Стерео дальномер на цифровой фотокамере

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СТЕРЕО ДАЛЬНОМЕР НА ЦИФРОВОЙ ФОТОКАМЕРЕ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Стерео дальномер на цифровой фотокамере, содержащий цифровую фотокамеру, последовательно соединенную с контроллером, блоком процессора и блоком индикации, и блок перемещения, соединенный с фотокамерой и блоком процессора, отличающийся тем, что в него введен коллиматор, соединенный с фотокамерой таким образом, что оптическая ось коллиматора перпендикулярна оптической оси фотокамеры при этом дальностьдо выделенной области -го объекта определена по сдвигу между изображениямивдоль горизонтальной оси из выражения,где- перемещение фотокамеры вдоль горизонтальной оси,- фокусное расстояние фотокамеры.(56) 1.5432594, МПК 01 3/00, 1995. 2. Патент РБ 7502. Измеритель расстояний на цифровой фотокамере, МПК 01 3/00,2011. 89162013.02.28 Полезная модель относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для измерения дальности и линейных размеров объектов по их цифровым фотографическим изображениям. Известен измеритель расстояний 1, использующий две цифровые фотокамеры, разнесенные в пространстве по горизонтали на известное расстояние. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений дальности. Наиболее близким к предлагаемому устройству является измеритель расстояний 2,содержащий цифровую фотокамеру, последовательно соединенную с контроллером, блоком процессора и блоком индикации, и блок перемещения, соединенный с фотокамерой и блоком процессора. Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерения дальности, обусловленная влиянием непараллельности оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений измеряемого объекта. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности измерения расстояний. Поставленная задача решается путем того, что в стерео дальномер на цифровой фотокамере, содержащий цифровую фотокамеру, последовательно соединенную с контроллером, блоком процессора и блоком индикации, и блок перемещения, соединенный с фотокамерой и блоком процессора, введен коллиматор, соединенный с фотокамерой таким образом, что оптическая ось коллиматора перпендикулярна оптической оси фотокамеры при этом дальностьдо выделенной области -го объекта определена по сдвигу между изображениямивдоль горизонтальной оси из выражения,где- перемещение фотокамеры вдоль горизонтальной оси,- фокусное расстояние фотокамеры. Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения расстояний, обусловленное обеспечением параллельности оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений измеряемого объекта из двух точек, разнесенных в пространстве по горизонтали. Сущность полезной модели поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема стерео дальномера на цифровой фотокамере. Устройство содержит измеряемый объект 1, цифровую фотокамеру 2, состоящую из линзы 3 и фотоприемной матрицы 4, контроллер 5, блок перемещения фотокамеры 6, процессор 7, блок индикации 8, коллиматор 9, объект 10. Измеритель расстояний работает следующим образом. Коллиматор соединяется с цифровой фотокамерой таким образом, чтобы оптическая ось коллиматора была перпендикулярна оптической оси фотокамеры. Перед началом измерений объектив фотокамеры направляется в сторону измеряемых объектов, а перекрестие объектива коллиматора совмещается с любым объектом 10, попадающим в его поле зрения. С помощью цифровой фотокамеры на фотоприемной матрице 4 формируется первое цифровое изображение измеряемых объектов. Затем с помощью блока перемещения 6 фотокамера передвигается в пространстве по горизонтали на расстояние . В этой точке перекрестие коллиматора совмещается с тем же объектом, что обеспечивает параллельность оптических осей фотокамеры в обеих точках измерений. Из второй точки формируется второе цифровое изображение измеряемых объектов. Полученные два цифровых изображения одних и тех же объектов поступают в процессор, где производится измерение расстояний по следующему алгоритму. На первом изображении в блоке индикации 8 формируется окно сканирования,размер которого выбирают таким образом, чтобы все фрагменты выделенного объекта находились на одинаковом расстоянии от фотокамеры. Это обеспечивает более высокую точность измерения расстояний. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется и на втором снимке. Затем в процессоре осуществляется сканирова 2 89162013.02.28 ние одного окна относительно другого по горизонтали и вертикали, при этом вычисляется значение двухмерной нормированной корреляционной функции между выделенными изображениями в соответствии с выражениями,где 1 - сигнал окна сканирования первого изображения 2 - сигнал окна сканирования второго изображения ,- размеры сканирующего окна по горизонтали и вертикали 1, 2 ,- смещения одного изображения относительно другого по горизонтали и вертикали соответственно. По положению максимального значения нормированной корреляционной функции (1) определяют сдвиг между изображениями по горизонтали 2 - 1. Так как все точки объекта в выделенном окне находятся на одинаковом расстоянии и осуществляется нормировка по величине среднего значения сигнала, то достигается максимальное значение корреляционной функции, и при полном совпадении изображений корреляционная функция (1) будет равна единице. Дальностьдо выделенной области -го объекта определяется из выражения,(3)где- перемещение фотокамеры,- фокусное расстояние фотокамеры. Аналогичным образом определяются расстояниядо всех объектов, попавших в поле зрения фотокамеры. Измеритель расстояний также позволяет измерять высоту и линейные размеры объектов. Это осуществляется следующим образом. Определив значение расстояния до -го объектаи размеры этого объекта на фотоприемной матрицепо горизонтали ипо вертикали, ширина объектаи высотаопределяются из выражений,,(4) Блок процессора с помощью геометрии полученных изображений объектов может также осуществить измерение расстояний между объектами на цифровой фотографии. Корреляционная обработка изображений позволяет определить положение объекта на матрице с точностью лучше одного чувствительного элемента (пикселя). Знать точное значение расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы и значение фокуса объектива нет необходимости, так как эти значения можно определить при калибровке системы на точно известном расстоянии. Таким образом, за счет введения в известное устройство коллиматора, оптическая ось которого перпендикулярна оптической оси фотокамеры, достигается повышение точности измерения расстояний, обусловленное обеспечением параллельности оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений измеряемых объектов. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3