Измеритель расстояний на цифровой фотокамере

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАССТОЯНИЙ НА ЦИФРОВОЙ ФОТОКАМЕРЕ(71) Заявитель Белорусский государственный университет(72) Авторы Козлов Владимир Леонидович Кузьмичев Илья Романович(73) Патентообладатель Белорусский государственный университет(57) Измеритель расстояний на цифровой фотокамере, содержащий цифровую фотокамеру,блок процессора, соединенный с блоком индикации, отличающийся тем, что в него введены контроллер, выход которого соединен с блоком процессора, а вход соединен с цифровым выходом фотокамеры, и блок перемещения, соединенный с контроллером при этом в блоке процессора размер сканирующего окна выполнен так, чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов объекта была меньше инструментального разрешения по дальности, в блоке процессора сдвиг между изображениямиопределен по положению максимального значения двухмерной нормированной корреляционной функции, а дальностьдо выделенной области -го объекта определена из выражения,где- перемещение фотокамеры,- фокусное расстояние фотокамеры при этом высотаи ширина-го объекта определены из выраженийН,,где ,- размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно.(56) 1. Патент РФ 2381521, МПК 01 11/00. Способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям. 2009. 2.5432594, МПК 01 3/00. 1995. Полезная модель относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для измерения дальности и линейных размеров объектов по их цифровым фотографическим изображениям. Известен способ измерения дальности и линейных размеров объектов по их телевизионным изображениям 1, основанный на формировании двух ТВ-изображений с помощью ТВ-камер, разнесенных между собой на известное расстояние. Недостатками такой системы являются малый диапазон измеряемых расстояний и невысокая точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому устройству является измеритель расстояний 2,содержащий две цифровые фотокамеры, соединенные с блоком процессора и блоком индикации. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями объекта,при этом необходимо знать расстояние между фотокамерами и фокусное расстояние объективов камер. Недостатком этого устройства является низкая точность измерений дальности, обусловленная неоптимальным выбором окна сканирования, возможным различием фокусных расстояний камер, яркости и контрастности изображений на фотоприемных матрицах. Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в повышении точности измерения расстояний. Поставленная задача решается путем того, что в измеритель расстояний на цифровой фотокамере, содержащий цифровую фотокамеру, блок процессора, соединенный с блоком индикации, введены контроллер, выход которого соединен с блоком процессора, а вход соединен с цифровым выходом фотокамеры, и блок перемещения, соединенный с контроллером при этом в блоке процессора размер сканирующего окна выполнен так, чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов объекта была меньше инструментального разрешения по дальности, в блоке процессора сдвиг между изображениямиопределен по положению максимального значения двухмерной нормированной корреляционной функции, а дальностьдо выделенной области -го объекта определена из выражения,где- перемещение фотокамеры,- фокусное расстояние фотокамеры при этом высотаи ширина-го объекта определены из выраженийН,,где ,- размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно. Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, - это повышение точности измерения расстояний, обусловленное тем, что за счет выбора оптимального размера сканирующего окна достигается максимальное значение корреляционной функции, а следовательно, повышается точность определения сдвига между изображениями. Так как вычисляется двухмерная корреляционная функция и осуществляется ее нормировка, то устраняется влияние на точность измерения различия яркости и контрастность обоих изображений. Так как два изображения формируются с помощью одной фотокамеры, отсутствует влияние на точность измерений различия чувствительности фотоприемных матриц и разницы фокусных расстояний камер. 2 75022011.08.30 Сущность полезной модели поясняется с помощью фигуры, на которой представлена функциональная схема измерителя расстояний 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. Измеритель расстояний работает следующим образом. 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 , и из этой 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 разность расстояний до отдельных фрагментов выделенного объекта была меньше инструментального разрешения по дальности. Если поверхность объекта является плоскостью, перпендикулярной горизонтали и оси наблюдения, то все точки плоскости будут находиться на одинаковом расстоянии от фотокамеры. Если предмет имеет объемную форму, то необходимо на нем выделить соответствующую плоскую поверхность. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется и на втором снимке. Затем в процессоре 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(1 (, )1 )( 2 (,)2 )(, ), ( , ),, где 1 - сигнал окна сканирования первого изображения 2 - сигнал окна сканирования второго изображения ,- размер сканирующего окна по горизонтали и вертикали соответственно ,- сдвиг по горизонтали и вертикали соответственно, 1 ,2 - средние значения сигнала в первом и втором окне сканирования соответственно 1, 2. Из приведенного выражения следует, что сканирование осуществляется по горизонтали и вертикали, что компенсирует возможное отклонение расположений фотокамеры от горизонтальной линии. По положению максимального значения нормированной корреляционной функции (1) определяют сдвиг между изображениями 21. 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,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, ширину объектаи высотуопределяют из выраженийН,. 75022011.08.30 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 выбора соответствующего размера сканирующего окна и вычисления двухмерной нормированной корреляционной функции достигается повышение точности измерения расстояний в результате анализа двух цифровых фотографических изображений, полученных с двух точек пространства, разнесенных по горизонтали на известное расстояние. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.