Стереометрический способ определения координат поверхности объекта
CoIo3 Советсиик
Социапистическик
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
G О1 С 11/26
Рвуюрствикьй квиктвт
СССР во лвлвм кзаврвтвккй и открыткЯ
Опубликовано 07.12.82. Бюллетень М 45
Дата опубликования описания 0 .12.82 (53) УДК 528 711. . 7 (088. 8) П.М.Гурвич, Л.С.Илюхин, А.Б.Михайлов, А. и И.В.Шаманов (72) Авторы изобретения
Ордена Ленийа институт проблем управления (7I) Заявитель (54) СТЕРЕОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
КООРДИНАТ ПОВЕРХНОСТИ ОБЬЕКТА
Изобретение относится к автомати. ке, 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 t.I 1.
Недостатком известных способов является зависимость точности измерения от условий освещенности измеряе- 20 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 Г2).
Недостаток известного способа состоит в невысокой скорости процесса получения сигналов, несущих информацию о координатах поверхности.особенно при использовании электроме ханического сканирования, что препятствует его использованию в тех
919854 случаях, когда обзорно-информационная система перемещается относительно объекта измерения, поскольку при этом в информационном сигнале возникают такие динамические погрешности измерения, которые приводят к искажению геометрической формы объекта измерения в целом.
Целью изобретения является повышение точности определения коорди- 10 нат перемещающегося объекта.
Поставленная цель достигается тем,, что согласно способу определения координат поверхности объекта, включающему импульсное высвечивание каж- 15 дой измерительной точки узконаправленным световым лучом, пересекающим линию базиса стереосистемы в одной и той же точке, измерение линейного параллакса каждой высвеченной точки в плоскости, проходящей через линию базиса и световой луч, и вычисление пространственных координат измери" тельной точки, все измерительные точки высвечивают одновременно пучком 25 световых лучей, причем в каждой плоскости измерения линейного параллакса находится не более одного светового луча.
Указанное расположение лучей дает возможность одновременно принять некоторое множество информационных сигналов, полученных за время одного светового импульса.
Изобретение позволяет проводить параллельную обработку одновременно принятых информационных сигналов при условии использования числа измери". тельных каналов, равного числу измеряемых точек. Это открывает путь к существенному ускорению всего процесса измерения с максимально возможным выигрышем в Л раэ, где А - число точек измерения. Использование изобретения в условиях относительного перемещения измеряемого объекта и обзорно-информационной системы в процессе измерения обеспечивает стационарный характер погрешностей.
На чертеже приведена блок-схема
50 устройства для реализации предлагаемого способа.
Устройство содержит светочувствительный элемент 1, расположенный в фокальной плоскости объектива 2, 55 источник 3 подсвета, оптическии центр
4 которого удален на базисное расстояние от оптического центра объектива 2, измерительный блок 5, подключенный к выходу светочувствительного элемента 1, и блок 6 управления, подключенный к источнику 3 подсвета, светочувствительному элементу 1 и измерительному блоку 5.
Источник 3 подсвета состоит из эле" ментарных излучателей, имеющих узкую диаграмму направленности и расположенных так, чтобы их центральные лучи при попадании на исследуемую поверхность пересекались в оптическом центре 4 источника 3 подсвета.
Кроме того, элементарные излучатели должны быть расположены так,чтобы при пересечении объема источника
3 подсвета пучком плоскостей, в которых измеряется линейний параллакс высвеченных точек, в каждой плоскости сечения находился только один элементарный излучатель.
Светочувствительный элемент 1, выполненный в виде матрицы на приборе с зарядовой связью, имеет строчную структуру и расположен так. что строки его параллельны линии базиса и лежат на линиях пересечения светочувствительной матрицы с плоскостями линейного параллакса.
Благодаря описанному расположению элементарных излучателей источника подсвета и строк светочувствительного элемента в плоскости измерения линейного параллакса каждой высве", ченной точки будут лежать элементарный излучатель, высветивший эту точку, и одна из строк светочувствительного элемента. Таким образом, на каждую строку светочувствительного элемента попадает информационный сиг нал только от одной высвеченной точки, что обеспечивает возможность одновременной обработки стольких информационных сигналов, сколько строк содержится в светочувствительном элементе. Это же условие определяет и возможное количество одновременно высвечиваемых точек и, в конечном счете, количество элементарных излучателей в источнике подсвета.
Устройство работает следующим образом.
По команде от ЭВМ блок 6 управления формирует импульсы управления работой измерительного блока 5, источника 3 подсвета и светочувствительного элемента 1. При этом производится включение элементарных излучателей источника 3 подсвета, лучи от которого, пройдя через олти5 9798 ческий центр 4 источника подсвета, падают на исследуемую поверхность.
Благодаря описанной геометрии взаимного расположения источника 3 подсвета и светочувствительного элемен- S та 1 на каждую из строк попадает по одной точке - изображению. Измерительный блок 5 производит считывание и обработку информации со светочувствительного элемента 1. 1Е
На чертеже показаны три прямоугольные системы координат Х„ Уд - связанная с источником 3 подсвета; Хп, У - связанная со светочувствительным элементом 1 и Х, У, Z - пространственная, связанная с измерителем координат, например с его объективом
4. Для каждой из светящихся точек источника 3 подсвета и соответствующей ей освещенной точки светочув- 34 ствительного элемента 1 измерительный блок формирует тройку чисел (Уд, Х, Х ), Тройки чисел (У, Х„, Х ), однозначно определяющих координаты точек, высвечиваеиых на поверхности, передаются в ЭВИ. В ЭВН по известным фотограмметрическим формулам производится вычисление трех пространственных координат (Х,У,Л) всех точек исследуемой поверхности. Причем ЗЭ этот процесс вычислений существенно упрощается, так как координаты Х>, У, элементарных излучателей можно заложить в ЭВИ в виде констант.
Возможность одновременного высвечивания нескольких точек с использо-. ванием всех излучателей и параллель,ная обработка информации от многострочного. светочувствительного элемента приводят к повышению быстро- щ действия предлагаемого устройства.
Особую важность положительный эффект быстродействия приобретает в том случае, если измерйтель используется на подвижной транспортной машине,,когда в процессе непрерывного переме-. щения обзорно-информационной системы
54 6 относительно объекта измерения обра" зуются динамические искажения. В этом случае существенную роль играет одновременность 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 изобретения
Стереометрический способ определения координат поверхности объекта, включающий импульсное высвечивание каждой измерительной точки узконаправленным световым лучом, пересекающим линию базиса стереосистемы в одной и той же точке, измерение линейного параллакса каждой высвеченной точки в плоскости, проходящей через линию базиса и световой луч, и вычисление пространственных координат измерительной точки, о т л и ч аю щ и "ся тем,,что,,с целью повышения точности определения координат перемещающегося объекта, все измерительные точки высвечивают одновременно пучком световых лучей, причем в каждой плоскости измерения линейного параллакса находится не более одного светового луча.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Катыс Г.П. Оптические и информационные системы роботов-манипуляторов. "Иашиностроение", 1977, с.245-250.
2. Козлов Б.Л.,Лупичев Л.H., Орел Е.Н.,Ходарев Ю.К., Шаманов И.В.
Об одном методе построения системы управления самоходными аппаратами.
Доклад на ХХ1 конгрессе МАФ, Констанца, 1971 (прототип).
