способ ориентирования видеокамер при измерении геометрических параметров крупногабаритных объектов

Формула изобретения

Способ ориентирования видеокамер при измерении геометрических параметров крупногабаритных объектов, заключающийся в том, что для измерения используют две видеокамеры соответственно для двух противоположных линий контура объекта, изображение этих линий предельно с одинаковым коэффициентом увеличивают и формируют в виде последовательности сегментов путем перемещения объекта на один сегмент за кадр, совмещают границы плоскостей анализа с осями измерительной системы координат, сканируют изображение объекта по строкам кадра, получают информационный сигнал, по которому с учетом известного заранее соотношения между системами координат, связанных соответственно с объектом и плоскостями анализа видеокамер, вычисляют координаты контура объекта, отличающийся тем, что перед измерениями ориентируют плоскости анализа видеокамер по азимуту, углу цели и углу крена, для чего в объектном пространстве системы технического зрения устанавливают светонепроницаемый прямоугольный экран минимальных размеров, которые выбирают так, чтобы ни одна из частей линии контура объекта при совмещении его с экраном не смогла оказаться за пределами контура экрана, наводят видеокамеры на противоположные края экрана, а в результате ориентации видеокамер между левой вертикальной границей плоскости анализа левой видеокамеры и соответствующей левой границей экрана, а также между правой вертикальной границей плоскости анализа правой видеокамеры и соответствующей ей правой границей экрана создают прямоугольные защитные плоскости, размеры которых измеряют, суммируют их с заранее известными размерами светонепроницаемого экрана и получают параметры размещения плоскостей анализа в измерительной системе координат, при этом положение измерительной системы координат в объектном пространстве оказывается сориентированным относительно светонепроницаемого экрана.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в системах технического зрения, в частности для осуществления контроля геометрических параметров крупногабаритных объектов.

Известен телевизионный способ определения координат контура объекта, заключающийся в том, что формируют изображение объекта в плоскости анализа видеокамеры, совмещают границы плоскости анализа с оси системы координат, сканируют изображение по строкам кадра, получают информационный видеосигнал, по которому с учетом известного заранее соотношения между системами координат, связанных соответственно с объектом и с плоскостями анализа видеокамеры, вычисляют координаты контура объекта (С.Л. Горелик, В.М. Кац, В.И. Киврин. Телевизионные измерительные системы. М. Связь. 1980. С. 19 21, 52).

Недостатком известного способа измерения является низкая точность определения координат контура для крупногабаритного объекта.

Наиболее близким к заявляемому является телевизионный способ измерения крупногабаритных объектов, заключающийся в том, что формируют изображение объекта в плоскости анализа видеокамер, совмещают границы плоскости анализа с осями системы координат, сканируют изображение по строкам кадра, получают информационный сигнал, по которому, с учетом известного заранее соотношения между системами координат, связанных соответственно с объектом и с плоскостями анализа видеокамеры, вычисляют координаты контура объекта, отличающийся тем, что с целью повышения точности для измерения используют две видеокамеры соответственно для двух противоположных линий контура объекта, изображение этих линий предельно, с одинаковым коэффициентом увеличивают и формируют в виде последовательности сегментов путем перемещения объекта, при смене кадра на один сегмент (авторское свидетельство, Россия, N 4810631, кл. C 01 B 21/00, 1993).

Недостатком известного способа является отсутствие в нем описания приема ориентирования видеокамер, предшествующего измерению геометрических параметров объекта. Ориентирование видеокамер в объектном пространстве системы технического зрения позволяет совместить системы координат плоскостей анализа видеокамер с измерительной системой координат, а также получить числовое значение параметров размещения плоскостей анализа в измерительной системе координат, без которых невозможен пересчет координат объекта из систем координат плоскостей анализа в измерительную систему координат.

Технической задачей заявляемого является получение способа ориентирования видеокамер в объектном пространстве системы технического зрения, который позволяет совместить системы координат плоскостей анализа видеокамер с измерительной системой координат и определить числовые значения параметров размещения плоскостей анализа видеокамер в измерительной системе координат.

Поставленная цель достигается тем, что для измерения используют две видеокамеры соответственно для двух противоположных линий контура объекта, изображение этих линий предельно, с одинаковым коэффициентом увеличивают и формируют в виде последовательности сегментов путем перемещения объекта на один сегмент, совмещают границы плоскостей анализа с осями измерительной системы координат, сканируют изображение объекта по строкам кадра, получают информационный сигнал, по которому с учетом заранее известного соотношения между системами координат, связанных соответственно с объектом и плоскостями анализа видеокамер, вычисляют координаты контура объекта, перед измерениями ориентируют плоскости анализа видеокамер по азимуту, углу цели и углу крена, для чего в объектном пространстве системы технического зрения устанавливают светонепроницаемый прямоугольный экран минимальных размеров, которые выбирают так, чтобы ни одна из частей линии контура объекта при совмещении его с экраном не смогла оказаться за пределами контура экрана, наводят видеокамеры на противоположные края экрана, а в результате ориентации видеокамер между левой вертикальной границей плоскости анализа левой видеокамеры и соответствующей левой границей экрана, а также между правой вертикальной границей плоскости анализа правой видеокамеры и соответствующей ей правой границей экрана, создают прямоугольные защитные плоскости, габаритные размеры которых измеряют и, суммируя их с заранее известными размерами светонепроницаемого экрана, получают параметры размещения плоскостей анализа в измерительной системе координат, при этом положение измерительной системы координат в объектном пространстве оказывается сориентированным относительно светонепроницаемого экрана.

На фиг. 1, поясняющей принцип действия способа ориентирования видеокамер, представлены: 1, 2 блоки источников подсвета, 3 светонепроницаемый экран, 4 измерительная платформа, 5, 6 блоки видеокамер и связанные с видеокамерами системы координат x₁, y₁, z₁ и x₂, y₂, z₂.

Ориентирование видеокамер осуществляется посредством наведения их на края светонепроницаемого экрана и соответствующей регулировки по азимуту (угол ₁,₂ ), углу крена ₁, ₂ и углу цели ₁, ₂ При правильном ориентировании видеокамер на левом краю плоскости анализа левой видеокамеры и на правом краю плоскости анализа правой видеокамеры, соответственно, формируются защитные плоскости (a, b, c, d) и (e, f, g, k) прямоугольной формы, как показано на фиг. 2.

Если левая видеокамера будет не ортогональна оси y₂, то защитный интервал в ее плоскости анализа примет, соответственно, вид трапеции, как это показано на фиг. 3, а при еще большем увеличении угла крена ₂ вид геометрической фигуры в левом краю плоскости анализа левой видеокамеры приобретет более сложный характер. Если левая видеокамера будет не ортогональна оси z₂ и угол цели ₂ окажется меньше 90^o, то защитный интервал в плоскости анализа левой видеокамеры примет искаженный вид, показанный на фиг. 4. Изображение защитного интервала можно пронаблюдать на экране видеоконтрольного устройства во время ориентирования видеокамер.

Расстояние от левой вертикальной границы плоскости анализа левой видеокамеры до правой вертикальной границы плоскости анализа правой видеокамеры L согласно фиг. 2, определяется по формуле

L l₁ + l₂ + l₃

где l₁ ширина защитной плоскости в плоскости анализа левой видеокамеры;

l₂ ширина светонепроницаемого экрана;

l₃ ширина защитной плоскости в плоскости анализа правой видеокамеры.

Числовой параметр смещения начала отсчета системы координат правой видеокамеры X₀ по оси абсцисс измерительной системы координат определяется по формуле

X₀ L A

где A ширина плоскости анализа правой видеокамеры.

Числовой параметр смещения начала отсчета системы координат плоскости анализа левой видеокамеры можно совместить с началом отсчета измерительной системы координат, как это показано на фиг. 2.

Система технического зрения, в которой реализуется предполагаемый способ ориентирования видеокамер, представлена на структурной схеме фиг. 5.

Система технического зрения содержит блок 1 источник подсвета правой плоскости анализа, блок 2 светонепроницаемый экран, блок 3 правая видеокамера, блок 4 устройство обработки сигналов правой видеокамеры, блок 5 буферное запоминающее устройство, блок 6 измерительная платформа с электроприводом и устройством управления, блок 7 видеоконтрольное устройство, блок 8 микроЭВМ, блок 9 источник подсвета левой плоскости анализа, блок 10 левая видеокамера, блок 11 устройство обработки сигналов левой видеокамеры, блок 12 буферное запоминающее устройство.

Принцип действия системы технического зрения при ориентировании видеокамер заключается в следующем. С подачей питающих напряжений в систему технического зрения посредством блока 1 и блока 9 осуществляют подсвет объектного пространства и по истечению времени прогрева блока 7 на экране ВКУ можно увидеть сформированное блоком 3 и блоком 10 изображение светонепроницаемого экрана. Устанавливая видеокамеры под углами (₁, ₂; ₁, ₂; ₁, ₂), соответственно получают области (a, b, c, d) и (e, f, g, k) в виде пространства, ограниченного сторонами трапеции или прямоугольника и высвеченного на экране ВКУ светлым тоном. При необходимости сформировать изображение прямоугольника из изображения трапеции, регулируют угол крена а если изображение светонепроницаемого экрана окажется опущенным или приподнятым как на фиг. 4, то регулируют угол цели b в результате чего получают изображение, показанное на фиг. 2.

Кроме того, сформированные в блоке 3 и в блоке 10 видеосигналы поступают в блок 4 и блок 11, где осуществляется их цифровая обработка, после чего соответствующие видеосигналам цифровые коды данных о размере защитных интервалов поступают в блок 5, а также в блок 12 и запоминаются там. Посредством цифрового дисплея блока 8 можно прочитать числа из блока 5 и блока 12, соответствующие размерам защитных плоскостей, и по анализу этих чисел убедиться в том, что насколько точно сформированное в блоке 3 и в блоке 10 изображение защитного интервала отвечает необходимым размерам и требованию прямоугольности.