
| RU2779703C1 (en) * | 2022-01-09 | 2022-09-12 | Дмитрий Александрович Рощин | Videogrammetric system for determining one's own coordinates from three light sources |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1703972A1 (en) * | 1988-10-10 | 1992-01-07 | Войсковая Часть 13132 | Method of calibrating images in stereophotogrammetric system |
| RU2162591C1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-01-27 | Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова | Process of determination of coordinates of points and of orientation of sections on surface of body of complex shape |
| US7154613B2 (en) * | 2004-03-15 | 2006-12-26 | Northrop Grumman Corporation | Color coded light for automated shape measurement using photogrammetry |
| RU2551396C1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of contactless measurements of geometric parameters of object in space and device for its realisation |
-
2016
- 2016-12-06 RU RU2016147717A patent/RU2645432C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1703972A1 (en) * | 1988-10-10 | 1992-01-07 | Войсковая Часть 13132 | Method of calibrating images in stereophotogrammetric system |
| RU2162591C1 (en) * | 1999-11-09 | 2001-01-27 | Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова | Process of determination of coordinates of points and of orientation of sections on surface of body of complex shape |
| US7154613B2 (en) * | 2004-03-15 | 2006-12-26 | Northrop Grumman Corporation | Color coded light for automated shape measurement using photogrammetry |
| RU2551396C1 (en) * | 2013-11-06 | 2015-05-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Method of contactless measurements of geometric parameters of object in space and device for its realisation |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110132307A (en) * | 2018-12-11 | 2019-08-16 | 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 | A kind of straight line dynamic calibration apparatus |
| RU2749363C1 (en) * | 2020-07-22 | 2021-06-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Device for automated calibration of video cameras of various spectral ranges |
| RU2779703C1 (en) * | 2022-01-09 | 2022-09-12 | Дмитрий Александрович Рощин | Videogrammetric system for determining one's own coordinates from three light sources |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112654886B (en) | External parameter calibration method, device, equipment and storage medium | |
| RU2551396C1 (en) | Method of contactless measurements of geometric parameters of object in space and device for its realisation | |
| Puente et al. | Accuracy verification of the Lynx Mobile Mapper system | |
| US20120257792A1 (en) | Method for Geo-Referencing An Imaged Area | |
| CN103323855A (en) | Method for obtaining accuracy of reference line dynamic measurement system | |
| CN107478195A (en) | One kind is based on optical space object status measurement apparatus and its measuring method | |
| CN110095659B (en) | Dynamic testing method for pointing accuracy of communication antenna of deep space exploration patrol device | |
| CN106483330A (en) | One kind is based on reflective silk thread attitude angle visual identity two-D wind speed wind direction method of testing | |
| CN107727118B (en) | Method for calibrating GNC subsystem equipment attitude measurement system in large aircraft | |
| CN109813509B (en) | Method for realizing measurement of vertical dynamic disturbance degree of high-speed rail bridge based on unmanned aerial vehicle | |
| CN104880200A (en) | Composite guidance system initial attitude on-site calibration system and method | |
| RU2645432C1 (en) | Method of videogrammetry systems calibration and control device for its implementation | |
| CN107014293A (en) | A kind of photogrammetric survey method of camera scanning imaging | |
| CN107588929B (en) | Calibration method and calibrator for spherical screen projection/tracking system | |
| CN203857967U (en) | Initial posture field calibration system of combined guidance system | |
| Vivat et al. | A study of devices used for geometric parameter measurement of engineering building construction | |
| CN109813510B (en) | High-speed rail bridge vertical dynamic disturbance degree measuring method based on unmanned aerial vehicle | |
| Yang et al. | A cost-effective non-orthogonal 3D measurement system | |
| US8526011B2 (en) | Mobile projection system for scaling and orientation of surfaces surveyed by an optical measuring system | |
| Pejić et al. | A simplified procedure of metrological testing of the terrestrial laser scanners | |
| CN114088019B (en) | Portable device and method for measuring two-dimensional deflection angle of axis | |
| KR101777026B1 (en) | Apparatus and method for integrated measuring of satellite alignment | |
| CN107037414A (en) | It is imaged positioning metal ball radar calibration method | |
| CN105953820B (en) | A kind of optical calibrating device of inertial measurement combination dynamic navigation performance | |
| JP2007047142A (en) | Position attitude measuring device using image processing and laser beam |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181207 |