Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової неметричної знімальної камери

Реферат: Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової неметричної знімальної камери належить до короткобазисного стереофотограмметричного методу у різних галузях науки і техніки: випробування гідротехнічних споруд на моделях, дослідження деформацій вузлів та механізмів, медицині тощо. Відповідно до винаходу виконують знімання контрольно-вимірної сітки. На кутомірному пристрої додатково встановлюють дзеркало з можливістю відхилення зображення контрольно-вимірної сітки в об'єктив камери. Значення фокусної віддалі обчислюють за координатами перехресть контрольно-вимірної сітки та горизонтальними і вертикальними кутами, які виміряють між напрямками на центральне та інші перехрестя. Контрольно-вимірну сітку встановлюють від об'єктива цифрової неметричної знімальної камери на фіксованих віддалях, які не знаходяться для даного об'єктива в нескінченності. За значеннями координат та горизонтальних і вертикальних кутів, визначають еквівалентну фокусну віддаль. За отриманими значеннями судять про реальну фокусну віддаль цифрової неметричної знімальної камери. Технічним результатом є підвищення точності координат точок об'єктів, які досліджуються. UA 99984 C2 (12) UA 99984 C2 UA 99984 C2 5 10 Винахід належить до наземного цифрового фототеодолітного знімання і може бути використаний у короткобазисній фотограмметрії при визначенні координат точок об'єктів цифровою неметричною знімальною камерою (ЦНЗК). На відміну від довгобазисного фотограмметричного знімання, при якому для фокусної віддалі об'єктива знімальної камери об'єкт знаходиться у нескінченності, у короткобазисній фотограмметрії об'єкт розташований на відстані, значно ближчій, що не відповідає налаштуванню об'єктива камери на безмежність, тому фокусна віддаль, яка зазначена на об'єктиві камери, не відповідає реальній (еквівалентній). Отже, виникає необхідність визначити еквівалентну фокусну віддаль ЦНЗК. Відомий спосіб визначення еквівалентної фокусної віддалі, який полягає у тому, що роздільно переміщують кожен із компонентів об'єктива найпростішої конструкції з фокусними ' ' віддалями f1 і f2 і визначають зміну еквівалентної фокусної віддалі із рівнянь: f'  15 20 25 30 35 40 45 50 ' ' f1  f 2 ' ' f1  f 2  d , (1)  f'  d  , (2) S'  f '  1  f'   1  ' і ' - фокусні віддалі компонентів об'єктива цифрової камери; де f1 f2 d - віддаль між задньою головною точкою першого компонента і передньою головною точкою другого компонента об'єктива ЦНЗК; f ' - еквівалентна фокусна віддаль; S' - віддаль між останньою лінзовою поверхнею компонента і площиною зображення [Прядко А. Объективы с переменным фокусным расстоянием и оптические насадки / А. Прядко, А. Гребинь // ТВ технологии: информационно-технический журнал.- Издательство "Укрпапир". Киев, 2007. - № 1. - 2008. - С. 26-29.]. Як видно із рівнянь (1), (2), в двокомпонентній системі зміна фокусної віддалі відбувається зі зміною d. При цьому найбільший діапазон зміни значення фокусної віддалі дає система, що складається із позитивної і негативної лінз приблизно однакової оптичної сили. В цьому випадку: ' ' f1  f2  0. Тому навіть незначна зміна величини d дає значну зміну фокусної віддалі f ' об'єктива. Однак, для визначення еквівалентної фокусної віддалі за цим способом необхідно знати значення d, яке реально можна безпосередньо виміряти, наприклад: із допомогою штангенциркуля. У той же час, необхідно зауважити, що на сьогодні середня квадратична точність фотограмметричних вимірювань складає m x = 0,005 мм. Тобто, з такою точністю безпосередніми промірами визначити віддаль між задньою головною площиною першого компонента і передньою головною площиною другого компонента об'єктива ЦНЗК практично неможливо, а відтак це дасть значну похибку в обчислені координати точок об'єктів. Відомий спосіб визначення фокусної віддалі ЦНЗК, згідно з яким на кутомірному пристрої встановлюють дзеркало з можливістю відхилення зображення контрольно-вимірної сітки в об'єктив камери, виконують знімання контрольно-вимірної сітки, вимірюють координати перехресть контрольно-вимірної сітки та горизонтальні і вертикальні кути між напрямками на центральне та інші перехрестя, за якими обчислюють значення фокусної віддалі [Патент на винахід № 94376UA МПК. В.М. Глотов, О.Д. Пащетник Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової знімальної камери. Опубл. бюл. № 8, 2011]. Але цей спосіб не придатний у короткобазисній фотограмметрії, оскільки здійснюється знімання точок об'єктів, розташованих у нескінченності для об'єктиву ЦНЗК. В основу винаходу поставлена задача вдосконалити спосіб визначення фокусної віддалі ЦНЗК, в якому нове розташування контрольно-вимірної сітки дало би можливість визначити еквівалентну фокусну віддаль об'єктива ЦНЗК із точністю, не гіршою, ніж точність вимірювання координат точок об'єкта, що забезпечить суттєве підвищення точності виміряних координат точок зображення у короткобазисній фотограмметрії. Поставлена задача вирішується тим, що в способі визначення фокусної віддалі об'єктива, згідно з яким на кутомірному пристрої встановлюють дзеркало з можливістю відхилення зображення контрольно-вимірної сітки в об'єктив ЦНЗК, виконують знімання контрольновимірної сітки, виміряють координати перехресть контрольно-вимірної сітки та горизонтальні і вертикальні кути між напрямками на центральне та інші перехрестя, згідно з винаходом, контрольно-вимірну сітку встановлюють від об'єктива ЦНЗК на фіксованих віддалях, які не 1 UA 99984 C2 5 10 15 20 25 30 знаходяться для даного об'єктива в нескінченності, і за значеннями координат та горизонтальних і вертикальних кутів, визначають еквівалентну фокусну віддаль, за якою вираховують реальну фокусну віддаль ЦНЗК. Суть способу визначення еквівалентної фокусної віддалі ЦНЗК полягає у наступному. Зображення контрольно-вимірної сітки відбивається від площини дзеркала, закріпленого на кутомірному пристрої - електронному тахеометрі і через об'єктив ЦНЗК передається на площину розміщеної у фокальній площині ПЗЗ - матриці. Поворотом дзеркала центральну марку окуляра ЦНЗК суміщають з перетинами контрольно-вимірної сітки і таким чином виміряють відстані на ній (наприклад по осі х - х). Технологічно спосіб здійснюють наступним чином. Кутомірний пристрій - електронний тахеометр приводять в робоче положення і на верхній частині його зорової труби встановлюють плоске дзеркало, яке розташовують вертикально за допомогою накладного рівня. На фіксованій відстані (див. табл.) від електронного тахеометра розміщують і орієнтують ЦНЗК. Дзеркало встановлюють перпендикулярно оптичної осі ЦНЗК. Приводять зорову трубу електронного тахеометра в горизонтальне положення. ЦНЗК встановлюють таким чином, щоб центральна марка окуляра співпадала із центром дзеркала. Встановлюють контрольно-вимірну сітку на фіксованій відстані від об'єктива ЦНЗК, з якої здійснюють знімання об'єкту дослідження. За допомогою рулетки вимірюють відстань від ЦНЗК до дзеркала та від дзеркала до контрольновимірної сітки. Контрольно-вимірну сітку орієнтують так, щоб центральна мітка окуляра ЦНЗК ковзалася по головній горизонтальній лінії сітки. Дзеркало повертають на 45° відносно головної оптичної осі об'єктива ЦНЗК, а контрольно-вимірну сітку орієнтують до співпадіння центрального перехрестя сітки та центральної марки окуляра ЦНЗК. Зображення марки переміщають за допомогою дзеркала на визначені перетини сітки, які потрапляють на край кадрової рамки ЦНЗК, юстувальним гвинтом сітки досягають рівності кутів - відповідно з лівої та правої частини контрольно-вимірної сітки. Візують марку окуляра на відповідні перетини контрольно-вимірної сітки та вимірюють горизонтальні кути. Після цього візують марку на центральне перехрестя сітки і виконують знімання контрольно-вимірної сітки ЦНЗК. Вимірювання координат x, z перетинів сітки проводять у вікні "Взаємне орієнтування" програмного забезпечення Models цифрової фотограмметричної станції ЦФС "Дельта-2". Після цього визначають еквівалентну фокусну віддаль знімальної камери f ' за формулою (3): n  xi f'  i 1 n , (3)  tgi i 1 35 де xi - відповідна i - та відстань по осі х на ПЗЗ - матриці за зображенням контрольновимірної сітки; i - кут від центрального перехрестя контрольно-вимірної сітки на даний i -тий напрямок. 40 За способом, що заявляється, були визначені еквівалентні фокусні віддалі f ' та середні квадратичні похибки m Д , що виникають коли замість еквівалентної (реальної фокусної віддалі) в обчисленнях застосовується фіксована фокусна віддаль, для ЦНЗК Canon EOS-450D № 2280509273 для різних відстаней (Д) від об'єкта знімання до ЦНЗК, які представлено в таблиці. 2 UA 99984 C2 Таблиця Значення еквівалентних фокусних віддалей від зміни відстаней (Д) до ЦНЗК та похибок ординат Canon EOS-450D (фіксована фокусна віддаль/=55 мм) 44,737 145,4 8°17'00" 23 46 76 5 126,5 14°49'36" 8°16'00" -6,527 112,3 17°36'08" 15°06’58" -10,909 +6,464 m Д (мм) [допустиме значення - 1-2 мм] 40,532 i 17°36'10” f ' (мм) 30,682 xi (мм) +9,725 -9,744 +10,773 Д (см) На підставі приведених даних можна зробити висновок, що еквівалентна фокусна віддаль змінюється в залежності від відстані Д та суттєво відрізняється від фіксованої, її врахування дозволить значно точніше визначати координати точок об'єктів, що досліджуються. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 Спосіб визначення фокусної віддалі цифрової неметричної знімальної камери, згідно з яким виконують знімання контрольно-вимірної сітки на кутомірному пристрої, встановлюють дзеркало з можливістю відхилення зображення контрольно-вимірної сітки в об'єктив камери, а значення фокусної віддалі обчислюють за координатами перехресть контрольно-вимірної сітки та горизонтальними і вертикальними кутами, які виміряють між напрямками на центральне та інші перехрестя, який відрізняється тим, що контрольно-вимірну сітку встановлюють від об'єктива цифрової неметричної знімальної камери на фіксованих віддалях, які не знаходяться для даного об'єктива в нескінченності, і за значеннями координат та горизонтальних і вертикальних кутів визначають еквівалентну фокусну віддаль, за якою вираховують реальну фокусну віддаль цифрової неметричної знімальної камери. Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3