Стереометрический способ определения координат поверхности объекта

Союз СвветсиикСвциалистичесииаРеспубпии ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 979854(23)Прноритет(5 )М. Кл, С О 1 С 11/26 Ъауаарстеинмй камктвт СССР ве делам кзабрвтеккЯ н открыткЯ(71) Заявитель дена Ленийа институт проблем управлен(5 Ь) СТЕРЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ПОВЕРХНОСТИ ОБЬЕКТА1Изобретение относится к автоматике, в частности робототехнике, и может быть использовано для автоматического сбора информации о рельефе местности.Известны способы автоматического измерения координат точек поверхности, основанные на измерении параллакса точек исследуемой поверхности при наличии базового расстояния между двумя измерительными блоками. Отличительной особенностью этих способов является необходимость автоматической идентификации измеряемых точек, т.е. отыскания двух соответствующих изображений одного измеряемого элемента поверхности 1 1.Недостатком известных способов является зависимость точности измерения от условий освещенности измеряе мого объекта и его отражающих свойств,Наиболее близким к изобретению является способ стереотелевиэионного измерения, в котором при введении искусственного подсвета элементов поверхности сканирующим лучом укаэанный недостаток устраняется.Суть известного способа заключается в том, что каждый измеряемый элемент исследуемой поверхности последовательно, один за другим, высвечивают узконаправленным световым лучом, пересекающим линию базиса стереосистемы в одной и той же точке, линейный параллакс каждой высвеченной точки измеряют в плоскости,проходящей через линию базиса и световой луч, а результаты измерения используют для вычисления пространственных координат поверхности измеряемого объекта Г 23Недостаток известного способа состоит в невысокой скорости процесса получения сигналов, несущих информацию о координатах поверхности.особенно при использовании электромеханического сканирования, что препятствует его использованию в тех979854ценный к выходу светОчувствительногоэлемента 1, и блок 6 управления, подключенный кисточнику 3 подсвета,светочувствительному элементу 1 иизмерительному блоку 5Источник 3 подсвета состоит из эле"ментарных излучателей, имеющих узкуюдиаграмму направленности и расположенных так, чтобы их центральные лучи при попадании на исследуемуюповерхность пересекались в оптическом центре 4 источника 3 подсвета.Кроме того, элементарные излучатели должны быть расположены так,чтобы при пересечении объема источника3 подсвета пучком плоскостей, вкоторых измеряется линейний параллакс высвеченных точек, в каждойплоскости сечения находился толькоодин элементарный излучатель.Светочувствительный элемент 1,выполненный в виде матрицы на приборе с зарядовой связью, имеет строчную структуру и расположен так. чтостроки его параллельны линии базисаи лежат на линиях пересечения светочувствительной матрицы с плоскостями линейного параллакса.Благодаря описанному расположениюэлементарных излучателей источникаподсвета и строксветочувствительно .го элемента в плоскости измерениялинейного параллакса каждой высве",ченной точки будут лежать элементарный излучатель, высветивший эту точку, и одна из строк светочувствительного элемента. Таким образом, накаждую строку светочувствительногоэлемента попадает информационный сигнал только от одной высвеченной точки, что обеспечивает возможность одновременной обработки стольких инфор.мационных сигналов, сколько строксодержится в светочувствительномэлементе, Это же условие определяети возможное количество одновременновысвечиваемых точек и, в конечномсчете, количество элементарных излучателей в источнике подсвета,Устройство работает следующимобразом,По команде от ЭВМ блок 6 управления формирует импульсы управления работой измерительного блока 5,источника 3 подсвета и светочувствительного элемента 1. При этомпроизводится включение элементарныхизлучателей источника 3 подсвета,лучи от которого, пройдя через олти5 9 198 ческий центр 4 источника подсвета, падают на исследуемую поверхность. Благодаря описанной геометрии взаимного расположения источника 3 подсвета и светочувствительного элемен- З та 1 на каждую из строк попадает по одной точке - изображению. Измерительный блок 5 производит считывание и обработку информации со светочувствительного элемента 1, 1 фНа чертеже показаны три прямоугольные системы координат Х У - связанная с источником 3 подсвета; Хп, У - связанная со светочувствительным элементом 1 и Х , У, Е - простран з ственная, связанная с измерителем координат, например с его объективомДля каждой из светящихся точек источника 3 подсвета и соответствующей ей освещенной точки светочув- Зв ствительного элемента 1 измерительный блок формирует тройку чисел (Уд, Хя, Х), Тройки чисел (У, Хп, Х), однозначно определяющих координаты точек, высвечиваеиых на поверх- фз ности, передаются в ЭВИ. В ЭВИ по известным фотограмметрическим формулам производится вычисление трех пространственных координат (Х,У,Л) всех точек исследуемой поверхности. Причем ЗО этот процесс вычислений существенно упрощается, так как координаты Х, У (элементарных излучателей можно заложить в ЭВИ в виде констант.Возможность одновреиенного высве- зз чивания нескольких точек с использо-. ванием всех излучателей и параллель,ная обработка информации от многострочного. светочувствительного элемента приводят к повыщению быстро в действия предлагаемого устройства. Особую важность положительный эффект быстродействия приобретает в том случае, если измерйтель используется на подвижной транспортной мащине, ,когда в процессе непрерывного переме-. щения обзорно-информационной системы 6относительно объекта измерения обра" зуются динамические искажения. В этом случае существенную роль играет одно. временность ввода всей информации, При использовании безинерционных светочувствительных матриц ПЭС с быстрым переносом зарядов в защищенную от света область время ввода информации может составлять доли микросекунды в соответствии с длительностью импульсов подсвета. Формула изобретенияСтереометрицеский способ определения координат поверхности объекта,включающий импульсное высвечиваниекаждой измерительной точки узконаправленным световым лучом, пересекающим линию базиса стереосистемыв одной и той же точке, измерениелинейного параллакса каждой высвеченной тоцки в плоскости, проходящейчерез линию базиса и световой луч,и вычисление пространственных коорди"нат измерительной точки, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью повыщения точности определения координат перемещающегося объекта, всеизмерительные точки высвечивают одновременно пучком световых лучей,причем в каждой плоскости измерениялинейного параллакса находится неболее одного светового луча.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Катыс Г.П. Оптические и информационные системы роботов-манипу"ляторов. "Иащиностроение", 1977,с.245-250.2Козлов Б.Л.,Лупицев Л.Н.,Орел Е.Н.,Ходарев Ю.К., Шаманов И.В.Об одном методе построения системыуправления самоходными аппаратами.Доклад на ХХ 1 конгрессе ИАФ, Констанца, 1971 (прототип).