Способ электронного сканирования пространства



Способ электронного сканирования пространства
Способ электронного сканирования пространства

 


Владельцы патента RU 2522840:

Федеральное государственное автономное научное учреждение "Центральный научно-исследовательский и опытно-конструкторский институт робототехники и технической кибернетики" (ЦНИИ РТК) (RU)

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники. Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий, расположенных под фиксированными углами относительно друг друга, регистрации ее с помощью матричного фоторегистрирующего устройства, последовательно снимающего кадры с подсветкой и без подсветки для последующего дифференцирования фона, передаче изображения линий подсветки на вычислительное устройство и определении вычислительным устройством объемного изображения сцены триангуляционным методом. При этом сканирование осуществляется последовательным поочередным включением одной или нескольких линий структурированной лазерной подсветки. 2 ил.

 

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники и может быть использовано для воспроизведения объемных изображений сцены, определения геометрических параметров трехмерных объектов и их расположения.

Наиболее близким из известных по своей технической сущности и достигаемому результату является выбранный в качестве прототипа способ, реализованный в устройстве для контроля геометрии трехмерных объектов и описанный в патенте WO 99/17076. Способ заключается в формировании с помощью анизотропного источника света на измеряемой поверхности контрастной линии, регистрации этой линии неподвижным фоторегистрирующим устройством и определении рельефа поверхности в плоскости луча по степени искривления линии с помощью цифрового вычислительного устройства, вход которого соединен с выходом фоторегистрирующего устройства. При этом с целью измерения всей поверхности осуществляется непрерывный поворот плоского луча относительно измеряемого объекта с одновременным измерением угла поворота.

Недостатком данного способа является необходимость измерения угла поворота луча и наличие механических движущихся частей, а также проблема получения достоверной информации при сильной внешней фоновой засветке.

Аналогом является способ бесконтактного измерения трехмерных объектов, описанный в патенте 2007127463/28. Указанный способ бесконтактного измерения трехмерных объектов заключается в проецировании с помощью анизотропного источника света на измеряемую поверхность яркой контрастной линии, регистрации ее с помощью цифрового фоторегистрирующего устройства, передаче изображения этой линии на вычислительное устройство, определении вычислительным устройством рельефа измеряемой поверхности в плоскости луча по величине искривления линии.

При этом линия подсветки неподвижна относительно фоторегистрирующего устройства, а сканирование его по всем сечениям измеряемой поверхности осуществляют ручным перемещением фоторегистрирующего устройства (совместно с лучом). Также предусматриваются опорные линии, нанесенные на базовую панель, неподвижную относительно измеряемого объекта, изображения которых фиксируются фоторегистрирующим устройством совместно с линиями сечений и передаются на вычислительное устройство, которое по анализу расположения опорных линий совмещает все измеренные сечения в единую поверхность.

Недостатками рассмотренного способа являются ручное перемещение сканирующего устройства и проблема получения достоверной информации при сильной фоновой засветке.

Основной решаемой задачей изобретения является разработка простого и надежного способа получения трехмерной модели портрета сцены, исключающего наличие движущихся деталей и работающего при любой фоновой освещенности.

Устройство, реализующее способ электронного сканирования пространства, состоит из нескольких лазерных генераторов линий, матричного фоторегистрирующего устройства, спектрального фильтра и вычислительного устройства. Лазерные генераторы линий расположены под известными жестко фиксированными углами относительно друг друга и относительно фоторегистрирующего устройства таким образом, чтобы перекрывать всю зону обзора фоторегистрирующего устройства, что позволяет избавиться от механически движущихся деталей.

Блок источников лазерного излучения и фоторегистрирующее устройство жестко зафиксированы и располагаются таким образом, что их поля зрения максимально перекрываются, а оптические оси лежат в одной плоскости и либо параллельны, либо пересекаются в дальней зоне. В идеальном случае они пересекаются в центре рабочего диапазона дальностей, при этом расстояние между оптическими центрами блока и устройства, так же как и углы наклона осей в выбранной системе координат, определяются в процессе калибровки прибора.

Спектральный фильтр, в полосу пропускания которого попадает излучение лазерных генераторов линий, служит для уменьшения чувствительности прибора к фоновой засветке и расположен непосредственно перед объективом фоторегистрирующего устройства.

Сущность заявляемого изобретения заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки на сканируемую область (фиг.1), регистрации ее проекции через спектральный фильтр матричным фоторегистрирующим устройством, синхронизированным с блоком структурированной лазерной подсветки таким образом, что каждый нечетный кадр снимается без подсветки, а каждый четный - с подсветкой одной или несколькими линиями. Далее полученные кадры передаются на вычислительное устройство, которое вычитает из каждого четного кадра предыдущий нечетный кадр.

Затем производится определение трех координат каждой точки линий подсветки относительно выбранной системы координат. Например, использование триангуляционного метода в системе координат, представленной на фиг.2, для выбранной точки на подсвеченной линии осуществляется по следующим формулам:

h = h C tan ( β L ) h L tan ( β C + α y ) tan ( β L ) tan ( β C + α y )

S = h L h C tan ( β L ) tan ( β C + α y )

x 0 = S tan ( α x ) .

По полученным координатам восстанавливается трехмерный портрет сцены, при этом разрешение в направлении линии подсветки определяется разрешением фоторегистрирующего устройства, а в ортогональном направлении - количеством используемых лазерных генераторов линий. Работа в реальном времени может быть обеспечена за счет применения высокоскоростных матричных фоторегистрирующих устройств.

Работа системы в широком диапазоне освещенностей достигается тремя этапами фильтрации: использованием спектрального фильтра, осуществляющим спектральную селекцию и снижающим интенсивность спектральной засветки, открытием затвора фоторегистрирующего устройства только на время включения подсветки, что обеспечивает временную селекцию, и вычитанием кадра без подсветки из кадра с подсветкой (дифференцирование фона).

Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены, заключающийся в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий, расположенных под фиксированными углами относительно друг друга, регистрации ее с помощью матричного фоторегистрирующего устройства, последовательно снимающего кадры с подсветкой и без подсветки для последующего дифференцирования фона, передаче изображения линий подсветки на вычислительное устройство и определении вычислительным устройством объемного изображения сцены триангуляционным методом, при том что сканирование осуществляется последовательным поочередным включением одной или нескольких линий структурированной лазерной подсветки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к автоматизированным системам обнаружения и мониторинга нефтегенных загрязнений морского нефтегазового промысла. Система включает в себя сеть флуоресцентных лидаров, установленных на нефтегазодобывающей платформе, танкерах, осуществляющих транспортировку нефти, и судах, обслуживающих промысел; сеть установленных на удалении от нефтегазодобывающей платформы автоматических плавучих комплексов мониторинга (КМ), каждый из которых содержит контактирующие с водой датчики регистрации нефтегенных углеводородов, физико-химических и гидрологических параметров воды, и находящийся в погружном, в частности, в подледном положении герметичный буй, в котором размещены программируемый контроллер с системами сбора, предварительной обработки и передачи данных, генерируемых датчиками КМ; а также единую автоматизированную информационную систему (ИС) с функциями сбора, обработки и хранения данных, генерируемых лидарами и плавучими КМ.

Изобретение относится к технике экологического контроля, в частности, к автоматизированным средствам измерения показателей качества водных объектов, преимущественно подверженных риску нефтегенных загрязнений, и может использоваться в составе систем экологического мониторинга природных сред.

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для ориентации на местности. Устройство акустического представления пространственной информации содержит генератор сигналов, усилитель тракта излучения и передатчик, правый и левый ультразвуковые преобразователи, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки памяти, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, первый и второй усилители, правый и левый головные телефоны.

Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям реактивных боеприпасов. Устройство содержит два и более приемоизлучающих канала, размещенные вокруг продольной оси устройства, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком.

Изобретение относится к области экологии, рыбного хозяйства и может быть использовано для оценки функционирования биотических сообществ водных экосистем с целью сбора сведений о численности, биомассе и пространственном распределении ключевых видов гидробионтов.

Изобретение относится к лазерным локационным системам (ЛЛС), используемым, в частности, в процессе стыковки космических аппаратов (КА). Способ включает сканирование пространства путем разворота активного КА с жестко установленной на нем ЛЛС по каналу тангажа или курса до обнаружения пассивного КА.

Изобретение относится к области лазерной техники и используется для формирования информационного поля лазерных систем телеориентации и навигации, оптической связи и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов через узости или своды мостов, дистанционном управлении робототехническими устройствами в опасных для человека зонах и т.п.

Изобретение относится к области космической техники, а именно к области лазерных локационных систем (ЛЛС), используемых для обеспечения сближения космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к оптико-электронной технике и может быть использовано в летательных аппаратах, предназначенных для съемки земной поверхности с целью картографирования.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами. Способ формирования лазерного растра основан на последовательной дифракции лазерного пучка на двух последовательно установленных и развернутых на 90 градусов по отношению друг к другу акустооптических дефлекторах, на входы управления которых поданы высокочастотные сигналы управления f1(t) и f2(t), законы изменения которых задают в виде линейного изменения частот управления, а число N строк или (и) столбцов выбирают как целочисленное значение из условия N=k·Tс/τ, где k=1,0-2,5, Tс - время формирования строки, τ - постоянная времени дефлектора, вычисляемая из соотношения τ=d0/ν, d0 - световая апертура дефлекторов, ν - скорость акустических волн. Технический результат заключается в повышении равномерности интенсивности лазерного растра, повышении информативности лазерной системы и обеспечении возможности поворота лазерного растра относительно его центра. 6 ил.

Настоящее изобретение относится к области оптической связи. Согласно способу используют лазерный луч, который состоит из импульсов длительностью не менее 1 нс, которые формируют из множества волн путем фазовой синхронизации и интерференции. Импульсы лазерного излучения длительностью 1 нс и менее формируются за счет синхронизации модовых составляющих и их когерентного взаимодействия на трассе распространения. Из множества непрерывных модовых составляющих формируют импульсно-периодические оптические импульсы, период следования которых определяется спектральным составом лазерного излучения. Последовательность импульсов воспринимается фотоприемником как наличие (или отсутствие) в заданные моменты времени импульса излучения за счет чирпирования частоты спектра лазерного излучения. Для передачи информации формируют двоичный код. Технический результат - увеличение дальности оптической связи за счет лучшего прохождения сигналов через ослабляющие участки трассы. 4 ил.

Система предназначена для измерения и контроля геометрических параметров железобетонных шпал, влияющих на прочность и надежность работы рельсового пути. На каркасе установлена линейная направляющая, с перемещаемой кареткой. На каретке закреплены лазерные профилометры с возможностью их перемещения для смены позиции конвейером. В качестве лазерных профилометров используют закрепленные на кронштейне лазерные сканеры с одним лазерным излучателем и двумя приемниками отраженного сигнала, которые установлены в лазерных сканерах. Приемники считывают отраженный сигнал одновременно одного и того же поперечного сечения железобетонной шпалы. На каретке закреплены как минимум два лазерных сканера для одновременного измерения двух и более железобетонных шпал. Достигается упрощение системы и процесса измерения и повышение производительности и эффективности работы системы за счет обеспечения возможности измерения параметров двух и более шпал одновременно. 2 ил.

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир и регистрируют отражённые радиоимпульсы. По изменениям угла наклона на разных участках переднего фронта отраженного радиоимпульса определяют асимметрию усеченного, распределения возвышений морской поверхности. При этом дополнительно осуществляют прямые волнографические измерения возвышений морской поверхности и по данным этих измерений строят зависимость асимметрии распределения возвышений морской поверхности, полученной при волнографиче-ских измерениях, от асимметрии указаного усеченного распределения. Полученную зависимость учитывают при расчете асимметрии полного распределения возвышений морской поверхности. 1 н. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Технический результат - повышение точности определения характеристик морской поверхности за счет разделения воздействия на отражённый от морской поверхности радиосигнал двух факторов, доминантных ветровых волн и мелкомасштабной ряби. Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности и вертикально зондируют ими морскую поверхность, регистрируют отражённые радиоимпульсы и по их форме определяют характеристики морской поверхности, при этом дополнительно формируют более длинные радиоимпульсы и вертикально зондируют ими морскую поверхность, причем длительность дополнительно сформированных радиоимпульсов обеспечивает одновременное отражение от всей площади морской поверхности, освещаемой в пределах диаграммы направленности антенны, определяют амплитуду отраженных импульсов большей длительности, по ней определяют скорость ветра, и определяют характеристики морской поверхности с учетом скорости ветра. 1 ил.
Изобретения относятся к системам для активной защиты Земли и могут быть использованы при реализации комплексов для борьбы с летающими объектами естественного и искусственного происхождения, приближающимися к Земле. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Указанная цель достигается за счет определения направления на астероид радиолокатором с четырьмя установленными на Земле антеннами (ППА) и содержащим: десять генераторов сигналов (Г), по двенадцать смесителей (СМ) и фильтров (Ф), по четыре усилителя мощности (УМ) и частотомера (Ч), пять ЦАП и цифровую карту околоземного пространства, содержащую N схем сравнений, каждая из которых содержит четыре цифровых компаратора, элемент И и светодиод. При этом определяют направление на астероид, облучая его четырьмя ППА, установленными на окружности, на равном удалении по окружности друг от друга, с базовыми L расстояниями между диаметрально противоположными ППА1 и ППА2, а также ППА3 и ППА4, которые излучают четыре непрерывных сигнала с частотной модуляцией по одностороннему пилообразно линейно возрастающему закону (НЛЧМ сигналы) с близкими частотами. 3 н. и 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в оптико-электронных системах, в которых фотоприемные устройства размещены на снаряжении бойца. Узел крепления фотоприемного устройства на снаряжении бойца содержит фотоприемное устройство (6), закрытое защитным колпачком (7), являющимся спектральным фильтром, размещенное с наружной стороны снаряжения. Узел крепления содержит кросс-плату (1), размещенную с изнаночной стороны снаряжения, с электрическими контактами (10), к которым подсоединены электрические проводники (9) от фотоприемного устройства (6). Узел крепления оснащен элементом крепления в виде трубки (5) с двумя наружными фланцами (2, 4) на концах. На фланце (2) закреплена кросс-плата, на фланце (4) - фотоприемное устройство 6, закрытое защитным колпачком - спектральным фильтром (7). Электрические проводники (9) между фотоприемным устройством (6) и кросс-платой (1) проведены через трубку (5) и припаяны к электрическим контактам (10) на кросс-плате (1). Фланец (4) с фотоприемным устройством 6 продет в петлю (8) на наружную сторону снаряжения (3) и выполняет функцию головки застежки. Трубка (5) элемента крепления имеет высоту, соответствующую толщине материала снаряжения (3) для фиксации головки застежки. Обеспечивается упрощение монтажа и демонтажа фотоприемного устройства на снаряжении, повышение надежности работы фотоприемного устройства при намокании снаряжения. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области обнаружения и распознавания малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА). В заявленном способе примененяются три и более изображений и сигналов в трех и более пространственно разнесенных точках на гиростабилизирующих платформах, связанных между собой рабочими базами. Рабочие базы автоматически определяют расстояния между собой и свои пространственные координаты, что позволяет разместить в любых удобных местах как на подвижном, так и стационарном объекте. На каждой базе размещено по три датчика, работающих в оптическом (камеры кругового обзора), акустическом и в трех и более настраиваемых радиолокационных диапазонах электромагнитных волн. Управление работой трех каналов и обработкой полученной информации и сигналов осуществляет ЭВМ с элементами искусственного интеллекта, которая сама выбирает наиболее эффективные каналы для более точного обнаружения и определения пространственных координат МБЛА в различных условиях ведения наблюдения, что позволяет построить объемное 3D изображение МБЛА и сравнить с известными изображениями для их распознавания и определения средств борьбы с МБЛА. Технический результат - разработка метода обнаружения МБЛА в различных условиях ведения наблюдения с использованием датчиков, работающих в оптическом, звуковом и радиолокационных диапазонах электромагнитных волн. 4 ил.

Изобретение касается прецизионного датчика расстояния. Особенностью указанного датчика является то, что приемная схема выполнена двухканальной и состоит из оптической системы, включающей две ромб-призмы и два отклоняющих клина, и приемной проекционной системы, включающей цилиндрическую линзу и сферический объектив, а в качестве фотодетектора использована двухкоординатная ПЗС-матрица, выход которой подключен к персональному компьютеру или контроллеру. Технический результат заключается в повышении абсолютной и относительной точности измерений. 2 ил.
Наверх