УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПАНОРАМНОЙ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ ФОТОСЪЕМКИ Российский патент 2023 года по МПК G03B37/00 G01C3/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования панорамных пространственных изображений, позволяя измерять расстояния до окружающих объектов, а также их отдельных частей, отличающихся по цвету, посредством цифровой обработки получаемых этим устройством фотоснимков.

Известна система [1], предназначенная для пассивного определения координат источника излучения (горизонтального угла, угла возвышения и расстояния) посредством двух идентичных инфракрасных устройств пассивного типа для панорамного наблюдения (видеокамер). Видеокамеры в данной системе располагаются на одной вертикальной оси, вокруг которой они могут синхронно вращаться, и на известном друг от друга расстоянии таким образом, что их оптические оси всегда находятся в одной вертикальной плоскости. При этом расстояние определяется методом триангуляции по получаемым от каждой из камер углам видимого смещения источника излучения. Недостатками этого способа являются необходимость разноса видеокамер на некоторое расстояние друг от друга, что увеличивает габариты системы. Кроме того, необходимость использования двух видеокамер существенно увеличивает стоимость системы и снижает ее надежность.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является принятое за прототип устройства на основе цифрового фотоаппарата [2]. В указанном устройстве с помощью фотоаппарата получают цифровой снимок объектов. Затем оптическая ось фотоаппарата перемещается по горизонтали на заданный угол, и получают второй снимок этих объектов. Путем корреляционной обработки, вычисляется расстояние, на которое изображение объекта сместилось на втором снимке относительно первого вследствие поворота фотоаппарата. Дальность до объекта определяется как отношение расстояния смещения его изображения к тангенсу угла поворота фотоаппарата. Недостатком этого устройства является то, что применяемая в нем корреляционная обработка двух снимков не позволяет измерять расстояние более чем до одного объекта и при этом фон объекта должен быть однородным. Кроме этого, в данном устройстве не принимается в расчет фокусное расстояние объектива используемого фотоаппарата, что может приводить к возникновению большой погрешности измерения дальности объекта.

Достигаемый технический результат заключается в обеспечении возможности измерения дальностей до всех объектов, а также до их отдельных частей, отличающихся по цвету и находящихся в поле зрения устройства.

Поставленная задача решается благодаря тому, что в составе устройства имеется трегер с помощью которого осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения:

где ω - угол поворота фотоаппарата;

х₁ - абсцисса центра сегмента на первом снимке;

х₂ - абсцисса центра сегмента на втором снимке;

ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата.

Свойство, появляющееся у заявляемого устройства - высокая скорость формирования пространственных панорамных изображений окружающих объектов, визуально отличающихся от примыкающих к ним объектов по цвету.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, где на фиг. 1 изображен внешний вид устройства для панорамной пространственной фотосъемки; на фиг. 2 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 3 показана принципиальная схема построения изображения в оптической системе фотоаппарата на примере объекта, расположенного в точке А, проектирующегося на плоскость изображения фотоаппарата 5 до и после поворота фотоаппарата на заданный угол ω; на фиг. 4 приведен график погрешности определения дальности объектов устройством.

Устройство для панорамной пространственной фотосъемки содержит: фотоаппарат 1, блок поворота фотоаппарата 2, трегер 3, блок цифровой обработки изображений 4, блок управления 5.

Формирование панорамных пространственных изображений объектов осуществляется следующим образом. Устройство для панорамной пространственной фотосъемки (фиг. 1) устанавливается в заданном месте и горизонтируется с помощью трегера 3. Управление устройством (фиг. 2) выполняется с помощью блока управления 5. После подачи команды на формирование пространственного панорамного изображения блок поворота фотоаппарата 2 начинает вращать фотоаппарат 1 вокруг вертикальной оси вращения с заданным угловым шагом. После каждого поворота фотоаппарат 1 делает фотоснимок объектов, находящихся в поле ее зрения. Полученные фотоснимки обрабатываются в блоке цифровой обработки изображений 4. Определение дальности объектов и формирование пространственного панорамного изображения устройством производится по следующему алгоритму работы.

Принцип действия устройства (фиг. 3) объясняется законами геометрической оптики, в соответствии с которыми проектируемые лучи от некоторого объекта, расположенного в точке А, входят в объектив фотоаппарата под некоторым углом к его оптической оси 6, после чего преломляются и выходят под тем же углом к оптической оси фотоаппарата. Таким образом, на плоскости изображения фотоаппарата 7 формируется изображение объекта. Затем фотоаппарат поворачивается на угол ω вокруг вертикальной оси, проходящей через центр плоскости изображения 7, и делается следующий снимок.

Полученные фотоснимки упорядочиваются по времени их создания. Для каждой пары фотоснимков в данной последовательности осуществляется цифровая обработка изображения по области взаимного перекрытия фотоснимков. Изображения на фотоснимках в данной области сегментируются на изолированные по цвету сегменты, состоящие из связанных друг с другом пикселей, цвет которых находится в одном диапазоне цвета. Поскольку снимки объектов получают с разных ракурсов съемки, то цвет одного и того же объекта на двух разных снимках может отличаться. Поэтому поиск идентичных сегментов в области взаимного перекрытия двух фотоснимков производится путем корреляционной обработки по следующим признакам: координаты геометрических центров, площадь, размеры описанного прямоугольника, среднее значение компонентов цвета. Дальность каждого объекта, представленного сегментом на фотоснимках, вычисляется из выражения:

Найденные дальности позволяют составить карту глубины изображения и объединить смежные объекты, находящиеся на одинаковом удалении от точки съемки. Горизонтальные и вертикальные углы направлений на эти объекты определяются из выражений:

Полученные сегменты представляются в сферической системе координат и образуют пространственное панорамное изображение.

Проведена оценка погрешности определения дальности объектов устройством (фиг. 4). В составе устройства использован фотоаппарат с фокусным расстоянием объектива 50 мм, имеющим разрешение матрицы 4000×3000 пикселей и физический размер пикселя матрицы 1,6 мкм. Тестовые объекты размещались на разных расстояниях от устройства в диапазоне [200, 10000] мм, действительные значения расстояний до объектов определялись лазерным дальномером с абсолютной погрешностью 1 мм. При этом вероятность идентификации объектов по визуальным признакам в области взаимного перекрытия фотоснимков достигает 95%.

Источники информации

1. Европейский патент на изобретение ЕР №0379425 А1 от 18.01.1989 г. МПК G01S 5/16 «System for determining the position of at least one target by means of triangulation». Авторы: Michel P.B., Michel B.B., Andre' R.D. Опубликовано 25.07.1990 г.

2. Патент на полезную модель BY №6127 U «Измеритель расстояний». МПК G01C 3/00. Автор: Козлов В.Л. Опубликовано: 30.04.2010 г.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для формирования панорамных пространственных изображений, позволяя измерять расстояния до окружающих объектов, а также их отдельных частей, отличающихся по цвету, посредством цифровой обработки получаемых этим устройством фотоснимков. В составе устройства имеется трегер, фотоаппарат, блок поворота фотоаппарата, блок цифровой обработки изображений, блок управления. С помощью трегера осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения

где ω - угол поворота фотоаппарата; x₁ - абсцисса центра сегмента на первом снимке; х₂ - абсцисса центра сегмента на втором снимке; ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата. 4 ил.

Устройство для панорамной пространственной фотосъемки, включающее фотоаппарат, блок поворота фотоаппарата, блок цифровой обработки изображений, блок управления, отличающееся тем, что в составе устройства имеется трегер, с помощью которого осуществляется горизонтирование фотоаппарата, так чтобы его плоскость изображения располагалась вертикально и обеспечивалась возможность формирования на ней массива изображений окружающих объектов, получаемых с заданным угловым шагом после каждого поворота фотоаппарата вокруг вертикальной оси, сегментация этих изображений по цвету, обнаружение идентичных сегментов на фотоснимках, имеющих область взаимного перекрытия, и определение центров этих сегментов в системе координат фотоснимков, при этом расстояние до сегмента на фотоснимке вычисляется из выражения

где ω - угол поворота фотоаппарата; x₁ - абсцисса центра сегмента на первом снимке; х₂ - абсцисса центра сегмента на втором снимке; ƒ - фокусное расстояние фотоаппарата.