Способ определения координат объекта в поле зрения и устройство для его осуществления

(19 1)5 6 06 К 17 О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТОБЪЕКТА В ПОЛЕ ЗРЕНИЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к обработке оптических изображений и прикладному телевидению и может быть использовано длясоздания систем технического зрения роботизированных комплексов. Цель изобретения - повышение точности способаопределения. координат объекта в поле зрения. Предлагаемый способ основан на реаИзобретение относится к обработке оптических изображений и прикладному телевидению и может быть использовано для создания систем технического зрения (СТЗ) роботизированных комплексов, работающих в оптическом диапазоне длин волн.Целью изобретения является повышение точности способа.На чертеже представлена оптическая схема устройства, реализующего способ определения координат.Устройство содержит первый источник 1 когерентного излучения, коллиматор 2, формирующий плоский фронт когерентного излучения, пространственно-временной лизации последовательности действий при корреляционном сравнении эталонных изображений с иэображением поля зрения и отличается регистрацией комплексно-сопряженного фильтра изображения поля зрения и одновременным сравнением с ним следующего кадра поля зрения системы и эталонных изображений объектов корреляционными методами, причем сравнение может. осуществляеться на различных длинах волн, Устройство для реализации способа состоит из первого источника излучения, первого коллиматора, пространственного модулятора света, первой Фурье-линзы, оеверсивного блока регистрации, второй Фурье-линзы, телевизионного датчика, второго источника излучения, второго коллиматора, транспаранта, содержащего эталонные иэображения, и анализатора корреляционных сигналов. 2 с. и 1 з.п,ф-лы, 1 ил. модулятор 3 света, осуществляющий модую ляцию излучения иэображениями поля зрения, Фурье-линзу 4, осуществляющую - ф прямое преобразование Фурье, реверсив- СЬ ный блок 5 регистрации, фурье-линзу 6, осущеотапяющую обратное преобрааоеание ); Фурье, телевизионный датчик 7, второй ис- д точник 8 когерентного излучения, второй коллиматор 9, формирующий плоский фронт излучения, транспарант 10, содержащий эталонные изображения, анализатор 11 корреляционных сигналов. Второй источник излучения установлен соосно с первым, Транспарант 10 установлен соосно с модулятором 3 света и характеризуется кольце 1721616вым расположением эталонных изображе- сигналов корреляционной плоскости опрений, Модулированные фронты излучений деляет наличие сигналов корреляции по источников 1 и 8 распространяются соосно трем последовательно применяемым прии пространственно разделены, а апертура знакам: поиск сигналов с максимальной амФурье-линзы не ограничивает апертуры 5 плитудой; поиск слабого сигнала в области, фронтов излучений. Длины волн излучений радиус которой определен разностью длин источников 1 и 8 в общем случае не совпа- волн основногоидополнительногоисточников; определение координаты сигнала сУстройство, реализующее способ апре- максимальной амплитудой на данном раделения координат, работает следующим 10 диусе. Определение полярной координаты о разом.бразом. дополнительного сигнала однозначно опреКоллиматор 2 формирует плоский фронт деляет опознающий эталон, так как оптичеизлучения источника 1, Излучение делится ские оси основного и дополнительного амплитудно на предметный и опорный пуч- пучков совпадают и основной корреляционки. Предметный модулируется модулятором 15 ный сигнал находится на этой оси, После 3 исходным изображением поля зрения и из выделения опознающего эталона выделяетанного пучка формируется Фурье-линзой 4 ся часть дополнительного пучка, его содерданногспектр, который интерферируетс опорным жащая, стирается существующий ан пучком. Результат интерференции регист- реверсивной среде фильтр, формируется рируется блоком 5 регистрации, образуя со Фурье-спектр эталона линзой 4, который гласованный фильтр. Одновременно интерферирует с ранее сформированным формируется плоский фронт дополнитель- дополнительным опорным пучком и резульного излучения коллиматором 9, из которо- тат интерференции вновь регистрируется.го пространственным делением Полученный фильтр пространственно со(центральная часть) формируются дополни вмещается с существующим спектром по- тельный опорный и предметный кольцевой следующего кадра поля зрения системы, пучки, Предметный пучок модулируется Результат корреляционного сравнения транспарантом 10, Фурье-преобразующей Фурье преобразуется линзой 6 и корреляцилинзой 4 формируется Фурье-спектрэтало- онный сигнал считывается датчиком 7, а нов, который пространственно совмещает анализатор 11 определяет координаты объся с зарегистрированным фильтром, екта в поле зрения СТЗ во втором кадре,На модуляторе 3 формируется последу- Предлагаемый способ и устройство для ющий кадр изображения поля зрения систе- его реализации позволяют повысить достомы, им модулируется основной предметный верность получаемых результатов точность пучок и формируется Фурье-спектр линзой 35 определения координат) за счет увеличения 4, который пространственно совмещается с отношения сигнал/помеха в корреляционзарегистрированным блоком 5 фильтром. ной плоскости. Использование пространстТаким образом осуществляется корреляци- венно-временного разнесения сигналов онное сравнение двух спектров с фильтром, корреляции также повышает достоверность результатом которого является формиро определяемых координат.вание двух корреляционных сигналов - ос- Ф о р м у л а. и з о б р е т е н и я новного, с максимальной амплитудой, 1. Способ определения координат объопознавания всего поля зрения, и дополни- екта в поле зрения, заключающийся в тельного, с меньшей амплитудой, опознава- Фурье-преобразовании оптического сигнания одним эталоном объекта в исходном 45 ла объекта в поле зрения, модуляции преобполе зрения системы. При равенстве длин разованного сигнала согласованным волн источников направления распростра- фильтром эталонного изображения, обратнения основного и дополнительного корре- ном Фурье-преобразовании промодулированляционных сигналов совпадают, так как ного сигнала и определение координат восстанавливается основной опорный пу объекта по положению максимума коррелячок. При разных длинах волн угол распрост- ционного сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, ранения пучков корреляционных сигналов что, с целью повышения точности способа, определяется их разностью и положением предварительно формируют комплексноопознающего эталона в пространстве по от- сопряженный фильтр изображения поля ношению к оптической оси. 55 зрения, формируют оптические сигналыПосле выполнения обратного объекта в поле зрения и эталонных изоФурье-преобразования Фурье-линзой бражений объектов, формируют спектры 6 в ее фокальной плоскости формируются оптических сигналов их Фурье-преобкорреляционные ие сигналы, считываемые те- разованием, модулируют спектральные левизионным датчикоматчиком 7. Анализатор 11 составляющие оптических сигналов комп1721 б 16 оставитель С, Бабкиехред М,Моргентал ектор М, Шарош Редактор пт аз 954 ВНИИП Тираж Подписноеударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 ат лексно-сопряженным фильтром, формируют оптические сигналы обратным Фурье- преобразованием, выделяют объект по максимальной суммарной амплитуде корреляционных сигналов от изображения поля 5 зрения и от одного из эталонных изображений и формируют согласованный фильтр эталон ного изображения, соответствующий выделенному объекту.2. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я 10 тем, что корреляционные сигналы для изображения поля зрения и эталонных изображений формируют на разных длинах волн.3. Устройство для определения координат объекта в поле зрения, содержащее по следовательно расположенные оптически связанные первый источник излучения, первый коллиматор, пространственно-временной модулятор света, первую Фурье-линзу,Ы Производственно-издательский ком реверсивный блок регистрации, вторую Фурье-линзу и телевизионный датчик, а также анализатор корреляционных сигналов, вход которого соединен с выходом телевизионного датчика, а выход является информационным выходом устройства, при этом выход первого коллиматора оптически связан с входом реверсивного блока регистрации, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены последовательно расположенные оптически связанные второй источник излучения, второй коллиматор и оптический транспарант в виде библиотеки эталонных изображений, выход, которого оптически связан с входом первой Фурье-линзы, при этом выход второго коллиматора оптически связан с входом реверсивного блока регистрации.