Способ определения дальности до объекта и его скорости посредством цифровой фотокамеры

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ОБЪЕКТА И ЕГО СКОРОСТИ ПОСРЕДСТВОМ ЦИФРОВОЙ ФОТОКАМЕРЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ определения дальности до объекта и его скорости посредством цифровой фотокамеры, в котором указанную фотокамеру с известным фокусным расстояниемориентируют так, чтобы линия наблюдения была перпендикулярна направлению движения объекта, последовательно через заданный промежуток времениделают первый и второй снимки объекта и находят величину 1 сдвига между его изображениями на этих снимках, затем перемещают камеру на заданное расстояниев направлении, противоположном направлению движения объекта, и через промежуток временипосле второго снимка делают третий снимок объекта, находят величину 2 сдвига между его изображениями на третьем и втором снимках, а затем определяют дальностьдо объекта и его скоростьв соответствии с выражениями 16674 1 2012.12.30 Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности до движущихся объектов по их цифровым фотографическим изображениям. Известен способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям 1, основанный на последовательном формировании двух ТВизображений с помощью одной ТВ-камеры с изменяемым фокусным расстоянием объектива для разных точек наблюдения, разнесенных между собой на априорно известное расстояние. Недостатком такой системы является невозможность измерять дальность до движущихся объектов. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения расстояний до объекта 2, обладающего осью симметрии, с использованием двух цифровых фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние. На фотокамерах формируются два цифровых изображения измеряемого объекта. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями, при этом необходимо знать расстояние между фотокамерами и фокусное расстояние объективов камер. Недостатком этого способа является невозможность измерять дальность до движущихся объектов. Задача изобретения - обеспечение возможности измерять дальность до движущихся объектов. Поставленная задача решается путем того, что в способе определения дальности до объекта и его скорости посредством цифровой фотокамеры указанную фотокамеру с известным фокусным расстояниемориентируют так, чтобы линия наблюдения была перпендикулярна направлению движения объекта, последовательно через заданный промежуток времениделают первый и второй снимки объекта и находят величину 1 сдвига между его изображениями на этих снимках, затем перемещают камеру на заданное расстояниев направлении, противоположном направлению движения объекта, и через промежуток временипосле второго снимка делают третий снимок объекта, находят величину 2 сдвига между его изображениями на третьем и втором снимках, а затем определяют дальностьдо объекта и его скоростьв соответствии с выражениями 1( 21 )( 21 ) Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это обеспечение возможности измерять дальность до движущихся объектов, а также скорость их движения. Сущность способа измерений поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема измерителя дальности и скорости на основе цифровой фотокамеры. Система содержит измеряемый объект 1, цифровую фотокамеру 2, состоящую из линзы 3 и фотоприемной матрицы 4, вычислительный блок 5, блок перемещения фотокамеры 6. Система работает следующим образом. С помощью цифровой фотокамеры на фотоприемной матрице 4 формируется первое цифровое изображение измеряемого объекта,движущегося со скоростьюперпендикулярно линии наблюдения, с координатой 1 (фигура). Затем через интервал времени 1 формируется второе цифровое изображение объекта с координатой 2. После этого с помощью блока перемещения 6 фотокамера передвигается в пространстве по горизонтали на расстояние , и из этой точки через интервал времени 2 формируется третье цифровое изображение измеряемого объекта с координатой 3. Интервалы времени 1, 2 задаются таймером вычислительного блока. Полученные три цифровых изображения поступают в процессор вычислительного блока,где производится измерение расстояния и скорости объекта по следующему алгоритму. На втором изображении формируется окно сканирования с изображением измеряемого объекта. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется на первом и на третьем снимках. Затем в процессоре осуществляется сканирование окна вто 2 16674 1 2012.12.30 рого снимка относительно первого снимка и относительно третьего снимка. При этом вычисляется значение двухмерной нормированной корреляционной функции между выделенными изображениями. По положению максимального значения нормированной корреляционной функции определяют сдвиг между изображениями 121 и 232(фигура). Как следует из фигуры, сдвиг между изображениями 2 и 1 объекта, движущегося со скоростью , при первом положении фотокамеры будет определяться только перемещением объекта за время 1. Из геометрии изображений можно записать 11 где- фокусное расстояние фотокамеры,- расстояние до объекта, 1 - интервал времени между регистрациями первого и второго изображений объекта. Сдвиг между изображениями 3 и 2 объекта при втором положении фотокамеры будет определяться как перемещением объекта за время 2, так и перемещением фотокамеры. Из геометрии изображений можно записать где- перемещение фотокамеры, 2 - интервал времени между регистрациями второго и третьего изображений объекта. Знакпередзависит от того, совпадают или нет направление перемещения фотокамеры и направление движения объекта. Будем предполагать,что направления перемещения фотокамеры и направление движения объекта противоположны, в этом случае передбудет знак плюс. При решении системы уравнений (1), (2) определяется скорость движения объекта 1 1 где 121 - сдвиг между изображениями объекта на втором и первом снимках,232 - сдвиг между изображениями объекта на третьем и втором снимках. Если выбрать 12, то расстояние и скорость движения объекта определяются из выражений 1( 21 )( 21 ) Таким образом, в результате анализа трех цифровых фотографических изображений,полученных с двух точек пространства, разнесенных по горизонтали на известное расстояние, обеспечивается возможность измерять дальность до движущихся объектов, а также их скорость движения. Источники информации 1. Патент РФ 2381521, МПК 01 11/00, 2009. 2. Патент США 5642299, МПК 01 3/00, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3