ТЕСТОМЕТРИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ ТОЧЕК ОБЪЕКТА Российский патент 1998 года по МПК G01C11/04 

Изобретение относится к фотограмметрии, конкретно - к цифровой фотограмметрии близких расстояний.

Известны тестометрические способы определения координат точек объекта при выполнении стереофотограмметрической съемки с близких расстояний с использованием переносного тест-объекта-каркаса, устанавливаемого перед съемочными камерами [1].

Известные тестометрические способы определения координат точек объекта трудоемки и не всегда обеспечивают необходимую точность.

Известен способ определения координат точек объекта, принятый в качестве прототипа, заключающийся в использовании переносного теста, выполненного в виде каркаса с калиброванными марками, координаты которых или расстояния между которыми определены с высокой степенью точности. Точки теста задают систему координат, где решается задача. Объект исследования помещают внутрь каркаса, затем производят поочередное экспонирование и получают стереопары снимков. После фотолабораторной обработки снимков измеряют координаты изображений марок и точек объекта. Затем путем линейного интерполирования относительно ближайших узлов определяют пространственные координаты точек объекта в системе координат теста [2].

Однако существующий тестометрический способ определения координат точек объекта не позволяет получать необходимую точность для точек, которые находятся сравнительно на больших расстояниях от узлов теста. Это обусловлено тем, что узлы теста только окружают объект исследования и не могут находиться, например, возле точек, характеризующих внутреннее строение исследуемого объекта. Кроме того, в ряде случаев ставится задача фотограмметрической или стереофотограмметрической съемки с целью бесконтактного измерения объектов для определения их формы, размеров, объемов, скорости движения и др., когда условия проведения работ, например, требование обеспечения безопасности оператора, исключает размещения узлов тест-объекта вокруг объекта и одновременного фотографирования на один фотоматериал узлов теста и точек объекта.

Задача, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, заключается в повышении производительности и точности осуществления тестометрического способа определения пространственных координат точек исследуемого объекта.

Поставленная задача достигается в поочередном фотографировании на один неподвижный светочувствительный материал тест-объекта и исследуемого объекта левой и правой съемочными камерами, определении пространственных координат точек объекта в системе координат теста путем интерполирования относительно ближайших узлов теста восстановленной совмещенной стереоскопической модели теста и объекта, согласно изобретению окрашивают конструкцию теста в черный матовый цвет, маркируют узлы теста светоимпульсными марками, работающими от одного источника питания, производят фотографирование теста и объекта на черном фоне, преобразуют левое и правое совмещение непрерывные (аналоговые) изображения в эквивалентные цифровые изображения, поочередно вводят эти изображения в компьютер, получают на экране дисплея компьютера объемную (стереоскопическую) геометрическую модель теста и исследуемого объекта, причем при стереоскопическом рассматривании восстанавливают только те узлы теста, которые ограничивают элементарное звено, в пределах которого расположена определяемая точка, а интерполирование осуществляют с помощью полиномов, отвечающих закону восстановленной геометрической модели теста.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Готовится переносной тест-объект-каркас в виде пространственной решетки. Элементарное звено такой решетки может быть кубом или параллелепипедом. Узлы пространственной решетки маркируются светоимпульсными марками, включенными в единую маркировочную сеть, работающей от единого источника питания и, следовательно, имеющую малую ошибку синхронизации. Элементы конструкции тест-объекта окрашивают в черный матовый цвет. Определяют геодезическим путем пространственные координаты закрепленных на конструкции теста светоимпульсных марок с высокой степенью точности (например, 0,1 - 0,5 мм). Координаты марок определяют в системе координат тест-объекта. Производят фотографирование объекта на черном фоне левой и правой съемочными камерами. Затем, выведя из зоны фотографирования снимаемый объект, на его место помещают тест-объект и на тот же фотоматериал, оставляя фотоаппараты в неизменном положении, т. е. не нарушая элементов внешнего и внутреннего ориентирования фотокамер, фотографируют одновременную вспышку всех марок теста. Так как осуществляется очень короткая вспышка марок, то на светочувствительном материале будет получено скрытое изображение марок теста (например, в виде креста). Расположение марок тест-объекта (расстояние между узлами) выбирают в зависимости от конкретных условий, и их изображение накладывается на изображение исследуемого объекта. Таким образом, получают на левом и правом снимках стереопары как изображение исследуемого объекта, так и изображения марок теста. После фотолабораторной обработки снимков получают видимое изображение. Очередность съемки исследуемого объекта и тест-объекта может меняться. Так как при описанном последовательном фотографировании объекта и тест-объекта не будут изображаться элементы конструкции тест-объекта, т.е. будут закрываться изображением элементов конструкций точки изучаемого объекта, то этим самым будет повышаться точность определения пространственных координат точек объекта в системе координат теста.

Далее преобразуют левое и правое совмещенные непрерывные (аналоговые) изображения в эквивалентные цифровые изображения, поочередно вводя эти изображения в компьютер, получают на экране дисплея компьютера объемную (стереоскопическую) геометрическую модель теста и исследуемого объекта, причем при стереоскопическом рассматривании восстанавливают только те узлы теста, которые восстанавливают элементарное звено, в его пределах расположена наблюдаемая точка. Этим самым устраняется недостаток существующих способов, когда при большом количестве изображений марок тест-объекта возможно слияние изображений несоответственных марок, следовательно, возникает опасность появления ошибок в определении координат точек изучаемого объекта. Интерполирование относительно ближайших узлов изображения теста осуществляют с помощью полиномов, отвечающих закону восстановленной геометрической модели теста.

В современных условиях предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как имеются сканеры, позволяющие преобразовывать непрерывные (аналоговые) изображения в эквивалентные цифровые изображения. Имеются компьютеры, позволяющие вводить цифровые изображения, получать по этим изображениям на экране дисплея объемную (стереоскопическую) геометрическую модель объекта.

Источники информации.

1. Черний А.Н. Рентгенотопография. - М.: Недра, 1981, 160 с.

2. Дубиновский В.Б. Калибровка снимков. - М.: Недра, 1982, 224 с.

Использование: в цифровой фотограмметрии близких расстояний. Способ включает поочередное фотографирование на один неподвижный светочувствительный материал, установленный в левой и правой съемочной камере, тест объекта с известными координатами его узлов в системе координат теста, и исследуемого объекта, определение пространственных координат путем интерполирования относительно ближайших узлов восстановленной модели теста и объекта. Тест окрашивают в черный матовый цвет. Узлы теста маркируют светоимпульсными марками, работающими от одного источника питания. Фотографирование теста осуществляют на черном фоне. Полученные левое и правое совмещенные изображения преобразуют в эквивалентные цифровые изображения, которые вводят поочередно в компьютер. На экране дисплея получают объемную стереоскопическую модель теста и исследуемого объекта. При стереоскопическом рассматривании на экране дисплея рассматривают только те узлы, которые ограничивают элементарное звено, в пределах которого расположена определяемая точка. Технический результат изобретения заключается в повышении производительности и точности осуществления тестометрического способа определения пространственных координат точек исследуемого объекта.

Тестометрический способ определения координат точек объекта, заключающийся в поочередном фотографировании на один неподвижный светочувствительный материал тест-объекта и исследуемого объекта левой и правой съемочными камерами, получении левого и правого видимых совмещенных изображений теста и объекта, получении совмещаемой стереоскопической модели теста и исследуемого объекта, восстановлении совмещенной стереоскопической модели теста и объекта, определении пространственных координат точек объекта в системе координат теста путем интерполирования относительно ближайших узлов восстановленной совмещенной стереоскопической модели теста и объекта, отличающийся тем, что окрашивают конструкцию теста в черный матовый цвет, маркируют узлы теста светоимпульсными марками, работающими от одного источника питания, фотографирование теста и объекта производят на черном фоне, преобразуют левое и правое совмещенные аналоговые изображения в эквивалентные цифровые изображения, пооочередно вводят эти изображения в компьютер, получают на экране дисплея компьютера объемную геометрическую модель теста и исследуемого объекта, причем при стереоскопическом рассматривании восстанавливают только те узлы теста, которые ограничивают элементарное звено, в пределах которого расположена определяемая точка, а интерполирование осуществляют с помощью полиномов, отвечающих закону восстановления геометрической модели теста.