Способ определения дальности до объектов и их высот

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ ДО ОБЪЕКТОВ И ИХ ВЫСОТ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ определения дальности до объектов и их высот, при котором с помощью цифрового фотоаппарата получают первую цифровую фотографию исследуемых объектов,поворачивают оптическую ось объектива фотоаппарата по горизонтали на угол , выбранный из условия сохранения всех исследуемых объектов в поле зрения объектива после указанного поворота, получают вторую цифровую фотографию исследуемых объектов, определяют смещение-го объекта по разности расположения -го объекта на первой и второй цифровых фотографиях, определяют дальностьдо -го объекта в соответствии с выражением 14570 1 2011.06.30/,и высоту-го объекта в соответствии с выражением,где- высота -го объекта на цифровых фотографиях. Изобретение относится к области оптической дальнометрии и может использоваться в геодезии, строительстве, монтаже крупных инженерных сооружений. Известны лазерные дальномеры 1, содержащие лазер, приемник излучения, усилитель, измерительный блок. Принцип измерения дальности основан на измерении времени задержки лазерного излучения на дистанции. Недостатком этих дальномеров является сложность конструкции, обусловленная наличием лазера и измерительной схемы, обеспечивающей точность измерения временных интервалов в единицы - десятки пикосекунд. Кроме того, такие дальномеры позволяют одновременно измерять дальность только до одного объекта и не позволяют измерять высоту объекта. Наиболее близким к предлагаемой системе является дальномер фотоаппарата 2, в котором для измерения расстояний используется совмещение раздвоенного изображения в окне видоискателя. Точность измерений таких дальномеров составляет метр на расстояниях в десятки метров и десятки сантиметров на расстояниях в единицы метров. Недостатками этого устройства являются низкая точность измерения дальности, малый диапазон измеряемых расстояний, кроме того, дальномер не позволяет измерять высоту объекта и не позволяет одновременно измерять дальность до нескольких объектов, попадающих в поле зрения. Задача изобретения - повышение точности измерений расстояний и расширение функциональных возможностей. Расширение функциональных возможностей заключается в обеспечении возможности измерять высоту объекта и возможности одновременно измерять расстояния до нескольких объектов, попадающих в поле зрения. Поставленная задача решается путем того, что для измерения расстояний на основе цифрового фотоаппарата используется способ измерения, заключающийся в получении двух фотографических цифровых изображений измеряемых объектов, второе из которых реализуется в результате поворота оптической оси фотоаппарата по горизонтали на уголопределении разности расположения одинаковых объектов на двух цифровых фотографиях и вычислении расстояниядо -го объекта в соответствии с выражением/,где- расстояние на цифровых фотографиях между изображениями -го объекта, полученными в результате поворота оси фотоаппарата по горизонтали на угол ,и вычислении высоты -го объектав соответствии с выражением,где- высота -го объекта на цифровой фотографии. Свойства, появляющиеся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения расстояний, обусловленное корреляционной обработкой цифровых изображений упрощение конструкции, обусловленное отсутствием лазерного источника зондирующего излучения, и расширение функциональных возможностей, обусловленное возможностью измерять высоту объекта и возможностью одновременно измерять расстояния до нескольких объектов, попадающих в поле зрения. 14570 1 2011.06.30 Сущность способа измерений поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема измерителя расстояний на основе цифрового фотоаппарата. Система содержит цифровой фотоаппарат 1, блок поворота 2, вычислительный блок 3. Измеритель расстояний работает следующим образом. В начальный момент времени с помощью цифрового фотоаппарата реализуется цифровая фотография объектов, до которых измеряется дальность. Затем оптическая ось объектива фотоаппарата с помощью блока поворота 2 перемещается по горизонтали на угол , и производится повторное фотографирование измеряемых объектов. Уголвыбирается таким образом, чтобы при повороте все измеряемые объекты оставались в поле зрения объектива. Полученные два цифровых изображения одних и тех же объектов поступают в вычислительный блок, где производится измерение расстоянияна цифровой фотографии (фотоприемной матрице) между изображениями -го объекта, полученными в результате поворота оптической оси фотоаппарата по горизонтали на угол . На фигуре изображения объектов А, В, полученные в результате поворота, представлены штриховой линией. Из треугольников, зная уголи расстояния между объектами в результате поворота 1, 2, можно определить дальности до объектов следующим образом/. Измеритель расстояний также позволяет измерять высоту объектов. Это осуществляется следующим образом. Вычислительный блок определяет высоту объекта 1 на фотографии, т.е. размер объекта на цифровой фотографии (фигура). Зная вычисленное значение расстояния до объекта 1 и величину перемещения данного объекта 1 в результате поворота фотоаппарата по горизонтали на угол , реальную высоту объекта Н 1 определяют следующим образом 111 .1 Вычислительный блок с помощью корреляционной обработки осуществляет измерение расстояний между объектами 1 на цифровой фотографии, что фактически соответствует разности положений объектов на фотоприемной матрице фотоаппарата. Корреляционная обработка изображений позволяет определить положение объекта на матрице с точностью лучше одного чувствительного элемента (пикселя). Современные матрицы имеют количество чувствительных элементов более десяти миллионов, следовательно, относительная погрешность измерения положения объекта, а значит, и дальности будет не хуже 10-3. Знать точное значение расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы нет необходимости, так как его значение можно определить при калибровке системы на точно известном расстоянии. Блок поворота 2 должен обеспечивать соответствующую погрешность измерения угла поворота . В блоке поворота может использоваться как один точно известный угол поворота, так и несколько углов поворота, например, с использованием прецизионного шагового двигателя, управляемого микропроцессором вычислительного блока. При этом точное значение угла поворота можно также определить при калибровке системы на известном расстоянии. Предлагаемый способ измерения дальности является пассивным и основан на анализе изображений объектов, полученных в результате фотографирования. Предложенный пассивный метод обеспечивает скрытность измерений, т.е. измеряемые объекты не могут обнаружить, что по ним измеряется дальность, что особенно важно для решения военных задач. Таким образом, в результате анализа двух цифровых фотографий, полученных в результате поворота оптической оси фотоаппарата по горизонтали на угол , удается определить как расстояния, так и высоты нескольких объектов, одновременно попадающих в поле зрения, обеспечивая при этом скрытность измерений. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.