Устройство для получения цифровой модели рельефа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D G 01 С. 11 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3241461/18-10 (22) 03.02.81 (46) 07.05.83. Бюл. и 17 (72) Г.Г. Сычев (71) Московский ордена Ленина институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии (53) 528.711.7(088.8) (56) 1. Бобир Н. Я. и др.. Фотограм метрия. M., "Недра", 1974, с. 98-99

2. Полупроводниковые формирователи сигналов, изображения. lEep. с англ. под ред. Сурина P.À. М., "Мир", 1979, с. 499-501 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОЙ МОДЕЛИ РЕЛЬЕФА, содержащее оптическую систему, в плоскости изображения которой устанорлена фотоприемная матрица, выполненная в виде совокупности m 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 получения цифровой модели рельефа, в него введены импульсный генератор, последовательно соединенный с двоичным счетчиком, и блок анализа, состоящий из m

„„SU„„1016672 А идентичных интегральных схем, в каждую из- которых входит (и-1) дифференциальная схема, .(и-1) пороговое устройства, (и-2) элемента И, (n-2) вентильные схемы, (n-3) двоичных регистра и вычислительный блок, причем каждая интегральная схема соединена с одной из Фотоприемных линеек так, что выходы каждого i-го и (i+1)-го фото" чувствительных элементов подключены к входам i-й дифференциальной схемы, выход которой подключен к входу 1-го порогового устройства единичный выход которого соединен с входом i"ro элемента И, нулевой - с входом (i 1)-го элемента И а выход,i ãî эле-

1 е мента И подключен к разрешающему входу 1-й вентильной схемы, при этом .: вход каждого 1-го двоичного регистра подключен к выходу 1-é вентильной схе- С мы, а его выход. - к входу (i+1)-й вентильной схемы, вход первой вен" тильной схемы соединен с выходом двоичного счетчика, выход (n-2)-й вен", тильной схемы соединен с одним exo" .дом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом двоичного © счетчика, а выход подключен к запо- .,:Ж ,минающему блоку.

Ь4

1 1 016672 2

Изобретение относится. к фотограмметрии, а именно к устройствам для измерения пространственных координат точек объекта сложной формы.

Известно устройство, содержащее оптическую систему, блок фотографи- t .рования изображения объекта и запоминающий блок (1 j.

В устройстве:исследуемый объект 10 фотографируют, по полученным стереоснимкам с учетом элементов внутреннего и внешнего ориентирования оптической системы определяют пространственные координаты точек объекта. 15

Кроме того, известны устройства, содержащие оптическую систему, в плоскости иэображения которой установлена фотоприемная матрица (2 ).

Недостатками известных устройств 20 являются сложность процесса определения пространственных координат точек объекта, так как он включает получение стереоснимков, их, взаимное ориентирование и раэпоэначение на стерео- 25 снимках идентичных точек, и низкая производительность процесса.

Цель изобретения - увеличение производительности процесса получения цифровой модели рельефа. 30

Поставленная 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.в1»де совокупности m фотоприемных линеек, состоящих из и фоточувствительных элементов и запоминающий блок, введены импульсный генератор, последовательно 40 соединенный с двоичным счетчиком, и блок анализа, состоящий иэ m идентичных интегральных схем, в каждую из которых входят (n -1) дифференциальная схема (и-1) пороговое устройство, (и-2) элемента И,. (и-2) вентильные схемы, (и3) двоичных регистра и вычислительный блок, причем каждая интегральная схема соединена с одной из фотоприемных линеек так, что выхо" ды каждого i"ro и (i+1)-ro фоточувствительных элементов подключены к вяодам i-й дифференциальной схемы, выход которо" подключен к входу i ro порогового устройства, единичный .выход которого соединен с входом i-. ãî

5S элемента И, нулевой " с входом (i-1)ro элемента И, а выход i-ro элемента И подключен к разрешающему входу i-й вентильной схемы, при этом вход каждого i-ro двоичного регистра подключен к выходу 1-й вентильной схе-. мы, а его выход - к входу (i+1)-й вентильной схемы, вход первой вен-. тильной схемы соединен с выходом двоичного счетчика, выход (и-2)-й вен- . тильной схемы соединен с одним входом вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом дво" ичного счетчика, в выход подключен к запоминающему блоку.

На фиг. 1 представлена общая функ.циональная схема устройства; на фиг.2логическая 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, вентильные схемы 16, ряд двоичных регистров 1.1 и вычислительное устройство 12, и показаны связки блока 3 анализа с линейкой фоточувствительных элементов

13, двоичным счетчиком 5 и запоминаю" щим блоком 6.

Изображение исследуемого объекта ,с помощью оптической системы (1 g (фиг. 1) строится на поверхности фотоприемной матрицы 2, которая вместе с оптической системой перемещается прямолинейно и параллельно плоскости иэображения. При этом точки иэображения движутся относительно фотоприемной матрицы вдоль параллельных прямых, а скорости их зависят от расстоя ний z от соответствующих точек объек та до передней главной плоскости оптической системы. Эта зависимость имеет вид

v z (1) ч, Р где ч " скорость перемещения устройства относительно исследуемого объекта; ч - скорость перемещения точки

1. изображения; .

z - удаление соответствующей точки объекта;

F фокуСное расстояние объекта.

Скорости точек изображения равны ч -i

Т (2) (4) К.

Т = —.с

f 3 - .- 10166где L - -линейный размер поля зрения оптической : системы в направлении движения;

Т - время прохождения точки изоб" ражения через поле зрения on" . тйческой системы.

С пюмощью блока 3. анализа выделяют контурные точки изображения и опре-: деляют их- скорости ч или время Т, За которое различные контурные точки 1ф проходят через поле зрения оптической системы и по формуле

2 " Р— Р(3)

v определяшт- удаление точек объекта от 1S главной плоскости оптической системы.

Величины z для каждой контурной. точки

" записывают на запоминающий блок 6, в результате чего в нем формируется цифровая модель рельефа пространстаенного объекта, в которой сами величины представляют одну координату точек объекта, а адреса этих величин в

: зацоминающем устройстве несут инфор. маци» о двух других координатах точек пространственного объекта.

Выделение контурных точек и определение их скоростей осуществляется следующим образом.

- Импульсы, вырабатываемые импульс- Е ным генератором 4, поступают на двоичный счетчик 5,: увеличивая находящийся на счетчике код на единицу. Таким образом, в каждый момент на счетчике ..находится код времени единицей. изме1

И рения которого является период импульсного генератора.

Сигналы с .выходов фоточувствительных элементов 14 и 13 (фиг. Я) поступают на входы дифференциальных схем 7, выходной сигнал которых пропорционален абсолютной величине разности входных сигналов и, следовательно, пропорционален разности освещенностей соседних фоточувствительных элементов

13 и l4. Выходные сигналы с дифферен-

:циальных схем 7 поступают на входы пороговых устройств 8, устанавливающихся в единичное состояние, когда входной сигнал превышает определенную пороговую величину, и в нулевое состЬяние в противном случае-. Таким образом, там, где имеет место большоР перепад яркости изображения вдоль линейки фоточувствительных элементов, т.е. в контурных точках, пороговые устройства 8 устанавливаются в единичное состояние. В единичном состоя" нии на единичных выходах пороговых .

72 . 4. . устройств 8, обозйаченных на схеме цифрой "1"., устанавливаются потен.циалы "1", а на нулевых, обозначенйых цифрой "0" - потенциалы "0" .(в нуле-. вом состоянии наоборот). Каждая пара соседних пороговых устройств 8 и 15 подключена разноименными выходами к логическому элементу И 9, на выходе которого устанавливается потенциал

"1" тогда и только тогда, когда .оба входных сигнала имеют потенциал Ч".

Вследствие этого никакие два сосед" них элемента.. И 9 и 16 не могут одновременно иметь единичный выходной сигнал. Единичный сигнал с выхода элемента И поступает на разрешающий вход вентильной схемы 10. 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 фоточувствительных 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 lO и код, находящийся на двоичном счетчике, переносится на регистр 11. При дальнейшем перемещении контурной точки по линейке фоточувствительных элементов этот же код аналогичным образом переносит- . ся на регистр 17, и т.д. до (и-3) регистра lB. 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 выражением

- к=а к

F о (7) Зо

I где С - постоянная величина.

5 . 10166 где К - разность кодов на входах устройства 12;

t - частота импульсного генератора 4.

Откуда удаление соответствующей точки объекта от главной плоскости оптической системы в соответствии с формулой.(3) будет

1/ о

Скорость v не обязательно должна быть постоянной. Необходимо только, чтобы частота импульсного генератора

4 была пропорциональна,ей:

Ц. ч, (6) 15 где оС - коэффициент пропорциональности, 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 и удаление z определяется по форму- 25 ле, в которую не входит скорость перемещения устройства

72 6

Вычйсление расстояний от главной плоскости объектива 1, до точки объекта по формуле (7) осуществляется в вычислительном устройстве 12, с вы- хода которого полученные величины поступают в запоминающий блок 6. . Итак, изобретение позволяет получать цифровую модель рельефа прост ранственного объекта в реальном времейи, т.е, в процессе перемещения устройства относительно исследуемого объекта. Если скорость перемещения устройства равна 500 м/с, а масштаб иэображения, сформированного оптической системой 1:10000, то цифровая модель рельефа объекта, соответствующе-, го изображению 30 30 см 2 будет получена за 6 с, тогда как время обработки стереопары снимков формата 23 к 46 см 2 с целью получения информации о рельефе объекта на цифровой автоматической картосоставительской системе

0АИСЗ фирмы 1ВИ составляет около часа. Таким образом, изобретение обеспечивает многократное увеличение производительности процесса определения пространственных координат точек объекта ° Он может быть использован при автоматическом получении топографических карт местности, для контроля поверхностей сложной формы в технологии, в медицине и т.п.

1016672

1О16672

Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, И-35,. Раушская наб. д. 4/5

Заказ 3374/42

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4. Составитель В. Васильев

--Редактор Е. Папп Техред О. Неце Корректор Г. Решетник