Способ определения расстояния до объекта посредством цифровой фотокамеры

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ОБЪЕКТА ПОСРЕДСТВОМ ЦИФРОВОЙ ФОТОКАМЕРЫ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Автор Козлов Владимир Леонидович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Способ определения расстояния до объекта посредством цифровой фотокамеры, в котором указанную фотокамеру с известным фокусным расстояниемнаправляют в сторону исследуемого объекта, совмещают перекрестие объектива жестко соединенного с фотокамерой коллиматора, оптическая ось которого перпендикулярна оси фотокамеры, с любым попавшим в поле его зрения тест-объектом, получают первое цифровое фотографическое изображение исследуемого объекта, далее перемещают фотокамеру по горизонтали вдоль оптической оси коллиматора на заданное расстояние , вновь совмещают перекрестие объектива коллиматора с тем же тест-объектом и получают второе цифровое фотографическое изображение исследуемого объекта, на полученных изображениях формируют по окну сканирования с одинаковыми координатами и размерами ,по горизонтали и вертикали соответственно, осуществляют сканирование одного окна относительно другого, вычисляют значение двумерной нормированной корреляционной функции(,) в соответствии с выражением, где,- горизонтальное и вертикальное смещение одного изображения относительно другого соответственно 1 и 2 - сигнал окна сканирования первого и второго изображения соответственно,,по положению максимума указанной функции определяют величину горизонтального сдвигамежду указанными изображениями, а затем определяют искомое расстояниедо выделенной окном сканирования области объекта посредством выражения.Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для решения задач измерения дальности до объектов по их цифровым фотографическим изображениям. Известен способ измерения дальности до объекта 1, обладающего осью симметрии, с использованием двух цифровых фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние. Недостатком этого устройства является ограниченная точность измерений дальности, обусловленная необходимостью обеспечения параллельности оптических осей фотокамер. Наиболее близким к предлагаемому изобретению является измеритель расстояний на цифровой фотокамере 2, методика измерений в котором заключается в получении двух цифровых фотографических изображений измеряемого объекта из двух точек, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние, при этом дальность до объекта определяют по сдвигу между изображениями по горизонтальной оси. Недостатком этой системы является ограниченная точность измерений дальности, обусловленная влиянием непараллельности оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений. Задача изобретения - повышение точности измерения расстояний. Поставленная задача решается путем того, что в способе определения расстояния до объекта посредством цифровой фотокамеры указанную фотокамеру с известным фокусным расстояниемнаправляют в сторону исследуемого объекта, совмещают перекрестие объектива, жестко соединенного с фотокамерой коллиматора, оптическая ось которого перпендикулярна оптической оси фотокамеры, с любым попавшим в поле зрения тест-объектом, получают первое цифровое фотографическое изображение исследуемого объекта, далее перемещают фотокамеру по горизонтали вдоль оптической оси коллиматора на заданное расстояние ,вновь совмещают перекрестие объектива коллиматора с тем же тест-объектом и получают второе цифровое фотографическое изображение исследуемого объекта, на полученных изображениях формируют по окну сканирования с одинаковыми координатами и размерамиипо горизонтали и вертикали соответственно, осуществляют сканирование одного окна относительно другого, вычисляют значение двумерной нормированной корреляционной функции (, ) в соответствии с выражением где ,- горизонтальное и вертикальное смещение одного изображения относительно другого соответственно 1 и 2 - сигнал окна сканирования первого и второго изображения соответственно 1, 2 по положению максимума указанной функции определяют величину горизонтального сдвигамежду указанными изображениями, а затем определяют искомое расстояние. до выделенной окном сканирования области объекта посредствомСвойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения расстояний, обусловленное тем, что обеспечивается параллельность оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений измеряемого объекта из двух точек, разнесенных в пространстве по горизонтали. Сущность способа измерений поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема измерителя расстояний на основе цифровой фотокамеры. Система содержит измеряемый объект 1, цифровую фотокамеру, состоящую из линзы 2 и фотоприемной матрицы 3, коллиматор 4, вычислительный блок 5, объект для юстировки 6. 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 6, попадающим в его поле зрения. С помощью цифровой фотокамеры на фотоприемной матрице 3 формируется первое цифровое изображение измеряемых объектов. Затем фотокамера передвигается в пространстве по горизонтали на расстояние . В этой точке также осуществляется юстировка оптической оси фотокамеры путем наведения перекрестия коллиматора на тот же объект. Это обеспечивает параллельность оптических осей фотокамеры в обеих точках измерений. После этого из второй точки формируется второе цифровое изображение измеряемых объектов. Полученные два цифровых изображения одних и тех же объектов поступают в вычислительный блок, где производится измерение расстояний по следующему алгоритму. На первом изображении формируется окно сканирования. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется и на втором снимке. Затем осуществляется сканирование одного окна относительно другого по горизонтали и вертикали, при этом вычисляется значение двухмерной нормированной корреляционной функции между выделенными изображениями в соответствии с выражением,, где 1 - сигнал окна сканирования первого изображения 2 - сигнал окна сканирования второго изображения ,- размер сканирующего окна по горизонтали и вертикали 1, 2 ,- смещение 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. Дальностьдо выделенной области -того объекта определяется из выражения,(3)где- перемещение фотокамеры,- фокусное расстояние фотокамеры. Аналогичным образом определяются расстояниядо всех объектов, попавших в поле зрения фотокамеры. Таким образом, за счет юстировки оптической оси фотокамеры с помощью коллиматора, оптическая ось которого перпендикулярна оптической оси фотокамеры, обеспечивается параллельность оптических осей фотокамеры при получении первого и второго изображений измеряемых объектов, за счет чего достигается повышение точности измерения расстояний. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.