Способ автоматического определения координат точек наблюдаемых объектов

921307 Изобретение относится к областифотограмметрии и может быть реализовано в автоматических стереофотограмметрических приборах, а также вобзорно-информационных системах автономных кибернетических устройств.Известен способ, по которомудля определения расстояния до некоторой точки наблюдаемого объектаизмеряют относительное смещение(параллакс) идентичных точек на стереапаре. При автоматическом изМерении координат .точек наблюдаемыхобъектов с помощью стереосистем устанавливают соответствие (идентификацию) между изображениями точекнаблюдаемых объектов на разныхстереокадрах Г 1 1Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является способ автоматического измерения координат точек наблюдаемых объектов Г 22, в котором, идентичность двухточек на стереопаре устанавливаютпутем сравнения их яркостей. Приэтом производят стереосъемку объекта с помощью двух телекамер, главныеоптические оси которых перпендикулярны базису и параллельны между со. бой. Полученные с помощью такой Системы два стереокадра ориентированыодин относительно другого такимобразом, что имеющиеся на каждом йэних идентичные точки лежат на одной прямой, параллельной базисусъемкиДля. установления идентичности точек изображения правого илевого кадров достаточно испольэовать одну полосу, из каждого кадра.Эти полосы (соответственнные) должныбыть ориентированы параллельно базису и расположены на одной координате, отсчитываемой от центракадра в направлении, перпендикулярном к ним.Идентификацию осуществляют путем определения разности яркостейдвух точек изображения, каждая из.которых выбирается с одной иэ двухсоответственных полос,Однако в тех случаях, когда на- .блюдаемый объект имеет разрывывидимой поверхности или крутые уклоны в направлении наблюдения,видеоинформация, содержащаяся вдвух стереокадрах, недостаточнадля определения формы и положенияобъекта, так как при этом на одном.кадре стереопары наблюдаются .точки,отсутствующие на другом, Видеоин, Формация, соответствующая такимфместам, может быть обработана различными эвристическими методами, ноони имеют слабую помехозащищенность и не могут работать в реальных услониях,Целью изобретения является обеспечение возможности определения каор. 2г динат точек наблюдаемых объектой,имеющих в направлении обзора крутыеуклоны или разрывы видимой поверхности5Поставленная цель достигается темчто по .способу автоматического определения координат точек наблюдаемыхобъектов, включающему проведениестереосъемки объекта идентичнымипроектирующими системами, главные 10 оси которых перпендикулярны базисуи параллельны между собой, делениекаждого стереокадра на равное числополос, параллельных базису, выборкуиэ каждого стереокадра соответствен ной полосы, расположенной на однойи той же координате, отсчитываемойот центра кадра в направлении, перпендикулярном полосам, определениесреднего абсолютного отклонения яркостей точек, принадлежащих соответственным полосам разных стереокадров,сравнение его с заданным пороговым ототклонением и вычисление координатточек наблюдаемых объектов, стереосъемку объекта осуществляют много стереопарной с общего прямолинейного базиса, объединяют соответственные.полосы стереокадров в однугруппу, .располагая их параллельнодруг другусо взаимным:смещением на ЗО расстояния, пропорциональные расстояниям между центрами проектирующихсистем, Формируют число групп по"лос, равное числу полос в стереокадре, располагая группы так, чтобы 35 полосы всех групп были параллельны,а порядок расположения групп соответствовал порядку расположения полосв стереокадре, сканируют полученноевторичное изображение по строкам, 4 О направленным под различными угламик полосам, выя(вляют отрезки строксканирования, на которых величинасреднего абсолютного отклонения яркостей точек не превосходит заданного порогового отклонения, апре"деляют углы наклона этих отрезковстрок сканирования к полосам и координаты точек пересечения отрезковстрок с полосами определенного кадра, а вычисление координат точекнаблюдаемых объектов осуществляют понайденным значениям углов и.координатточек пересечения.На Фиг.1 дана схема построениявторичного иэображения для одной 55 группы полос; на фиг.2 - схема отображения точек места разрыва видимойповерхности в точки, расположенныена полосах одной группы вторичногоизображения.Для доказательства указанного выше свойства параллакспанорамограммыи вывода Функциональных зависимостей,пространственных координат наблюдаемых точек от расположения отрезков 5 прямых, на которых лежат соответ, 921307 дбмакс 1 и мин О гр =к г,+дг Ж ИК (о, о(- сС) ствующие точки вторичного изобра" жения, введем три вида систем декартовых координат (см.фиг.1).1. Пространственная система координат 2(У 2Начало ее совпадает с одним из проектирующих центров, ось ОУ - с главной оптической осью этого проектирующего центра, оСь ОХ - с базисной прямой, а направле" ние оси 02 выбирается в соответствии с правой системой координат.2. Экранные системы координат стереокадров первичного иэображения. Начала их расположены в центрах соответствукщих кадров, за которые . приняты точки пересечения соответствующих главных осей с плоскостью стереоиэображений, Оси О; Х; параллельны базисной прямой, а оси О; Е перпендикулярны ей. Направление этих осей соответственно противоположно направлению осей ОХ и 02.3. Экранная система координат вторичного изображения. Начало ее совпадает с точкой вторичного иэображения, соответствукщей центру нулевого стереокадра, у которого проектирующий центр служит началом сис.тевва координат ХЧЕ . Ориентация. осей ОХр и ОЕр задается относительно полос соответствующей ориентации, осей ОХ; и О;2,Произвольно расположенная наблюдаемая точка М с координатами Хч 2 проектируется 1-м обьективом на соответствующий экран в точку т(,. с координатами. Х,.=е . (1) 2 фЕ - . ю (2)21где Ю - расстояние от оптическогоцентра до экрана;В; - смещение 1-го объектива пооси ОХ от начала координат.На вторичном изображении каждаяточка гз отобразится в точку е , скоординатамих:х,. +дг сФЫ (з) где д 2 - смещение полосы по оси гр,1относительно соответствующей полосы той же группы,выбранной из нулевого стереокадра;о( - угол заданного направленияотносительного смещенияполос одной группы;К - коэффициент изменения ко 2ординатИз условия расположения полос одной группы следуетдг.: к В (5) где КВ - масштабный коэффициент 7Эначения коэффициентов Кг и Копределяются нз условия отсутствия,взаимного перекрытия полос ширинойона вторичном изображении:, . центров;5 дЬ о, - взаимное расстояниемежду крайними проектиру.вщими, центрами;Н - число полос,. на котороеразбивается каждый сте " реокадр;и - число полос, выбираемыхиз каждого стереокадрадля построения вторич-ного изображения.Смещение изображения точки т 1.2 Относительно точки по по направлениюоси ОХрдх: х -х +дЕ. о+доС. (81оИз Фотограмметрии для используемой схемы проекции известно, чтоВ,1 о- Ч (92После подстановки формул (5), и;(8) и полученного результата в Фор" муле (9) можно найти АХ о дг; КВЧ +с (, О) учитывая, что дг; =дгр. и что отношение-.дХд рявляется котано/генсом угла р, наклона прямой, проходящей через точки в и т1 получимСФо В.:- + С 1 Ы . (М) . 1= ХВЧ Так как правая часть этой Формулы остается постоянной при переходе от одной точки изображения к дру.гой точке, т.е. не изменяется с изменением.индекса (, то этим доказывается, что все точки и . лежат на одной прямой с углом наклона ф.Следовательно, координата дальнос- Щ ти определяется по,известному углунаклона прямой, на которой расположены .соответствующие точкиОстальные координаты определяются, например, по координатам иэображения точки М на полосе, выбранной из нулевого стереокадра ( 1. О)ХХ-" - У . ИЗ)ро10Определение степени однотонности .точек изображения на отрезке прямой производят, сравнивая среднее абсолютное отклонение яркости точек с , заданным пороговым отклонением Е 15а =В,.-В ьВ(1 Й где 9; - яркость 1 й точки) ",р9 р- средняя яркость и точек.Для однознаяного определения отрезка проверяется отклойение его средней яркостиот средней яркости Ь параллельного отрезка соседней строки:В -В" СМ, (Ь)где,Л - заданное пороговое отклоне-;ние, 30Для двух точек иэображения сред-,няя яркость будет асср=-,.Ь"2)35и среднее абсолютное отклонение 1т.е. в этом случае юбс. сводится к 49 абсолютному значению разности.яркое" тей, что и используется в способе,.принятом за прототип.Таким образом, по способу автоматического измерения координат точек наблюдаемых объектов .произ водят многостереопарную сьемку объекта с общего прямолинейного базиса, При этом все проектирукщие системы должны быть. одинаковы, а их главные ,щ оси перпендикулярны базису съемки и параллельны между собой. Раэби" вают каждыйстереокадр на равное.количество полос,.параллельных базису съемки Иэ каждогО стереокад ра выбирают по одной полосе, рао " положенной иа одной и той же координате, отсчитываемой от центра кадра в направении, перпендикулярном полосам и одинаковом для всех кадров. Выбраеще таким образом полосы 40 объединяют в одну группу, располагая их параллельно друг другу с относительным смещением полос взаданном направлении на расстояния, пропорциональные расстояниям между Я центрами тех проектирующих систем; с. помощью которых были получены содержащие эти полосы стереокадры. Число таких групп должно соответствовать числу полос в одном стерео" кадре. Из них.составляют вторичное иэображение, располагая в нем груп-. пы полос так, чтобы их полосы были параллельны, а порядок расположения групп соответствовал порядку расположения полос, выбранных из одного стереокадра, внутри этого кадра. Затем сканируют это изображение по строкам, направленным под различными углами к полосам. Определяют среднее абсолютное отклонение яркостей на отрезках строк сканирования, ;пересекающих полосы одной группы. Для тех отрезков, в которых укаэанные отклонения не превосходят за-. данного порогового значения, находят углы их наклона и координаты одной . иэ этих точек, например точки пере. сечения с полосой, выбранной из стереокадра с нулевым номером, и используют найденные значения для определения пространственных коорди. нат наблюдаемых точек по формулам (12, 13, 14).Эффективйость способа проявля-. ется в случаях съемки физических тел с разрывом видимой поверхности, или на участках с крутыми уклонами в направлении съемки. Следует. отме-, тить, что именно эти места видимых поверхностей важны для последующего анализа,"позволяющего определить форму и положение снимаемых объектов. Кроме:того, из-за наличия шумов при считывании видеосигналов равенство яркостей можно определить только с некоторой погрешностью, что приводит к размыванию границ на. блюдаемых поверхностей и возмож-, ности появления ложно идентифицированных точек изображений, т.е. таких точек иэображений, которые соответствуют двум различным точкам объекта, имеющим приблизительно одинаковые яркости. Влагодаря много. стереопарной съемкевероятность ложных идентификаций резко снижается и детальнее выявляются резервы и края видимых поверхностей.На фиг.2, показана: схема проектирующих лучей, проходящих через центры 02-02, для случая съемки некоторой поверхности с участком видимого разрыва, на котором указаны характерные точки 4, В и С которым соответствуют на полосах вторичного изображения точки (с-,г с- о ф.с 2)(Ъ,Ъ Ь,) и .(с С, С, С 2 )., Иэ. чертежа видно, что по способу, принятому за про. тотип, в котором используется толь- кодва стереокадра и, следовательно, две соответственных крайнихполосы показанной группы, можно оп . ределить только координаты точкиА к точек, лежащих правее С и левее А, но,невозможно определить ко".ординаты точек на участке 6 С, таккак нх изображений нет на левомстереокадре. Следовательно наибольший уклон видимой поверхностиотносительно плоскости стереокадров,который при этом может быть найден , определяется углом АО 2 Оо. Болеекрутые уклоны и разрыв видимой. поверхности невозможно различить,пользуясь известными способамиПрименение: способа позволяет выявитьподробнее детали поверхности:. величину укЛона или глубину разрыва, Соответствукщие точкам А., В.к. С изображения (а.-2,а 1 ао Йю аг ф(Ъд, Ь, Ь) и (сС с, с ) лежатна отрезках прямас с различивши уг-лаМи наклона. Отрезки Ъ - Ь 2 ио , В 1-. с 2 пересекаются с отрезкома 2- а 2 т.е,. скачкообразное изме: нение наклонов соседних отрезков,которое и показывает разрыв види" :мой поверхности, причем по величине изменения наклона можно определить глубину разрыва. В случае Кру"того уклона наблюдаемой поверхнос( ти на вторичном изображении иаблюдаетсяфвеер 1. наклонных полос, образуемых изображениями снятых точек. По углам расходимости веераможно судить о степени уклона.Таким образом, при исследованииобъектов предлагаемый способ позволя.ет автоматически детально исследо- .5 вать поверхности физических тел, втом числе в местах разрыва кли крутых уклонов видимой поверхности иуменьшить эффект ф 1 раэмаэыванкя-ф 1краев наблюдаемых поверхностей к 10 вероятность ложных идентификаций.на блюдаемых точек.Способ может быть сравнительнопросто реалиэовай с помощью извест-ных.технических средств. Например, 5 для получения вторичного нэображе"ния могут быть использованы волоконно-оптические элементы. Плоскиеленты из таких элементов должны бытьрасположены так, чтобы их начальныеторцовые части находились в экран-, .ной плоскости стереокадров, на мес.те выбираемах строк, а концевые части были собраны в общкй коллектор всоответствик с предлагаемым спосоз 5 бом. Способ может быть использован всистемах технического,зрения робо"тов и подвижных аппаратов. Он может.ЗО,быть также применен при анализестереоизображений,полученных присъемке с. коемических аппаратов..Демчи аказ 8 лиал ППП фПатентф, г. Ужгород, Ул. Проектная, 4 5/4 Тираж 602 ВНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, %-35, Рауш