Спосіб візування цифровою камерою

Запропонований спосіб відноситься до області геодезії, зокрема до методів кутових вимірювань за допомогою цифрових оптико - електронних приладів. Відомі способи візування, наприклад: - візуальний, за допомогою оптичної зорової труби [1], при цьому використовують методи візування зоровою трубою нівеліра, теодоліта та ін., де для візування застосовують сітки і шкали з вертикальними і горизонтальними нитками; - фототеодолітний метод, в якому виконують візування мішенню фото приймального пристрою по горизонтальному або вертикальному штриху, а також по зображенню точки [2]. Як аналог прийнятий за прототип може бути використаний спосіб візування [2]. Недоліком даного способу є залежність точності візування від розмірів пікселя мішені фотоприймача, що не дозволяє досягти високої точності вимірювань. Задачею винаходу є створення способу візування, що забезпечує наведення візирної осі приладу на візирну ціль з підвищеною точністю, що перевищує можливості пікселя. Поставлена задача вирішується за рахунок створення способу візування цифровою камерою, що оснований на визначенні координати V-подібного зображення візирної цілі у полі зору цифрової камери, який відрізняється тим, що при вимірюванні місцеположення зображення візирної цілі на мішені матричного фотоприймача цифрової камери, сумують відліки по рядках мішені фотоприймача, в зонах як мінімум переднього і заднього фронтів зображення фігури цілі, а рядки мішені орієнтують по напряму вимірювань перпендикулярно до бісектриси, Vподібного зображення цілі, і обчислюють координату вершини фігури зображення цілі за формулою: 1 t +h A= å (ai P + aiЗ - 1) , де 2h t і - номер пікселя в рядку; a iP - номер пікселя перед лінією переднього фронту фігури; aiЗ - номер пікселя перед лінією заднього фронту фігури; h - висота зображення в пікселях; t - номер рядка початку відліку пікселей; при цьому вводять поправку за нахил фігури від площини, утвореною напрямом стовпців мішені фотоприймача і лінії візування на ціль, яка визначається по асиметрії зміни відліків для переднього і заднього фронтів за напрямом стовпців мішені фотоприймача. Технічним результатом являється підвищення точності візування цифровим оптико - електронним приладом, що допомагає підвищити загальну точність кутових вимірювань. Запропонований спосіб може бути реалізований пристроєм, блок-схема якого зображена на Фіг.1 1 - візирна ціль; 2 - об’єктив цифрової камери; 3 - матричний фотоприймач; 4 - блок формування; 5 - блок обробки інформації; 6 - блок пам’яті; 7 - блок запису та зберігання інформації; 8 - блок індикації; На Фіг.2 схематично зображено розміщення зображення V - образної візирної цілі на вимірювальній мішені, наприклад на ПЗЗ- матриці. Домовимося рахування пікселів виконувати зліва направо (i=l,k,n) та зверху вниз (i=l,t,m), при цьому: k, t - координати вершини V - подібної фігури; h - висота фігури; b - основа (базис) фігури; k-1/2b, t+h - координати точок лівого кінця базиса; k+1/2b, t+h - координати точок правого кінця базиса; 1 1 Лінія, що сполучає крапки (k,t) з (к– b,t + h), є переднім фронтом (ПФ) фігури і з (k+ b,t+h) - заднім 2 2 фронтом (ЗФ). Лінія фронту - це контрастна лінія переходу межі фігури (наприклад, на чорному фоні світлий колір фігури, або на світлому фоні чорний колір). Розпізнавання фігури можна проводити по куту між лініями ПФ і ЗФ, а також по відношенню розмірів h і b. Крім того, поряд з фігурою можна розмістити код візирної цілі. Нахил лінії ПФ (ЗФ) буде рівний a b -ПФ tg a = æ - b ö -ЗФ (1) tg = + ç ÷ 2 2h 2 è 2h ø Розглянемо варіант чутливості матриці, при якому пікселі ініціюють електричний сигнал у разі засвічування не b =0,3 і округлення номера пікселя за заданої умови менше 0,5 площі пікселя. Необхідно врахувати відношення 2h (на чорному фоні світлий колір фігури). Якщо вертикальна лінія К на рис. 1 ділить фігуру навпіл, то: № Pj t Для h=10 b=6 відносно Округлюючи значення К відносно К 0 0 Dп Відлік Рі відносно К 0 1b p2 1b 2 p 4h 3b 2 p 4h 5b 2 p 4h 7b 2 p 4h 9b 2 p 4h 11 b 2 p 4 h 13 b 2 p 4 h -0,15p2 0 -0,45p2 -1 -0,75p2 -1 -1,05p2 -1 -1,35p2 -2 -1,65p2 -2 -1,95p2 -2 (2l - 1) b 2 p 4 h (2h - 1) b 2 p 4 h t+8®-2,25p2 t+9®-2,55p2 t+10® -2,83p2 -3 t+1 t+2 t+3 t+4 t+5 t+6 t+7 t+l t+h -3 Dп - приріст сигналу від рядка до наступного рядка. Вправо від лінії К будуть ті ж значення, але із знаком (+). При цьому середнє значення по кожному рядку буде рівним 0, тобто знаходиться на лінії К. p =±0,05p Очевидно, що при n=100 втрата одного імпульсу (сигналу від одного пікселя) дає похибку sр= 20 Розглянемо зміщення зображення візирної цілі на величину Dх: - всі значення сигналів по рядкам на лінії ПФ зміняться на величину -Dхр2 (нехтуючи похибкою другого і (2 l - 1) b 2 вищого порядку), тобто на p 4 h ( 2l - 1) b 2 - всі значення ЗФ збільшуються на Dхр2, тобто на + p 4 h Тоді отримаємо: при Dх=0,1р NN рядків Зміна сигналів на Зміна сигналів ПФ лінії ЗФ лінії t +0,1р2 0 +0,1р2 t+1 -0,05р2 0 +0,25р2 2 t+2 -0,35р 0 +0,55р2 2 t+3 -0,65р -1 +0,85р2 2 t+4 -0,95р -1 +1,15р2 2 t+5 -1,25р -1 +1,45р2 2 t+6 -1,55р -2 +1,75р2 t+7 -1,85р2 -2 +2,05р2 2 t+8 -2,15р -2 +2,35р2 2 t+9 -2,45р -2 +2,65р2 2 t+10 -2,75р -3 +2,95р2 при Dх=0,2р на Ср. знач. Зміна сигналів на Зміна сигналів на Сер. знач. (ПФ+ЗФ)/2 ПФ лінії ЗФ лінії (ПФ+ЗФ)/2 0 0 +0,2р2 0 +0,2р2 0 0 0 0 +0,05р2 0 +0,35р2 0 0 1 +0,5 -0,25р2 0 +0.65р2 1 +0,5 1 0 -0,55р2 -1 +0,95р2 1 0 2 1 0 -0,85р -1 +1,25р2 1 0 1 0 -1,15р2 -1 + 1,55р2 2 +0,5 2 0 -1,45р2 -1 +1,85р2 2 +0,5 2 0 -1,75р2 -2 +2,15р2 2 0 2 0 -2,05р2 -2 +2,45р2 2 0 3 +0,5 -2,35р2 -2 +2,75р2 3 +0,5 3 0 -2,65р2 -3 +3,05р2 3 0 Ср. +0,1 Ср. +0,2 Таким чином, можна реально одержати високу чутливість матриці (не гірше ±0,05р) і точність візування, як мінімум на порядок вище за точність, відповідну єдиному пікселю для випадку традиційного візування. При дослідженні впливу нахилу зображення візирної цілі відносно осі координат матриці мішені, звернемо увагу, що при паралельності бісектриси зображення візирної цілі і осі однієї з координат матриці (наприклад осі X) відліки по мішені симетричні, а при нахилу зображення має місце асиметрія, величина якої залежить від кута нахилу (буде мати місце зміна величини D = ± 2h p 2 ). Ця залежність використовують для обчислення поправки за 4h нахил зображення і вводять її в результат візування. Пристрій, що зображений схематично на Фіг.1 реалізує запропонований спосіб наступним чином. При візуванні цифровою камерою (елементи 2 і 3) на візирну ціль 1 в площині зображень камери на мішені фотоприймача 3 отримають спроектоване зображення V - подібної візирної цілі та її код. На Фіг.1 лінія візирування та візирні осі ЦК показані жирною лінією між елементами 1-3. Дані вимірювань (відліки по рядках матриці в точках перетинання рядками ліній переднього і заднього фронтів зображення фігури візирної цілі) потрапляють в блок формування 4. В блоці 4 виконується формування звітів по рядкам. Отриманий результат передають в блок обробки інформації 5. Одночасно із блоку 4 передають дані: код візирної цілі, відносне положення ліній переднього і заднього фронтів зображення візирної цілі. По цім даним блок 6 видає в блок 5 характеристики візирної цілі (координати геодезичного знаку і його висоту). В блоці 5 виконується додавання відліків по передньому і задньому фронтам зображення візирної цілі, і знаходження середнього по кожному рядку. Після цього виконується додавання середніх відліків по рядках і розподіл отриманої суми на кількість рядків, по яким були отримані відліки ліній переднього і заднього фронтів зображення візирної цілі. При цьому обчислюють координату вершини фігури зображення цілі за формулою: 1 t +h A= å (ai P + aiЗ - 1) , де 2h t і - номер пікселя в рядку; a i P - номер пікселя перед лінією переднього фронту фігури; a iЗ - номер пікселя перед лінією заднього фронту фігури; h - висота зображення в пікселях; t - номер рядка початку відліку пікселей; та вводять поправку за нахил фігури від площини, утвореною напрямом стовпців мішені фотоприймача і лінії візування на ціль, яка визначається по асиметрії зміни відліків для переднього і заднього фронтів за напрямом стовпців мішені фотоприймача. Таким чином, запропонований спосіб візування цифровою камерою дозволяє суттєво підвищити точність візування, за рахунок використання масиву відліків по пікселям і обчислення часток піксельних інтервалів. Література 1. Чеботарев А.С., Селиханович В.Г., Соколов М.М. Геодезия Ч.И, Геодезиздат, - М.: 1962г. 2. Баран П.И., Видуев Н.Г., Войтенко СП., Полищук Ю.В., Шевердин П.Г. «Справочник по инженерной геодезии», - К.: «Вища школа», 1978г.