Оптико-электронный стереоскопический дальномер

Оптико-электронный стереоскопический дальномер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к приборам для измерения дальности, а именно к измерителям расстояний с помощью параллактического треугольника с переменными углами и основанием определенной длины, расположенного в точке наблюдения.

Зрение двумя глазами (стереоскопическое зрение) позволяет человеку измерять расстояние пассивным способом на основе стереоскопического базового (параллаксного) способа (далее стереоскопический способ). Этот же способ положен в основу работы оптических дальномеров. Это артиллерийские стереоскопические дальномеры ДСП-30 (база 0,3 м), ДС-0,9, ДС-1, ДС-2 (база 0,9, 1,0 и 2,0 м соответственно) и зенитные дальномеры типа ЗДН и др. База приборов значительно увеличена по сравнению с базой глаз.

Развитие науки и техники позволило данный способ определения дальности реализовывать на современных оптико-электронных устройствах, например, цифровых камерах разнесенных на известное расстояние друг от друга.

На фиг. 1 приведен стереоскопический способ измерения дальности, адаптированный к измерительной системе, состоящей из двух цифровых камер, где Ц - объект интереса; CCD₁ и CCD₂ - матрицы фоточувствительных элементов разрешением N×M элементов, так как на сегодня широкое распространение получили ПЗС-матрицы, то далее по тексту CCD₁ и CCD₂ будут позиционироваться как ПЗС-матрицы; I₁, I₂ - главные оптические оси объективов камер; O₁, О₂ - оптические центры объективов; O′₁, О′₂ - геометрические центры матриц CCD₁ и CCD₂; Ц′₁, Ц′₂ - центры изображения объекта Ц в поле матриц CCD₁ и CCD₂, В - база (базисное расстояние), равная расстоянию от точки O₁ до О₂; l_Г1, l_Г2 - горизонтальные расстояния от центров О′₁, О′₂ матриц CCD₁ и CCD₂ до изображений Ц′₁, Ц′₂ (примем l_Г1, l_Г2>0, если изображения Ц′₁, Ц′₂ расположены выше геометрических центров O′₁, О′₂ матриц CCD₁ и CCD₂, и l_Г1, l_Г2<0 - если ниже. Соответственно, l_Г1, l_Г2=0 в случае совпадения изображений Ц′₁, Ц′₂ с центрами О′₁, О′₂ матриц CCD₁ и CCD₂); - фокусные расстояния объективов равные соответственно расстояниям O₁O′₁ и O₂O′₂; D - дальность до объекта интереса (расстояние от точки O₁ до точки Ц).

Дальность D до объекта Ц определяется по величинам параллакса γ₂, базы прибора В и фокусного расстояния объективов по следующей формуле

где Δl_Г=l_Г1-l_Г2 - горизонтальное смещение (разность положений) изображений объекта интереса Ц в полях матриц CCD₁ и CCD₂, поскольку величина Δl_Г пропорциональна параллактическому углу γ₂, то величину Δl_Г иногда называют линейным параллаксом.

Величина Δl в цифровых системах может быть найдена как разность смещений l_Г1-l_Г2 приведенная к количеству пикселей ПЗС-матрицы и их линейному размеру, тогда

Δl_Г=l_P(n₁-n₂),

где l_P - линейный размер пикселя, n₁, n₂ - порядковые номера пикселей (номера столбцов), соответствующие положению изображений на ПЗС-матрицах.

Из предшествующего уровня техники известно большое число разновидностей устройств, решающих задачу по измерению дальности до объектов на основе стереоскопического способа.

Аналогом предлагаемому устройству является оптический дальномер с внутренней базой (С.Г. Бабушкин и др. Оптико-механические приборы. - М.: Машиностроение, 1965, с. 306-339). Данный дальномер имеет две идентичные оптические приемные системы, оптические оси которых разнесены на базовое расстояние В. В приборе строятся два изображения объекта и путем их совмещения измеряется параллактический угол между ними, являющийся мерой измеряемого расстояния. Основными недостатками оптического дальномера являются: низкая абсолютная и относительная точность измерений, вызванная малой угловой чувствительностью человеческого глаза; необходимость человека-оператора для осуществления сложного алгоритма совмещения двух изображений, субъективные ошибки оператора и низкая скорость измерений.

Близким к предлагаемому устройству является устройство, построенное на основе способа измерения расстояний до объектов (US Patent №5432594, G01C 3/00, 1995), обладающее осью симметрии, с использованием двух цифровых фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние. На фотокамерах формируются два цифровых изображения измеряемого объекта. На каждом изображении формируется окно шириной, равной размеру объекта. Затем вычисляется оценочная функция между двумя изображениями объекта, находящегося в выделенном окне, причем одно изображение последовательно сдвигается по горизонтали относительно другого. По минимальному значению оценочной функции определяется сдвиг между изображениями объекта. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями, при этом необходимо знать расстояние между фотокамерами и фокусное расстояние объективов камер. Недостатком этого способа является низкая точность измерения дальности, обусловленная тем, что при вычислении дальности в системе не учитывается возможное отклонение от горизонтальной линии положения двух цифровых фотокамер, разнесенных в пространстве по горизонтали на известное расстояние, а также тем, что сдвиг между изображениями на фотоприемной матрице определяется только с точностью до одного пикселя.

В качестве прототипа выбран измеритель расстояний на основе цифрового фотоаппарата, построенный по способу (Патент RU №2485443 C1, G01C 3/08, G01S 11/12, 2011 г.), включающему получение двух цифровых изображений объекта с использованием двух фотокамер, разнесенных по горизонтали на известное расстояние. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями по горизонтальной оси. Размер сканирующего окна сизображением объекта выбирают так, чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов объекта была меньше инструментального разрешения по дальности. Осуществляют сканирование по горизонтали и вертикали, сдвиг между изображениями определяют по положению максимального значения двухмерной нормированной корреляционной функции. Уточняют положение максимума корреляционной функции в субпиксельном диапазоне и осуществляют локализацию максимума между узлом сетки с наибольшим значением корреляционной функции и его соседними узлами. Определяют дальность и размеры объекта. Дальность до выделенной области объекта определяют из выражения, учитывающего отклонение от горизонтальной линии положения двух цифровых фотокамер

где В - расстояние между точками фотографирования в пространстве, - фокусное расстояние фотокамеры, Δl_Г - сдвиг между изображениями объекта по горизонтальной оси, Δl_B - сдвиг между изображениями объекта по вертикальной оси.

Недостатки прототипа поясняются следующим.

Анализ выражений (1) и (2) показывает, что для обеспечения работоспособности устройства измерения дальности, реализующего стереоскопический способ необходимо, чтобы в нем были применены две идентичные камеры, что накладывает определенные ограничения на техническую реализацию, связанную с необходимостью подбора камер с одинаковыми техническими данными.

Если стереоскопическая система определения дальности идеально откалибрована в плоскости измерений, т.е. обеспечена строгая параллельность оптических осей камер, входящих в состав измерительной системы, что на практике обеспечить очень сложно, то рабочую зону, т.е. зону пересечения полей зрений используемых камер, как показано на геометрической модели, представленной на фиг. 2, условно можно представить в виде совокупности четырехугольников образованных при пересечении полей зрения отдельных элементов фоточувствительного приемника высокого разрешения, например пикселей ПЗС-матриц.

На фиг. 2 ПЗС-матрицы CCD₁ и CCD₂ для наглядности представлены состоящими из девяти пикселей. Размеры четырехугольников определяют величину ошибки определения дальности измерительной системы. В месте с тем, как следует из выражений (1) и (2), в пределах рабочей зоны можно отобразить линии равных смещений, т.е. линий при нахождении в любой из точек которых объекта, до которого определяется дальность, смещение Δl_Г будет неизменно. Так, например, как показано на фиг. 2, при нахождении объекта интереса в любой из точек, принадлежащих линии Δn=2, например в точках Ц₁ и Ц₂, смещение изображений всегда будет равно двум линейным размерам пикселя.

Из этого следует, что дальность до объекта определяется как расстояние по перпендикуляру от базовой линии О₁О₂. Это условие всегда необходимо учитывать, особенно в тех случаях, когда измерение дальности проводится до различных объектов относительно одной точки на местности, в которой установлена измерительная система. Чтобы не проводить лишних математических преобразований с полученными значениями дальностей измерительную систему необходимо наводить на объект интереса, так чтобы он находился по крайней мере вблизи от оптических линий I₁, I₂ объективов измерительной системы, что снижает удобство пользования и увеличивает время на процесс измерения дальности, особенно в тех случаях, когда объектов интереса несколько и все они расположены в разных областях поля зрения.

Ясно, что в тех случаях, когда целью ставится проведение измерений дальности до различных объектов относительно одной точки на местности, в которой и установлена измерительная система, удобнее пользоваться системой, не требующей изменения ее положения в пространстве после каждого из измерений, что, в свою очередь, приведет к сокращению суммарного времени на все измерения. Данное обстоятельство иллюстрируется фиг. 3, где показаны две видеокамеры, поля их зрения, рабочая зона, образованная пересечением полей зрения обеих камер, объекты интереса Ц₁, Ц₂ и Ц₃. Видно, что если измерительная система не наводится на объекты Ц₁, Ц₂ и Ц₃, то дальности до этих объектов относительно базовой линии, соответственно, будут равны D₁, D₂ и D₃, а относительно места расположения измерительной системы, в данном случае совпадающей с оптическим центром объектива O₁ левой камеры, дальности составят D′₁, D′₂ и D′₃, и что только для объекта Ц₁, находящегося на оптической оси объектива левой камеры выполнится условие D′₁=D₁.

Кроме перечисленных недостатков, стереоскопическая система определения дальности, реализующая стереоскопический базовый способ по формулам (1) или (2), обладает тем недостатком, что при невыполнении условия параллельности оптических осей объективов используемых камер линии с одинаковыми смещениями принимают вид близкий к дуге (Фиг. 4), что приводит к неоднозначности в определении дальности относительно базовой линии О₁О₂ и возникновению ошибок. При этом ошибка в определении дальности будет тем больше, чем больше нарушено условие параллельности оптических осей. Так из геометрической модели, представленной на фиг. 4, видно, что и до объекта Ц₁ и до объекта Ц₂ дальности относительно базовой линии О₁О₂ составят D₁, D₂, при этом D₁≠D₂, хотя из выражений (1) или (2) следует что дальности D₁ и D₂ должны быть равны, так как объекты Ц₁ и Ц₂ находятся на линии с одинаковыми смещениями изображений во всех ее точках.

Для устранения этого недостатка камеры перед началом работы ориентируют (калибруют измерительную систему) до устранения непараллельности оптических осей, что требует времени и снижает удобство пользования измерительной системой. Кроме этого, на измерительную систему может воздействовать окружающая среда, например, температура и влажность, которые могут повлиять на форму базы и привести к нарушению параллельности оптических осей камер.

Стереоскопическая система определения дальности, реализующая стереоскопический способ по формулам (1) или (2) имеет минимальную и максимальную дальности работы в пределах которых возможно определение расстояний до объектов, например, на фиг. 2 минимальной дальности соответствует расстояние до объекта, определяемое по максимально возможному смещению изображений, будет соответствовать положению линии Δn=8, а максимальная дальность - минимально возможному смещению изображений - Δn=0 (на фиг. 2 не показано). Увеличение максимальной дальности работы можно обеспечить за счет увеличения базы, фокусных расстояний объективов или уменьшения линейных размеров пикселей. Однако, это приведет к увеличению минимальной дальности работы. И наоборот, уменьшение минимальной дальности работы приведет к уменьшению и максимальной дальности работы. Изменение параметров рабочей зоны, а именно ее ширины, минимального и максимального отстояния объекта от измерительной системы, в пределах которых возможно определение дальности, в зависимости от решаемых задач и условий применения без изменения базы и характеристик применяемых камер, можно решить за счет изменения ориентации камер в плоскости измерений, что, в свою очередь, приведет к неправильному определению дальности, как было показано выше.

Задачи, на решение которых направлено заявленное техническое решение, заключаются в расширении арсенала технических средств в данной области, а также:

Во-первых, в обеспечении измерения дальности до объектов в условиях непараллельности оптических осей левой и правой камер. Данная задача достигается компенсацией смещений изображений объектов на изображениях левой и правой камер на величины горизонтальных углов, определяющих угловое положение оптических осей объективов применяемых камер, по следующим выражениям

где l′_Г1, l′_Г2 - скомпенсированные значения горизонтальных смещений объектов, до которых измеряется дальность относительно центров изображений, полученных с левой и правой камер;

α₁, α₂ - углы в горизонтальной плоскости, под которыми оптические оси левой и правой камер находятся к нормали к базовой линии в точках оптических центров левой и правой камер.

Техническим результатом является возможность изменения параметров рабочей зоны, а именно, ее ширины, минимального и максимального отстояния объектов от дальномера, в пределах которых возможно определение дальностей, в зависимости от решаемых задач и условий применения без изменения технических данных используемых камер путем размещения левой и правой камер на независимых кардановых подвесах, обеспечивающих изменение взаимного углового положения этих камер;

Во-вторых, в реализации измерения дальностей до всех объектов независимо от их расположения в рабочей зоне как определение длин отрезков, соединяющих оптический центр объектива левой камеры с соответствующим объектом. Данная задача при измерении дальности достигается учетом скомпенсированных значений вертикального и горизонтального углов относительно оптической оси, под которыми изображения от объектов попадают в объектив левой камеры

где β₁ - угол в вертикальной плоскости, под которым оптическая ось левой камеры находится к нормали к базовой линии в точке оптического центра в плоскости измерений;

γ′₁ - скомпенсированное на величину угла α₁ значение горизонтального угла γ₁, под которым изображение от объекта попадает в объектив левой камеры относительно его оптической оси I₁;

δ′₁ - скомпенсированное на величину угла β₁ значение вертикального угла δ₁, под которым изображение от объекта попадает в объектив левой камеры относительно его оптической оси I₁.

Техническим результатом, в данном случае, является уменьшение суммарного времени на измерения дальностей до объектов, находящихся в рабочей зоне, за счет отсутствия необходимости последовательного наведения оптических осей дальномера на эти объекты;

В-третьих, в обеспечении измерения дальностей до объектов, когда левая и правая камеры имеют как одинаковые, так и различные технические данные, а именно фокусные расстояния объективов и параметры фоточувствительных приемников высокого разрешения. Данная задача достигается учетом линейных размеров элементов фоточувствительных приемников высокого разрешения отдельно для левой и правой камер и тем, что при вычислении дальностей применяется выражение, учитывающее фокусные расстояния объективов левой и правой камер

где , - соответственно фокусные расстояния объективов левой и правой камер;

В - базисное расстояние дальномера.

Техническим результатом является упрощение технической реализации дальномера, заключающееся в отсутствии необходимости осуществления подбора по техническим данным двух идентичные камер;

В-четвертых, в автоматическом определении взаимного углового положения левой и правой камер в пространстве. Данная задача достигается применением в составе кардановых подвесов левой и правой камер датчиков горизонтальных и вертикальных углов, а также наличием в составе обрабатывающей системы модуля калибровки по калибровочному шаблону с известными размерами.

В этом случае техническим результатом является уменьшение времени на предварительную настройку дальномера за счет отсутствия необходимости приведения оптических осей объективов правой и левой камер к параллельному состоянию в пространстве.

На фиг. 5 показан пример выполнения оптико-электронного стереоскопического дальномера.

Оптико-электронный стереоскопический дальномер содержит захватное устройство 1 и вычислительный блок 2.

Захватное устройство 1 обеспечивает возможность захвата пользователем 3 стереоизображений объектов интереса. Захватное устройство 1 содержит левую камеру 4 и правую камеру 5. Левая камера 4 и правая камера 5 являются, например, цифровыми камерами с точечной диафрагмой, каждая из которых установлена на внутренней раме своего карданова подвеса, который содержит внешнюю 8 и 9 и внутреннюю рамы 6 и 7, на осях которых установлены датчики угла поворота рам подвеса 10, 11, 12 и 13. Левая камера 4 и правая камера 5, датчики угла поворота рам подвеса 10, 11, 12 и 13 выполнены с возможностью передачи в вычислительный блок видеоданных и данных об пространственной ориентации камер 4 и 5 через кабели 14-19 универсальной последовательной шины (USB).

Захватное устройство может быть выполнено в переносном варианте, когда левая и правая камера вместе с кардановыми подвесами и датчиками углов размещаются на основном стержне 20, который является достаточно жестким для ограничения изгиба. Например, основной стержень может быть выполнен из легкого материала, такого как пластик, или другого подходящего материала. Кроме этого, захватное устройство может быть выполнено как часть наземного, надводного или воздушного подвижных средств, например, таких как автомобиль, самолет, вертолет, катер, корабль и т.п. В этом случае роль основного стержня будет выполнять жесткий корпус подвижного средства.

На фиг. 6 показана геометрическая модель для определения дальности D до объекта интереса Ц в системе координат XYZ, являющейся системой координат захватного устройства. Для упрощения иллюстрации предполагается, что камеры 4 и 5 состоят из фоточувствительных элементов высокого разрешения, например ПЗС-матриц CCD₁ и CCD₂, и линз 27 и 28, выполняющих роль объективов, с оптическими осями I₁, I₂ и оптическими центрами в точках O₁ и О₂. Геометрические центры О′₁ и О′₂ матриц CCD₁ и CCD₂ находятся соответственно на оптических осях I₁, I₂ линз 27 и 28. Плоскость, в которой находится ПЗС-матрица CCD₁ параллельна плоскости x₁y₁, в которой лежит линза 27, и отстоит от нее на величину фокусного расстояния линзы 27. Также расположена и ПЗС-матрица CCD₂ на расстоянии относительно плоскости х₂у₂ линзы 28. Оптически центры линз 27 и 28 расположены на оси X на расстоянии В друг от друга, составляющем базисное расстояние захватного устройства 1 оптико-электронного стереоскопического дальномера. Оптические оси левой I₁ и правой I₂ камер образуют произвольные углы в плоскости XZ - углы α₁ и α₂, в плоскости YZ - углы β₁ и β₂. Для упрощения на фиг. 6 оптическая ось левой камеры лежит в плоскости XZ, т.е. β₁=0. Угол β₂ показан как угол между оптической осью I₂ и ее проекцией I_2XZ на плоскость XZ. Излучение от произвольно расположенного объекта Ц, проходя через оптические центры O₁ и О₂, попадает на ПЗС-матрицы CCD₁ и CCD₂, формируя изображения объекта интереса Ц′₁ и Ц′₂ в плоскостях этих матриц. Соответственно изображения Ц′₁ и Ц′₂ объекта Ц являются частью цифровых изображений 29 и 30 окружающей местности, образованных в плоскостях матриц CCD₁ и CCD₂. Положение изображений Ц′₁ и Ц′₂ объекта Ц на изображениях 29 и 30 характеризуется вертикальными - l_B1, l_B2 и горизонтальными - l_Г1, l_Г2 смещениями от центров изображений O′₁ и О′₂. Так как на геометрической модели, показанной на фиг. 6, угол β₁=0, то и l_B1=0. Углы γ₁ и γ₂ - это углы относительно оптических осей I₁ и I₂, под которыми излучение от объекта Ц попадает в линзы 27 и 28 левой 4 и правой 5 камер.

Цифровые изображения 29 и 30, поступающие с ПСЗ-матриц CCD₁ и CCD₂, состоят из пикселей, и каждый пиксель характеризуется значением, которое состоит из полутонового значения или цветового значения. В полутоновых изображениях значение пикселя представляет собой одну величину, которая характеризует яркость пикселя. Наиболее общим форматом описания пикселя является байт изображения, в котором значение пикселя представлено 8-разрядным целым числом, лежащим в диапазоне возможных значений от 0 до 255. Как правило, значение пикселя, равное нулю, используют для обозначения черного пикселя, а значение 255 используют для обозначения белого пикселя. Промежуточные значения описывают различные полутоновые оттенки. В цветных изображениях для описания каждого пикселя (расположенного в цветовом пространстве размерности RGB - красный, зеленый, синий) должны быть отдельно определены красная, зеленая и синяя компоненты. Иными словами, значение пикселя фактически представляет собой вектор, описанный тремя числами. Три различные компоненты могут быть сохранены как три отдельных полутоновых изображения, известные как цветовые плоскости (по одной для красного, зеленого и синего цветов), которые можно воссоединять при отображении или при обработке.

Вычислительный блок 2 включает пользовательский интерфейс 21 и обрабатывающую систему 24 (фиг. 5).

Пользовательский интерфейс 21 обеспечивает выбор пользователем 3 изображений и/или ввод команд обработки. Команды обработки содержат, например, команды на прием видеоданных от захватного устройства 1, команды на указание объектов интереса, команды на запуск измерения дальности до указанных объектов. Пользовательский интерфейс 21 содержит дисплей 23, такой как жидкокристаллический (ЖК) монитор, для просмотра видеоданных и устройство управления и ввода данных 22, такое как клавиатура или указательное устройство (например, мышь, шаровой указатель, стилус, сенсорная панель или другое устройство), для обеспечения взаимодействия пользователя 3 с видеоданными.

На фиг. 7 показан пример выполнения обрабатывающей системы 24.

Обрабатывающая система 24 содержит измерительное приложение 25, память 26 для хранения данных, размещенные на машиночитаемом носителе 31. Обрабатывающая система 24 является удаленным компьютером, таким как ноутбук или персональный компьютер (рабочая станция).

Машиночитаемый носитель 31 может включать энергозависимые носители, энергонезависимые носители, съемные носители и несъемные носители, а также может быть любой доступной средой, к которой может иметь доступ универсальное вычислительное устройство. Неограничивающие примеры машиночитаемого носителя 31 могут включать компьютерные накопители и среды передачи данных. Компьютерные накопители дополнительно могут включать энергозависимые, энергонезависимые, съемные и несъемные носители, осуществленные любым способом или с помощью любой технологии хранения информации, например машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные. Среды передачи данных обычно могут реализовывать машиночитаемые инструкции, структуры данных, программные модули или другие данные в модулированном сигнале данных, таком как несущая частота, или в другом механизме передачи, и могут включать любые носители для передачи информации. Специалистам известны модулированные сигналы данных, которые могут иметь по меньшей мере один набор характеристик или могут быть изменены таким способом, который обеспечивает возможность кодирования информации в сигнале. Проводные носители, такие как проводная сеть или прямое проводное соединение, и беспроводные носители, такие как акустические, радиочастотные, инфракрасные и другие беспроводные носители, предполагаемые для использования со стереоскопическим оптико-электронным дальномером, являются примерами сред передачи данных, описанных выше. Комбинации любых вышеуказанных носителей также относятся к машиночитаемым носителям, описанным выше.

Модуль памяти 26 выполнен с возможностью хранения обрабатываемой пары 32 изображений 29 и 30 (фиг. 6), данных 33 положения объектов, т.е. данных, содержащих необходимую информации о положении указанных пользователем объектов или их частей на изображении 29 (фиг. 6), данных 34 калибровки, т.е. данных, полученных в ходе калибровки захватного устройства, данных 35 собственных, т.е. данных о базисном расстоянии, фокусных расстояниях объективов и линейных размерах пикселей ПЗС-матриц камер 4 и 5 (фиг. 5), значения углов, полученные с датчиков 10-13 углового положения рам кардановых подвесов.

Измерительное приложение 25 содержит исполняемые модули или команды, выполненные с возможностью исполнения по меньшей мере одним процессором и обеспечивающие обработку видеоданных, получение точных измерительных данных о дальностях до указанных пользователем 3 (фиг. 5) объектов и отображение стереоизображений обрабатывающей системой 24.

Модуль 36 сбора данных выполнен с возможностью приема данных от захватного устройства 1 (фиг. 5). Например, когда проводные соединения 14-19 соединяют захватное устройство 1 с обрабатывающей системой 24, модуль 36 сбора данных обнаруживает проводные соединения 14-19 и принимает левое 29 и правое 30 изображения от захватного устройства 1, данные с датчиков угла поворота рам подвеса 10, 11, 12 и 13 и передает их для хранения в память 26.

Модуль 37 калибровки выполнен с возможностью определения данных 34 о калибровке захватного устройства 1, включающей определение точного действительного взаимного расположения оптических осей левой 4 и правой 5 камер относительно общего элемента на калибровочном шаблоне для установки начала отсчета координат датчиков угла поворота рам подвеса и фокусных расстояний объективов левой и правой камер.

Калибровка представляет собой процесс соотнесения идеальной модели камеры с фактическим физическим устройством и определение положения и ориентации камеры относительно системы координат захватного устройства.

Углы α₁, α₂ и β₁, β₂, фокусные расстояния объективов и определяют для левой 4 и правой 5 камер путем захвата калибровочного изображения. Например, модуль калибровки 37 использует алгоритм распознавания образов для обнаружения на изображении известного геометрического шаблона калибровочного изображения. Калибровочное изображение состоит из чередующихся черно-белых квадратов или прямоугольников, расположенных на плоскости наподобие шахматной доски. Размеры индивидуальных проверочных шаблонов известны. Например, для определения геометрических центров каждого квадрата на калибровочном изображении и построения линий, проходящих через эти центры, используют технологии обработки изображения. Если данные линии не являются параллельными прямыми, то есть присутствует перспектива изображения, то может быть выведена формула для их корректировки и использования после устранения искажений изображения. В результате эта формула может быть использована для формирования таблицы преобразования мировых прямых линий в прямые линии изображения. Эта формула представляет собой ряд векторов, скалярные значения которых представляют собой дисторсию объектива и несовпадение центра оптической оси плоскости изображения, который называется главной точкой, с механической осью плоскости изображения. Два угла вдоль любого края квадрата на калибровочном шаблоне соответствуют пикселям, представляющим эти углы на плоскости изображения. Однородные векторы, направленные от датчика изображения, пересекаются в фокусе и проходят через углы квадрата, размеры которого известны. Фокусное расстояние объективов определяют по высоте треугольника, сформированного этими двумя линиями, от плоскости изображения до калибровочного шаблона.

Углы отклонения оптических осей камер и фокусные расстояния их объективов, полученные в процессе калибровки, сравниваются с соответствующими углами, полученными с датчиков угла поворота рам подвеса и собственными данными, если есть несовпадение, то в памяти 26 в данных 34 калибровки сохраняются поправки.

Калибровку выполняют во время завершающих этапов процесса изготовления захватного устройства 1, например, после его сборки и проверки работоспособности. Дополнительно калибровку выполняют непосредственно перед захватом изображений конкретного объекта, дальность до которого необходимо получить в условиях окружающей среды, которые могут повлиять на форму захватного устройства 1 (например, из-за сокращения или расширения материалов) и, соответственно, на расположение камер 4 и 5 относительно захватного устройства.

Модуль 38 пользовательского интерфейса выполнен с возможностью создания формы 52 управления изображением (фиг. 8) для отображения через дисплей 23 (фиг. 5) и содержит модули, позволяющие пользователю 3 через устройство 22 управления и ввода данных взаимодействовать с измерительным приложением 25.

Форма 52 управления изображением содержит различные виды, которые обеспечивают возможность отображения видеоданных, взаимодействие пользователя с видеоданными и указания объектов, до которых необходимо измерить дальность.

На фиг. 8 показан вариант экрана формы 52 управления изображением, отображенном на дисплее 23. Пользователь 3 взаимодействует с формой 52 управления изображением с использованием устройства ввода данных (например, устройства 22 управления и ввода данных) для выбора и изменения значения соответствующего элемента управления.

На фиг. 8 позициям 53-72 соответствуют следующие элементы управления: 53 - активное окно, куда выводится выбранное пользователем изображение поля зрения левой или правой камеры; 66 - элементы выбора левой и правой камеры из списка подключенных камер; 65 - элемент отображения данных о выводимом изображении; 62, 63, 64 - элементы ввода собственных данных, а именно линейных размеров пикселя ПЗС-матриц используемых камер, фокусных значений объективов, базисного расстояния захватного устройства; 61 - элемент включения модуля 37 калибровки дальномера (фиг. 7), 60 - вывода дальности до калибровочного шаблона; 55 - выбора камеры, от которой выводится изображение на активное окно 53; 56 - управления увеличением выводимого изображения; 57 - управления формами рамок 67-70, показывающими положения объектов (или их частей) на изображении, до которых измеряется дальности, 58 - элемент управления размерами рамок положения объектов 67-70; 59 - элемент включения модуля 42 дальностей измерительного приложения 25 (фиг. 7).

Все объекты, указанные пользователем в активном окне 52, маркируются рамками 67-70, охватывающими интересующий объект или его часть. Ниже рядом с рамками объектов выводится полученное значение дальности до этих объектов, или выводится сообщение об ошибке, если изображение объекта не найдено на изображении 30 правой камеры 5 (фиг. 6), или если объект интереса находится за пределами максимальной дальности работы дальномера.

Дополнительно в активном окне 53 выводятся действующие значения 71, 72 вертикальных и горизонтальных углов рам подвеса для левой и правой камер.

Модуль указания объектов интереса 39 (фиг. 7) принимает от пользователя 3 данные о положении объекта, до которого необходимо измерить дальность, на изображении левой камеры. Как показано на фигуре 9, данные о положении объекта включают смещения l_B1 и l_Г1 относительно центра O′₁ изображения 29 и размеры рамки 73 по горизонту z_Г и вертикали z_B. Данные о положении объекта сохраняются в памяти 26 в данных 33 положения объектов.

Модуль 40 оверлейных маркеров принимает данные положения объектов из памяти и маркирует на изображениях 29 и 30 указанные пользователем 3 и найденные в процессе расчета дальности изображения объектов интереса.

Модуль 41 ввода собственных данных принимает от пользователя данные о базисном расстоянии захватного устройства 1, величинах фокусных расстояний и объективов камер, линейных размерах элементарных фоточувствительных ячеек, например, пикселей, применяемых в левой и правой камерах ПЗС-матриц, и через модуль 36 сбора данных данные о пространственной ориентации видеокамер датчиков угла и передает их в память 26 в собственные данные 35.

Модуль 42 дальностей содержит команды и модули, обеспечивающие возможность проведения точных измерений дальностей до указанных пользователем объектов. Модуль 42 дальностей включается по отклику пользовательского интерфейса на команду пользователя на измерение дальности.

Модуль 43 кадрирования выполнен с возможностью определения размеров и координат области поиска 74 (фиг. 9) изображения Ц′₂ объекта интереса Ц на изображении 30 и предназначен для повышения быстродействия и надежности определения объекта на изображении модулем дальности 42 за счет того, что в процессе нахождения координат изображения Ц′₂ объекта интереса Ц на изображении 30 анализируется не все изображение, а только его часть, т.е. область поиска 74, содержащая изображение Ц′₂ объекта интереса Ц.

Модуль 43 кадрирования принимает из памяти пару изображений 32, данные 33 положения объектов, данные 35 собственные, определяет проводилась ли дополнительная калибровка, если проводилась, то из памяти принимаются скорректированные значения углов от датчиков углов поворота рам подвеса и значения фокусных расстояний объективов левой и правой камер, вычисляет коэффициент масштабирования изображения

предназначенный для приведения изображения 29 и 30 к единому масштабу в случае применения камер с разными фокусными расстояниями объективов.

По полученным данным модуль 43 кадрирования производит кадрирование левого и правого изображения, при этом на левом изображении 29 по данным положения кадрируется отдельно каждый