Устройство для получения цифровой модели рельефа

(19) а) Ь 01 С. 11 0 ОПИСАН ТЕН ИЗОБ АВТОРСКОМУ С 8 ЕЛЬСТ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленина институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА, содержащее оптическую систему, в плоскости изображения которой установлена фотоприемная матрица, выполненная в виде совокупности а идентичных Фотоприемных линеек, состоящих из и фоточувствительных элементов, и запоминающий блок, о т л и ч а ющ е е с я тем что, с целью увеличения производительности процесса полу" чения цифровой модели рельефа, в него введены импульсный генератор, последовательно соединенный с двоичным счетчиком, и блок анализа, состоящий из в идентичных интегральных схем, в каждую из. которых входит (и) дифференциальная схема, (и"1) пороговое устройство, (и"2) элемента И, (и"2) вентильные схемы, (и) двоичных регистра и вычислительный блок, причем каждая интегральная схема соединена с одной из Фотоприемных линеек так, что выходы каждого -го и (1+1)-го фото" чувствительных элементов подключены к входам 1"й дифференциальной схемы, выход которой подключен к входу 1"го порогового устройства, единичный выход которого соединен с входом "го элемента И, нулевой - с входом (1-1)-го элемента И а выход,1-го эле-е мента И подключен к разрешающему входу 1-й вентильной схемы, при этом .: вход каждого 1-го двоичного регистра подключен к выходу 1-й вентильной схе- Смы, а его выход. - к входу (1+1)"й вентильной схемы, вход первой вен" тильнои схемы соединен с выходом двоичного счетчика, выход (и)-й вен", тильной схемы соединен с одним вхо" .дом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом двоичного счетчика, а выход подключен к запо- .,(а 3 е 1 ,минающему .блоку.МИзобретение относится. к фотограмметрии, а именно к устройствам для измерения пространственных координатточек объекта сложной формы Известно устройство, содержащееоптическую систему, блок фотографи".рования изображения объекта и запоминающий блок 1 .В устройстве исследуемый объект 10фотографируют, по полученным стереоснимкам с учетом элементов внутрен"него и внешнего ориентирования оптической системы определяют пространственные координаты точек объекта. 15Кроме того, известны устройства,содержащие оптическую систему, в плоскости изображения которой установленафотоприемная матрица 2 .Недостатками известных устройств 20являются сложность процесса определе"ния пространственных координат точекобъекта, так как он включает получение стереоснимков, их. взаимное ориентирование и разпоэначение на стереоснимках идентичных точек, и низкаяпроизводительность процесса,Цель изобретения - увеличение производительности процесса полученияцифровой модели рельефа. 36Поставленная цель достигается тем,что в устройство для получения цифро"вой модели рельефа, содержащее опти"ческую систему, в плоскости иэображения которой установлена фотоприемная матрица, выполненная в.виде совокупности щ фотоприемных линеек, состоящих из и фоточувствительных элементов и запоминающий блок, введеныимпульсный генератор, последовательно 40соединенный с двоичным счетчиком, иблок анализа, состоящий иэ щ идентичных интегральных схем, в каждую изкоторых входят (и) дифференциальнаясхема (и) пороговое устройство,(и) элемента И,. (и) вентильныесхемы, (и 3) двоичных регистра и вычислительный блок, причем каждая ин"тегральная схема соединена с однойиз Фотоприемных линеек так, что выхо"ды каждого 1"го и (+1)-го фоточувствительных элементов подключены к вяодам 1-й дифференциальной схемы, выход которой подключен к входу 1-гопорогового устройства, единичный .выход которого соединен с входом 1-. го55элемента И, нулевой " с входом(1-1)го элемента И, а выход 1-гоэлемента И подключен к разрешающему входу 1-й вентильной схемы, при этомвход каждого 1"го двоичного регистраподключен к выходу 1-й вентильной схемы, а его выход - к входу (1+1)-йвентильной схемы, вход первой вен".тильной схемы соединен с выходом двоичного счетчика, выход (и"2)-й вен" .тильной схемы соединен с одним входом вычислительного блока, второйвход которого соединен с выходом дво"ичного счетчика, в выход подключен кзапоминающему блоку.На фиг. 1 представлена общая Функ."циональная схема устройства; на фиг.2 логическая схема блока анализа.Устройство содержит оптическую систему 1, фотоприемную иатрицу 2, выполненную в виде ряда идентичных фотоприемных линеек; блок 3 анализа, импульсный генератор 4 двоичный счет-.чик 5 и запоминающий блок. 6,Логическая схема блока анализа 3(фиг. 2) содержит ряд дифференциальных схем 7, пороговые устройства 8,логические элементы И 9, вентильныесхемы 10 ряд двоичных регистров 1.1и вычислительное устройство 12, и показаны связки блока 3 анализа с линейкой фоточувствительных элементов13, двоичным счетчиком 5 и запоминаю"щим блоком 6. Изображение исследуемого объекта ,с помощью оптической системы 1 3 (фиг. 1) строится на поверхности фо" топриемиой матрицы 2, которая вместе с оптической системой перемещается прямолинейно и параллельно плоскости изображения. При этом точки иэображения движутся относительно фотоприемной матрицы вдоль параллельных пря" мых а скорости их зависят от расстоя ний л от соответствующих точек объек та до передней главной плоскости оп" тической системы. Эта зависимость имеет видч г(1)ч., Ргде ч " скорость перемещения устройст ва относительно иссле"дуемого объекта;ч " скорость перемещения точки1.изображения; .г - удаление соответствующей точки объекта;Г фокуСное расстояние объекта.скорости точек изображения равнычТ3. . 10166где . - линейный размер поля зренияоптической : системы в направлении движения;Т - время прохождения точки изоб"ражения через поле зрения оп" .тической системы.С помощью блока 3. анализа выделяютконтурные точки изображения и опре":деляют их скорости чили время Т, Закоторое различные контурные точки . епроходят через поле зрения оптической .системы и по Формуле- - Г" Топределяют удаление точек объекта от зглавной плоскости оптической системы.Величины а для каждой контурной, точки" записывают на запоминающий блок 6,в результате чего в нем Формируетсяцифровая модель рельефа пространстаенного объекта, в которой сами вели"чины представляют одну координату точек объекта, а адреса этих величин в: зацоминающем устройстве несут информаци о двух других координатах то" 2 Зчек пространственного объекта.Выделение контурных точек и оп"ределение их скоростей осуществляетсяследующим образом,Импульсы, вырабатываемые импульсным генератором 4, поступают на двоичный счетчик 5,: увеличивая находящийся на счетчике код на единицу. Такимобразом, в каждый момент на счетчике. находится код времени, единицей, изме"рения которого является период импульсного генератора.Сигналы с .выходов Фоточувствительных элементов 14 и 13 (фиг. 2) посту"пают на входы дифференциальных схем 7,выходной сигнал которых пропорциона"лен абсолютной величине разности входных сигналов и, следовательно, пропорционален разности освещенностейсоседних фоточувствительных элементов13 и 14. Выходные сигналы с дифферен-:циальных схем 7 поступают на входыпороговых устройств 8, устанавливающихся в единичное состояние, когдавходной сигнал превышает определенную пороговую величину, и в нулевоесостЬяние в противном случае. Такимобразом, там, где имеет место большоРперепад яркости изображения вдоль линейки Фоточувствительных элементов,т.е. в контурных точках, пороговые ззустройства 8 устанавливаются в единичное состояние. В единичном состоя"нии на единичных выходах пороговых . 72 . 4..Устройств 8, обозйаченных насхемецифрой Ф., Устанавливаются потенциалы "1", а на нулевых, обозначенйыхцифрой "0" - потенциалы "0" .(в нулевом состоянии наоборот). Каждая парасоседних пороговых устройств 8 и 15подключена разноименными выходами клогическому элементу И 9, на выходекоторого устанавливается потенциал"1" тогда и только тогда, когда .обавходных сигнала имеют потенциал Ч".Вследствие этого никакие два сосед"них элемента И 9 и 16 не могут од"новременно иметь единичный выходнойсигнал. Единичный сигнал с выходаэлемента И поступает на разрешающийвход вентильной схемы 1 О. В этом случае код, находящийся на счетчике 5,подключенном к входу вентильной схемы,поступает на регистр 11, подключенный к выходу вентильной схемы 10. Пусть изображение исследуе его объекта перемещается относительно фо" точувствительных элементов каждой линейки в направлении, указанном на Фиг, 2 стрелкой, При появлении на Фо- . точувствительной поверхности контурной точки пороговое устройство С устанавливается в единичное состояние, тогда как пороговое устройство 15 еще находится в нулевом состоянии, Элемент И 9 единичным потенциалом открывает вентильную схему 10 и код, нахо- . дящийся на двоичном счетчике, перено" сится на регистр 11, При дальнейшем перемещении контурной точки по линей" ке Фоточувствительных элементов этот же код аналогичным образом переносится на регистр 17, и т.д, до (и) ре" гистра 18. Таким образом, вместе с движущейся точкой переносится код вре" мени появления контурной точки на Фоточувствительной поверхности. При достижении контурной точкой конца фотоприемной линейки этот код поступает а вычислительное устройство 12, где он вычитается.из увеличившегося к этому времени кода, находящегося на счетчике 5 Полученная разность кодов равна количеству импульсов К, выработанных импульсным генератором за время перемещения контурной точки по строке Фоточувствительных элементов 13 и 14. Время перемещения Т контур-. ной точки определяется выражением5 . 10166 где К - разность кодов на входах устройства 12;1 - частота импульсного генератора 4.Откуда удаление соответствующей точки объекта от главной плоскости оптической системы в соответствии с формулой.(3) будет1/оСкорость ч не обязательно должна быть постоянной. Необходимо только, чтобы частота импульсного генератора 4 была пропорциональна,ей:Г= оч, . (6) 5 где о - коэффициент пропорциональнос" ти, равный количеству импульсов, выработанных генератором 4 при перемещении устройства на единицу длины. В этом случае количество импульсов К, 20 выработанных генератором 4 за время прохождения контурной точки изебражения по строке Фоточувствительных элементов 13 и 14 не зависит от скорости ч ц удаление г определяется по форму ле, в которую не входит скорость перемещения устройствак=а кГо1где С - постоянная величина. 72 6Вычйсление расстояний от главнойплоскости объектива 1. до точки объек-,та по Формуле (7) осуществляется ввычислительном устройстве 12, с вы-хода которого полученные величины поступают в запоминающий блок 6.. Итак, изобретение позволяет получать цифровую модель рельефа пространственного объекта в реальном времейи, т,е, в процессе перемещения устройства относительно исследуемогообъекта. Если скорость перемещенияустройства равна 500 м/с, а масштабиэображения, сформированного оптической системой 1:10000, то цифровая модель рельефа объекта, соответствующе-,го изображению 3030 см 2 будет получена за 6 с, тогда как время обработки стереопары снимков формата 23 км 6 см 2 с целью получения информациио рельефе объекта на цифровой автоматической картосоставительской системеОАМСЗ фирмы 1 ВМ составляет около часа. Таким образом, изобретение обеспечивает многократное увеличение производительности процесса определенияпространственных координат точекобъектаОн может быть использованпри автоматическом получении топографических карт местности, для контроляповерхностей сложной формы в технологии, в медицине и т,п,