RU2533348C1 - Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator - Google Patents
Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2533348C1 RU2533348C1 RU2013130715/28A RU2013130715A RU2533348C1 RU 2533348 C1 RU2533348 C1 RU 2533348C1 RU 2013130715/28 A RU2013130715/28 A RU 2013130715/28A RU 2013130715 A RU2013130715 A RU 2013130715A RU 2533348 C1 RU2533348 C1 RU 2533348C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- base
- axes
- measure
- measuring
- measurements
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 44
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000013507 mapping Methods 0.000 claims abstract description 18
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 3
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 235000015842 Hesperis Nutrition 0.000 description 1
- 235000012633 Iberis amara Nutrition 0.000 description 1
- 241000208202 Linaceae Species 0.000 description 1
- 235000004431 Linum usitatissimum Nutrition 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области определения взаимного положения объектов, один из которых служит источником электромагнитного излучения в оптическом диапазоне, а второй - его измерителем, и может использоваться для создания оптических дальномеров, пеленгаторов, теодолитов, телескопов и другой оптической аппаратуры аналогичного назначения. Способ может быть использован для определения формы поверхности объекта на большом расстоянии с заданной относительной погрешностью.The invention relates to the field of determining the relative position of objects, one of which serves as a source of electromagnetic radiation in the optical range, and the second as its meter, and can be used to create optical rangefinders, direction finders, theodolites, telescopes and other optical equipment of a similar purpose. The method can be used to determine the surface shape of an object at a great distance with a given relative error.
Известен фотограмметрический способ измерений отстояния объекта [1], выбранный в качестве аналога, включающий получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, измерение координат отображений граничных точек объекта на осях плоскостных систем координат, определение расстояния до объекта, используя как опорный параметр расстояние от точки расположения оптического устройства до плоскости измерений.A known photogrammetric method for measuring the distance of an object [1], selected as an analogue, including obtaining two images of the object on the measurement planes orthogonal to the optical axes of identical devices located on a known base, measuring the coordinates of the display of the boundary points of the object on the axes of plane coordinate systems, determining the distance to object, using as a reference parameter the distance from the location of the optical device to the measurement plane.
Известен оптический способ измерения размеров и положения объекта [2], выбранный в качестве прототипа, включающий измерение в парной проективной системе координат (получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, управление размером базы и расстоянием от центра проектирования до плоскости измерений, измерение положения отображений граничных точек объекта на осях парной проективной системы координат, определение расстояния до объекта, используя как опорные параметры базу измерений и расстояние от центра проектирования до плоскости измерений) и вычисление по полученным оценкам размеров объекта и его положения.A known optical method for measuring the size and position of an object [2], selected as a prototype, including measurement in a pair of projective coordinate systems (obtaining two images of the object on the measurement planes orthogonal to the optical axes of identical devices located on a known base, control the size of the base and the distance from the design center to the measurement plane, measuring the position of the display of the boundary points of the object on the axes of the paired projective coordinate system, determining the distance to the object, use lzuya parameters as reference base and measuring the distance from the center to the projection plane measurement) and the computation of the estimates obtained size of the object and its position.
Дальномер-пеленгатор [2], выбранный в качестве прототипа, состоящий из двух параллельных оптических устройств, установленных на базе, двух измерительных плоскостей, механизма поворота базы по двум осям, устройства изменения размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, систем переноса отображений на плоскости измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и к устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а измерительные плоскости в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к вычислительному устройству.The range finder-finder [2], selected as a prototype, consisting of two parallel optical devices installed on the base, two measuring planes, a mechanism for rotating the base along two axes, a device for resizing the base and the distance of the measuring plane from the centers of the optical devices, display transfer systems on the measurement plane, the control unit and the calculation unit, the control unit is connected to the base rotation mechanisms along two axes and to devices for changing the base length and the distance of the measuring planes from ntrov optical devices, and the measuring plane in the form of matrices mounted on a common plane parallel to the base, the outputs of which are connected to a computing device.
Недостатки способа и реализующего его устройства связаны с недостаточной точностью измерений размеров и положения объекта.The disadvantages of the method and its implementing device are associated with insufficient accuracy in measuring the size and position of the object.
Целью заявляемого изобретения является повышение точности и разрешающей способности определения размеров объекта и его положения относительно измерителя по результатам измерений их отображений в парной проективной системе координат, а также создания устройства, обеспечивающего повышение качества (разрешающей способности измерений), при измерении удаленных и малых объектов.The aim of the invention is to improve the accuracy and resolution of determining the size of an object and its position relative to the meter according to the results of measurements of their displays in a pair of projective coordinate systems, as well as creating a device that provides improved quality (resolution of measurements) when measuring remote and small objects.
Указанная цель достигается тем, что в оптическом способе измерений размеров и положения объекта, включающем измерение в парной проективной системе координат (получение двух отображений объекта на плоскостях измерений, ортогональных оптическим осям идентичных устройств, расположенных на известной базе, управление размером базы и расстоянием от центра проектирования до плоскости измерений, измерение положения отображений граничных точек объекта на осях парной проективной системы координат) и вычисление по полученным данным размеров объекта и его положения, используя как опорные параметры базу измерений и расстояние от центра проектирования до плоскости измерений, дополнительно выполняют измерение его отображений в дополнительной зеркальной парной проективной системе координат (измерение в двойной парной проективной системе координат).This goal is achieved by the fact that in the optical method of measuring the size and position of the object, including measurement in a pair of projective coordinate systems (obtaining two images of the object on the measurement planes orthogonal to the optical axes of identical devices located on a known base, control the size of the base and the distance from the design center to the measurement plane, measuring the position of the display of the boundary points of the object on the axes of the paired projective coordinate system) and calculating from the received size data The object and its position using parameters as reference base and measuring the distance from the center of projection to the measurement plane, further perform the measurement of the maps in more mirrored pair projective coordinate system (measured in a double pair of projective coordinate system).
Указанная цель достигается также тем, что в способе по п.1 разбивают проекции отображения объекта, полученные на осях зеркальной системы координат, опорной мерой, равной расстоянию от центра проектирования до плоскости измерений, максимальное число делений транслируют на все другие проекции путем проведения через точки деления прямых, параллельных гипотенузам, соединяющим концы полученных проекций на ортогональных осях зеркальной системы координат, в том числе и на опорную меру измерений, получая новую опорную меру, вычисляют индивидуальные меры измерений для каждой из проекций, повторяют процесс разделения проекций отображений вновь полученной мерой до получения требуемой разрешающей способности (меры) измеряемых размеров объекта, а требуемые размеры объекта и его положения определяют произведением индивидуальной меры измерений каждой проекции на транслируемое число делений.This goal is also achieved by the fact that in the method according to
Указанная цель достигается также тем, что дальномер-пеленгатор, состоящий из двух параллельных оптических устройств, установленных на базе, двух измерительных плоскостей, механизма поворота базы по двум осям, устройств управления изменением размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, систем переноса отображений на плоскости измерений, блока управления и блока вычислений, блок управления подключен к механизмам поворота базы по двум осям и устройствам изменения длины базы и отстояния измерительных плоскостей от центров оптических устройств, а измерительные плоскости в виде матриц установлены на общей плоскости, параллельной базе, выходы которых подключены к вычислительному устройству, дополнительно установлены две параллельные матричные измерительные плоскости на той же базе, но ортогональные первой, чувствительные поверхности которых обращены друг к другу, выходы которых подключены к вычислительному устройству.This goal is also achieved by the fact that the range finder-direction finder, consisting of two parallel optical devices installed on the base, two measuring planes, a mechanism for turning the base along two axes, control devices for changing the base dimensions and the distance of the measuring plane from the centers of the optical devices, display transfer systems on the measurement plane, the control unit and the calculation unit, the control unit is connected to the base rotation mechanisms along two axes and devices for changing the base length and distance x planes from the centers of the optical devices, and the measuring planes in the form of matrices are installed on a common plane parallel to the base, the outputs of which are connected to the computing device, two parallel matrix measuring planes are installed on the same base, but orthogonal to the first, the sensitive surfaces of which are facing each other a friend whose outputs are connected to a computing device.
Пример выполнения заявляемого изобретенияAn example implementation of the claimed invention
На фиг.1 показана двойная парная проективная система координат и способ измерений в ней.Figure 1 shows a double pair projective coordinate system and the measurement method in it.
На фиг.2 показан способ трансляции числа делений в двойной парной проективной системе координатFigure 2 shows a method for translating the number of divisions in a double pair projective coordinate system
На фиг.3 показана структурная блок схема дальномера-пеленгатора.Figure 3 shows the structural block diagram of the range finder-direction finder.
Дальномер-пеленгатор, показанный на фиг.3, состоит из пульта управления 1, двух идентичных оптических устройств S1, S2, размещенных на базе 2, в плоскости которой установлены матричные измерительные плоскости для каждого оптического устройства 3-1A, 3-1B, 3-2A, 3-2B соответственно, и вычислительного устройства 4. Механизмы поворота базы по двум осям, устройства управления изменением размеров базы и отстояния измерительной плоскости от центров оптических устройств, системы переноса отображений на плоскости измерений и блок управления не показаны, так как они выполняют свои функции в соответствии с назаначением.The direction finder shown in FIG. 3 consists of a
Пульт управления 1 (вычислительное устройство), выполнен в виде в виде микропроцессора, например семейства AVR фирмы АТМЕС, обеспечивающего управление механизмами вращения базы по двум осям, изменения размеров базы, изменения расстояния от измерительных плоскостей до оптических устройств.The control panel 1 (computing device) is made in the form of a microprocessor, for example, the ATMES AVR family, which provides control of the rotation mechanisms of the base along two axes, changing the size of the base, and changing the distance from the measuring planes to optical devices.
База 2 - жесткое основание, имеющее механизмы: вращения по двум ортогональным осям и изменения длины базы. На концах базы установлены оптические устройства S1, S2 с измерительными плоскостями, ортогональными 3-1A, 3-2A и параллельными 3-1B, 3-2B их оптическим осям. Измерительные плоскости 3-1А, 3-1B, 3-2A, 3-2B выполнены в виде идентичных матричных плоскостей, требуемой дискретности, например 100 точек на 1 мм, на которые проектируются отображения объектов и оптические оси устройств S1 и S2. Поверхности измерительных плоскостей 3-1А, 3-2А установлены параллельно направлению базы на отстоянии Δ. С этими сторонами связаны направления измерительных осей г1 и г2 соответственно. Поверхности измерительных плоскостей 3-1B, 3-2B установлены ортогонально направлению базы по направлению оптических осей устройств S1 и S2 и обращены чувствительными сторонами навстречу друг другу. С этими сторонами связаны направления измерительных осей y1 и y2 соответственно. Вычислительное устройство 4 выполнено в виде микропроцессора, например семейства AVR фирмы АТМЕС.
Дальномер-пеленгатор работает следующим образом. Оператор наблюдает ряд объектов, имеющих отображения от двух оптических устройств S1, S2, и выбирает одно из них для оценки его положения и размеров. При этом оптические устройства имеют параллельные оптические оси и перекрывающиеся сектора обзора. Установленные размеры базы d и ее отстояния от плоскости измерений Δ поступают с пульта управления 1 в вычислитель 4, для оценки опорного параметра.Range finder direction finder operates as follows. The operator observes a number of objects having displays from two optical devices S 1 , S 2, and selects one of them to evaluate its position and size. In this case, the optical devices have parallel optical axes and overlapping viewing sectors. The established dimensions of the base d and its distance from the measurement plane Δ are received from the
Лучи света от объекта попадают в оптические устройства S1 и S2 и проектируются на плоскости 3-1A, 3-1B, 3-2A, 3-2B. С матриц измерительных плоскостей снимают информацию по строкам, совпадающим с направлением измерительных осей г1 и г2 и y1 и y2, в которых участки засветки преобразуются в электрические сигналы, поступающие в вычислитель 4. В вычислителе 4 определяют отстояние и размеры объекта по осям ГY (Г1, Г2 и Y1, Y2). При необходимости для повышения разрешающей способности изменяют размер d базы 2 (изменяется масштаб отображения на оси y) и отстояние Δ оптических устройств S1, S2 от измерительных плоскостей (изменяется мера отображения на оси y).The rays of light from the object fall into the optical devices S 1 and S 2 and are projected on the plane 3-1A, 3-1B, 3-2A, 3-2B. From the matrices of the measuring planes, information is collected in rows that coincide with the direction of the measuring axes g 1 and g 2 and y 1 and y 2 , in which the illumination sections are converted into electrical signals entering the
Парная проективная система координат, имеющая дополнительные зеркальные оси показана на фиг.1A. Она имеет две совмещенные проективные системы: внешнюю и внутреннюю. Для измерения внешней информации используются системы координат: ГY; Г1Y1; Y2Г2, оси наблюдений Y1Y2 которых могут быть совмещены с осями оптических устройств. Отображения объекта получают на внутренней системе координат: гy; г1y1; г2y2. При этом системы координат (Г1Y1; Y2Г2) и (г1y1; г2y2) являются зеркальными и центрированными относительно центра 0, имея постоянное смещение Δ, заданное отстоянием центра проектирования от плоскости измерений. При этом, когда на оси г объект отображается в функции тангенса от «параллактического» угла γ, то на оси y - в функции котангенса. Получили двойную парную проективную систему координат.A pair projective coordinate system having additional mirror axes is shown in FIG. 1A. It has two combined projective systems: external and internal. To measure external information, coordinate systems are used: ГY; G 1 Y 1 ; Y 2 G 2 , the observation axis Y 1 Y 2 which can be combined with the axes of optical devices. The object maps are obtained on the internal coordinate system: gy; g 1 y 1 ; g 2 y 2 . Moreover, the coordinate systems (G 1 Y 1 ; Y 2 G 2 ) and (g 1 y 1 ; g 2 y 2 ) are mirrored and centered relative to center 0, having a constant offset Δ defined by the distance of the design center from the measurement plane. Moreover, when the object is displayed in the tangent function of the "parallactic" angle γ on the z axis, then on the y axis it is displayed in the cotangent function. We got a double pair projective coordinate system.
Процесс построения отображений в двойной парной проективной системе координат при произвольном положении объекта, когда он наблюдается двумя измерителями показан на фиг.1B.The process of constructing mappings in a double pair projective coordinate system at an arbitrary position of the object when it is observed by two meters is shown in FIG. 1B.
Объект длиной A в виде прямой линии ab отображен в двойной парной проективной системе координат (ГY; Г1Y1; Y2Г2, (гy; г1y1; г2y1), построенных на центрах проектирования 1 и 2.Object length A of the straight line ab displayed in double pair projective coordinate system (GY; T 1 Y 1; Y 2 T 2 (gy; g 1 y 1; z 2 y 1) based on a
Проекции его внешнего положения на осях Г1; Г2 и Y1; Y2 равны: Г1a; Г2b; Y1a; Y2b.Projections of its external position on the axes G 1 ; G 2 and Y 1 ; Y 2 are: G 1a ; G 2b ; Y 1a ; Y 2b .
Проекции отображений объекта и его положения на осях координат г1y1; г2y2 (показаны на фиг 1B не все, чтобы не перегружать отображение) равны: A1г; A2г; г1a; г2a; г1b; г2b; y1a; y2а.The projections of the mappings of the object and its position on the coordinate axes r 1 y 1 ; g 2 y 2 (not all shown in FIG. 1B so as not to overload the display) are equal to: A 1 g; A 2g ; g 1a ; g 2a ; g 1b ; g 2b ; y 1a ; y 2a .
Известны и постоянны на время получения отображений два параметра: Δ, d и измерены следующие 8 параметров: г1a; г2a: г1b; г2b; y1a, y2а, А1г, А2г. Необходимо определить размеры A и его положение: Y1a, Y2b, Г1a, Г2b.Two parameters are known and constant at the time the maps were obtained: Δ, d, and the following 8 parameters were measured: g 1a ; g 2a : g 1b ; g 2b ; y 1a , y 2a , A 1g , A 2g . It is necessary to determine the dimensions of A and its position: Y 1a , Y 2b , G 1a , G 2b .
Двойная парная проективная система координат обладает симметрией результатов проектирования относительно центра 0, что позволяет использовать принцип центрирования результатов измерений (суммирования симметричных отображений) при наличии всех необходимых измерений.The double pair projective coordinate system has a symmetry of design results with respect to center 0, which allows the principle of centering the measurement results (summation of symmetric mappings) to be used in the presence of all necessary measurements.
Тогда получим 5 осредненных оценок проекций в системе координат гy и 2 оценки в системе координат ГУ, что соответствует модели, показанной на фиг.1B:Then we get 5 averaged projection estimates in the gy coordinate system and 2 estimates in the GU coordinate system, which corresponds to the model shown in Fig. 1B:
; ; ; ; ; ;
г1a+г2a=г1b+г2b=A1=A2; A1y=A2y=yab g 1a + g 2a = g 1b + g 2b = A 1 = A 2 ; A 1y = A 2y = y ab
; . ; .
В результате система уравнений, необходимая для определения требуемых параметров, существенно упрощается (Фиг.1C):As a result, the system of equations necessary to determine the required parameters is greatly simplified (Fig.1C):
Она имеет следующие решения:It has the following solutions:
Параметр Yab является опорным во внешней системе координат ГY; Г1Y1; Г2Y2, по которому можно оценить все другие параметры, на основе их изменений относительно среднего, а следовательно, и задает и погрешности их определений.The parameter Y ab is a reference in the external coordinate system ГY; G 1 Y 1 ; Г 2 Y 2 , by which it is possible to evaluate all other parameters, based on their changes relative to the average, and therefore sets the errors of their definitions.
Параметр yab является опорным во внутренней системе координат гy; г1y1; г2y2, который определяет оценки отображений и относительные погрешности всех измеряемых и вычисляемых параметров.The parameter y ab is a reference in the internal coordinate system gy; g 1 y 1 ; g 2 y 2 , which determines the estimates of the mappings and the relative errors of all measured and calculated parameters.
Связь между внутренней и внешней системами координат определяется результатами измерений 4-х параметров: d, Δ, г1a; г2a.The relationship between the internal and external coordinate systems is determined by the measurement results of 4 parameters: d, Δ, g 1a ; g 2a .
Использование результатов измерений параметров y1a; y2a обеспечивает существенное повышение ориентационной направленности осей наблюдений на объект. Главный недостаток решения данной системы в том, что при нахождении объекта на большом отстоянии (параллактический угол мал - менее 1') величины г1a; г2a; (г1b; г2b; A1г; A2г) являются малыми, а их разность является очень малой величиной, что обуславливает низкую разрешающую способность (точность) оценки искомых величин.Using the results of measurements of the parameters y 1a ; y 2a provides a significant increase in the orientation of the observation axes to the object. The main disadvantage of the solution of this system is that when the object is at a large distance (the parallactic angle is small - less than 1 ') the value of r 1a ; g 2a ; (g 1b ; g 2b ; A 1g ; A 2g ) are small, and their difference is a very small quantity, which leads to low resolution (accuracy) of the estimate of the desired values.
Для повышения точности оценки отображений требуемых параметров необходимо использовать те результаты отображения, которые можно измерить с наименьшей относительной погрешностью. Этой возможностью обладают проекций на осях y1 и y2. Коэффициент повышения точности от использования проекций на осях y1 и y2 вместо г1 и г2 оценим по сравнению проекций. Луч 1a на оси г отображается отрезком г1a, а на оси y1 - отрезком y1a. Тогда коэффициент усиления за счет использования отрезка y1a вместо г1a, будет равен:To increase the accuracy of the estimation of the mappings of the required parameters, it is necessary to use those mappings that can be measured with the smallest relative error. This feature has projections on the y 1 and y 2 axes. The coefficient of increasing accuracy from the use of projections on the y 1 and y 2 axes instead of g 1 and g 2 is estimated by comparing the projections. Ray 1a displayed on the z axis segment r 1a, while on the axis y 1 - y segment 1a. Then the gain due to the use of the segment y 1a instead of g 1a will be equal to:
. .
Обычно отношение отображений d/Δ>103, а ctgγ<3°, то k>106. То есть правильное использование двойной парной системы координат позволяет получить коэффициент усиления отображения порядка 106. Однако прямая реализация этого достоинства оказалась невозможной.Usually the ratio of mappings is d / Δ> 10 3 , and ctgγ <3 °, then k> 10 6 . That is, the correct use of a double pair coordinate system allows to obtain a display gain of the order of 10 6 . However, the direct realization of this advantage proved to be impossible.
Повышение оценки искомых величин возможно только при повышении разрешающей способности измерений 4-х параметров: d, Δ, г1a; г2a.An increase in the estimate of the sought quantities is possible only with an increase in the resolution of measurements of 4 parameters: d, Δ, g 1a ; g 2a .
Для обеспечения требуемой разрешающей способности оценки отображения объекта представим любую прямую линию A, состоящей из двух параметров: меры отображения (Δa) и числа частей (na), заключенных в этой прямой:To provide the required resolution, object mapping estimates, we represent any straight line A consisting of two parameters: the display measure (Δ a ) and the number of parts (n a ) enclosed in this straight line:
Δa·na=A.Δ a · n a = A.
Тогда относительная погрешность и масштаб отображения прямой линии определяется выражениями:Then the relative error and scale of the display of the straight line is determined by the expressions:
εa=Δa/a=Δa/(na·Δa)=1/na ε a = Δ a / a = Δ a / (n a · Δ a ) = 1 / n a
Ma=a/Δa=na εa·Ma=1,M a = a / Δ a = n a ε a · M a = 1,
где Ma - масштаб отображения прямой при измерении его мерой Δa;where M a - the display scale of the line when measured by its measure Δ a ;
Δa - мера или разрешающая способность измерений;Δ a - measure or resolution of measurements;
εa - относительная погрешность измерений прямой A.ε a is the relative measurement error of line A.
Если все стороны объекта будут измерены с одинаковой относительной погрешностью, то отображение формы объекта будет достоверно. Следовательно, для обеспечения достоверности отображения всех сторон объекта необходимо, чтобы все стороны и их проекции на разные оси координат имели равное количество мерных частей. Тогда длина любой проекции формы объекта должна состоять из равного количества мерных частей (n), но каждая проекция будет иметь свою меру отображения. И именно меру отображения необходимо определять для оценки длины каждой стороны объекта и определять ее длину путем умножения меры на необходимое число мерных частей (n). Этот метод измерений будем называть методом равных относительных погрешностей.If all sides of the object are measured with the same relative error, then the display of the shape of the object will be reliable. Therefore, to ensure the reliability of the display of all sides of the object, it is necessary that all sides and their projections on different coordinate axes have an equal number of measured parts. Then the length of any projection of the shape of the object should consist of an equal number of dimensional parts (n), but each projection will have its own measure of display. And it is the mapping measure that needs to be determined to estimate the length of each side of the object and determine its length by multiplying the measure by the required number of measuring parts (n). This measurement method will be called the method of equal relative errors.
Величины Δa и na являются числами, к каждому из которых применимы все законы арифметических действий: сочетательности, переместительности, монотонности, дистрибутивности [1,4]. А для всех построенных геометрических фигур сохраняются условия их конгруэнтности, так как произведение М·ε=1. (Две фигуры называются конгруэнтными или равными, если существует изометрия плоскости, которая переводит одну в другую.)The quantities Δ a and n a are numbers, to each of which all the laws of arithmetic operations are applicable: combinability, mobility, monotony, distributivity [1,4]. And for all constructed geometric figures, the conditions of their congruence are preserved, since the product M · ε = 1. (Two figures are called congruent or equal if there is an isometry of a plane that translates one into the other.)
То есть геометрические отношения между прямыми линиями и фигурами, установленные для условия постоянства меры измерений, сохраняются при условии постоянства числа делений в отрезках.That is, the geometric relations between straight lines and figures, established for the condition of the constancy of the measure, are maintained provided that the number of divisions in the segments is constant.
Но изменение числа делений в отрезке приводит к обратной зависимости при установлении меры отображения (разрешающей способности) по каждой из осей координат.But a change in the number of divisions in a segment leads to an inverse relationship when establishing a display measure (resolution) along each of the coordinate axes.
В парной проективной системе координат большинство проекций сторон объектов представляют прямоугольные треугольники, катеты которых параллельны, и их можно рассматривать как проекции на соответствующие оси системы координат (фиг.2).In a pair projective coordinate system, most of the projections of the sides of the objects are rectangular triangles, the legs of which are parallel, and they can be considered as projections on the corresponding axis of the coordinate system (figure 2).
В парной проективной системе координат в качестве масштаба отображения на осях y1y2 используют размер базы d, а в качестве цены деления меры - ее ширину Δ.In a pairwise projective coordinate system, the base size d is used as the display scale on the y 1 y 2 axes, and its width Δ is used as the measure for dividing the measure.
Процесс измерений проекций на осях системы координат постоянной мерой общепринят, в нем число делений определяет размер проекции. В этом случае процесс деления и измерения неразделимы. В нем меру будем обозначать значком Δ, а число делений, равное измеренной величине, будем обозначать знаком n со значком, характеризующим проекцию на ось и обозначение прямой, например:The process of measuring projections on the axes of the coordinate system by a constant measure is generally accepted, in it the number of divisions determines the size of the projection. In this case, the process of division and measurement are inseparable. In it, the measure will be denoted by Δ, and the number of divisions equal to the measured value will be denoted by n with the icon characterizing the projection onto the axis and the designation of the line, for example:
a Г=nГa·Δ; a Y=nYa·Δ. a Г = n Гa · Δ; a Y = n Ya · Δ.
Процесс отображения - измерения проекций на осях системы координат с постоянным числом делений в настоящее время не используется, поэтому рассмотрим его реализацию при выполнении измерений.The mapping process - measuring projections on the axes of a coordinate system with a constant number of divisions is not currently used, therefore, we will consider its implementation when performing measurements.
Процесс отображения длины отрезка Δ, имеющего две проекции на ортогональные оси координат, состоит из трех этапов:The process of displaying the length of the segment Δ having two projections onto the orthogonal coordinate axes consists of three stages:
1. - этапа определений числа частей в проекциях на осях координат при выполнении измерений опорной мерой Δ и определения максимального числа частей (фиг.1A);1. - the stage of determining the number of parts in the projections on the coordinate axes when performing measurements with a reference measure Δ and determining the maximum number of parts (figa);
2. - этапа передачи максимального числа частей на все проекции прямых, участвующие в определении требуемых отображений (фиг.2);2. - the stage of transferring the maximum number of parts to all projections of lines involved in determining the required mappings (figure 2);
3. - этапа определения меры отображения в проекциях прямых, реализуемой при выполнении измерений с постоянным числом частей.3. - the stage of determining the measure of display in the projections of lines, realized when performing measurements with a constant number of parts.
Для передачи числа делений с одного катета прямоугольного треугольника на другой необходимо провести через меры делений одного катета прямые, параллельные гипотенузе, что обеспечит равное число делений на другом катете и измерение на двух катетах с равной относительной погрешностью, но разной мерой. Меры отображения на каждом катете будут прямо пропорциональны числу делений катетов при измерении постоянной мерой. В процессе передачи числа делений их будем обозначать знаком N, а меру отображения, равную определенной величине, будем обозначать знаком m со значком, характеризующим проекцию на ось и обозначение прямой, например:To transfer the number of divisions from one leg of a right triangle to another, it is necessary to draw straight lines parallel to the hypotenuse through the divisions of one leg, which will provide an equal number of divisions on the other leg and measurement on two legs with the same relative error, but with a different measure. The display measures on each leg will be directly proportional to the number of leg divisions when measured with a constant measure. In the process of transmitting the number of divisions, they will be denoted by the sign N, and the measure of display equal to a certain value will be denoted by the sign m with a symbol characterizing the projection onto the axis and the notation of the line, for example:
a Г=mГa·N; a Y=mYa·N. a Г = m Гa · N; a Y = m Ya · N.
Если проекции прямой A на осях координат имеют две разные оценки, тогда:If the projections of the line A on the coordinate axes have two different estimates, then:
a Г=nГa·Δ=mГa·N; и при трансляции частей: ; a Г = n Гa · Δ = m Гa · N; and when translating parts: ;
а при трансляции мер: .and when broadcasting measures: .
Мера отображения прямой A определяется на основе мультипликативной зависимости:The measure of mapping line A is determined based on the multiplicative dependence:
Поэтому при использовании метода равных относительных погрешностей в каждом прямоугольном треугольнике количество мерных частей (N) для катетов постоянно. При этом величина этих мер (разрешающая способность) для каждой из сторон будет своя (mi) и она прямо пропорциональна числу делений измеренных постоянной мерой.Therefore, when using the method of equal relative errors in each right-angled triangle, the number of measuring parts (N) for the legs is constant. Moreover, the magnitude of these measures (resolution) for each of the parties will be different (m i ) and it is directly proportional to the number of divisions measured by a constant measure.
Если все стороны треугольника во внутренней системе координат (гy1y2) измерены постоянной относительной погрешностью, то его отношения подобия с внешними треугольниками приведут к оценке внешних размеров с той же постоянной относительной погрешностью, меры измерений которых определяются из выражения:If all sides of a triangle in the internal coordinate system (gy 1 y 2 ) are measured by a constant relative error, then its similarity relations with external triangles will lead to an assessment of external dimensions with the same constant relative error, the measurement measures of which are determined from the expression:
, ,
где Yab - мера отрезка Yab, имеющего число частей, равное N;where Y ab is the measure of the segment Y ab having the number of parts equal to N;
md, mΔ, mг1a, mг2a - меры отрезков d, Δ, г1a, г2a, имеющих число частей, равное N соответственно;m d , m Δ , m g1a , m g2a - measures of segments d, Δ, g 1a , g 2a, having the number of parts equal to N, respectively;
nd, nΔ, nг1a, nг2a - число частей в отрезках, измеренных постоянной мерой.n d , n Δ , n g1a , n g2a is the number of parts in segments measured by a constant measure.
Сущность метода равных относительных погрешностей заключена в том, что при проектировании отображений объекта меры измерений его сторон транслируются одновременно с его сторонами и, наоборот, при измерении проекций отображения их меры переносятся через подобие треугольников в разрешающие способности измерений объекта, а измеряют малые отображения и получают на объекте, находящемся на очень большом отстоянии, среднее значение функции - меры на большом отрезке пространства. Метод позволяет уменьшить меру измерений пространства внутренней системы координат до величин, которые физически и реализовать невозможно.The essence of the method of equal relative errors lies in the fact that when designing object displays, measures of its sides are transmitted simultaneously with its sides and, conversely, when measuring projections of a display, their measures are transferred through the likeness of triangles to the resolution of the object’s measurements, and small displays are measured and obtained on an object located at a very large distance, the average value of the function is a measure on a large segment of space. The method allows to reduce the measure of the space of the internal coordinate system to values that are physically impossible to implement.
Измерим (фиг.2) катеты треугольника (ya и d) одной мерой Δ, при этом меньшая сторона d будет иметь nd частей, а большая сторона (ya+Δ)-N частей. Сторона d будет оценена с большей относительной погрешностью, чем ya+Δ>>d. Перенесем число делений с катета (ya+Δ) на катет d, тогда:We measure (figure 2) the legs of the triangle (y a and d) with one measure Δ, while the smaller side d will have n d parts, and the larger side (y a + Δ) -N parts. Side d will be estimated with a larger relative error than y a + Δ >> d. Transfer the number of divisions from the leg (y a + Δ) to leg d, then:
ya+Δ=Δ·(N+1) и d=Δ·nd=md(N+1); nd<<N.y a + Δ = Δ · (N + 1) and d = Δ · n d = m d (N + 1); n d << N.
Для измерения катета d с той же относительной погрешностью, что и катет (ya+Δ), необходимо провести прямые, параллельные гипотенузе, и тогда на катете d отложится столько же делений, что и на катете (ya+Δ), то есть (N+1). Эти действия позволяют изменить меру (разрешающую способность) md измерений катета d, величина которой определяется из выражения:To measure the leg d with the same relative error as the leg (y a + Δ), it is necessary to draw straight lines parallel to the hypotenuse, and then on leg d will be postponed as many divisions as on leg (y a + Δ), i.e. (N + 1). These actions allow you to change the measure (resolution) m d of the measurements of the leg d, the value of which is determined from the expression:
md·(N+1)=Δ·nd;
Коэффициент уменьшения меры md или повышения разрешающей способности измерений катета d равен:The coefficient of decreasing the measure m d or increasing the resolution of the measurements of the leg d is equal to:
где nd - число частей на катете d при измерении мерой Δ.where n d is the number of parts on the leg d when measured by the measure Δ.
Таким образом, катет d может быть оценен разрешающей способностью md, в k раз большей разрешающей способности, чем обеспечивает мера измерений Δ. Этой же относительной погрешностью необходимо измерить проекции г1a, г2a, Δ.Thus, the leg d can be estimated by the resolution m d, k times greater than the resolution than the measure Δ provides. The same relative error is necessary to measure the projection g 1a , g 2a , Δ.
Для этого через точки деления отрезка d мерой md проводим параллельные гипотенузе отрезки на ширину базы Δ, тогда:To do this, through the points of dividing the segment d by the measure m d, draw segments parallel to the hypotenuse to the base width Δ, then:
Δ·1=mΔ·(N+1);
После этого транслируем число частей параллельно гипотенузам с ширины базы Δ на отрезки г1a, г2a. При этом количество частей на этих отрезках возрастет, а меры уменьшатся (ход деления показан стрелками на фиг.2):After that, we translate the number of parts parallel to the hypotenuses from the base width Δ to the segments g 1a , g 2a . In this case, the number of parts in these segments will increase, and the measures will decrease (the progress of the division is shown by arrows in figure 2):
; ; ; ;
; ; ; ;
То есть во внутренней системе координат все стороны в треугольниках имеют равные число частей и имеют отличия только в размерах мер измерений, что позволяет использовать зависимость (5):That is, in the internal coordinate system, all sides in the triangles have an equal number of parts and have differences only in the dimensions of the measurement measures, which allows the use of dependence (5):
Мера измерений отстояний объекта от измерителей уменьшилась в (N+1) раз относительно используемой Δ, а число частей столько же раз увеличилось.The measure of the distances of the object from the meters decreased (N + 1) times relative to the used Δ, and the number of parts increased the same number of times.
Определим длину отрезка Yab:Define the length of the segment Y ab :
Таким образом, отстояние объекта по оси Y осталась без изменений, но оно измерено с большей разрешающей способностью в (N+1) раз. После выполнения первого цикла отображений, его можно повторять несколько раз, до получения требуемой разрешающей способности отображений размеров объекта или его положения:Thus, the distance of the object along the Y axis remained unchanged, but it was measured with a higher resolution by (N + 1) times. After the first cycle of mappings is completed, it can be repeated several times until the required resolution of the object’s size displays or its position is obtained:
, ,
где к=1, 2, 3…n - коэффициент повторных делений.where k = 1, 2, 3 ... n is the coefficient of repeated divisions.
С этой же относительной погрешностью могут быть оценены все требуемые параметры по зависимостям (3).With the same relative error, all required parameters can be estimated from dependences (3).
Это позволяет при произвольной ориентации объекта для каждой из сторон определить необходимую меру в ее конкретном положении для получения оценки ее длины с заданной относительной погрешностью.This allows for arbitrary orientation of the object for each of the parties to determine the necessary measure in its specific position to obtain an estimate of its length with a given relative error.
Измерив полученные отображения объекта требуемой мерой на каждом участке, получим в результате объект, все стороны которого оценены постоянной относительной погрешностью, то есть достоверное отображение формы объекта и его положения.By measuring the obtained object displays with the required measure in each section, we obtain as a result an object, all sides of which are estimated by a constant relative error, that is, a reliable display of the object’s shape and its position.
Например, если необходимо измерить объект размером D=10 м на расстоянии Yab=100 км: tgγ≈10-4. Проекция его размера на оси г будет равна 10-3 м, для обеспечения разрешающей способности объекта 1 м она должна содержать порядка 1000 частей, то есть мера ее измерений должна быть mг≤10-7. Используем измеритель с Δ=10-2 м, d=10-1 м, которые можно изменять, и осью y=100 м, имеющий матрицу с разрешающей способностью m=10-4 м. Обеспечим отображение проекции объекта на оси y=100 м, изменив до d=10-2 м.For example, if it is necessary to measure an object of size D = 10 m at a distance Y ab = 100 km: tgγ≈10 -4 . The projection of its size on the g axis will be 10 -3 m, to ensure the resolution of the object 1 m, it should contain about 1000 parts, that is, the measure of its measurements should be m g ≤10 -7 . We use a meter with Δ = 10 -2 m, d = 10 -1 m, which can be changed, and the y = 100 m axis, which has a matrix with a resolution of m = 10 -4 m. We will provide the projection of the object on the y = 100 m axis , changing to d = 10 -2 m.
Определим коэффициент уменьшения меры y/Δ-(N+1)=104, тогда меры отображения составят: md≈10-6 м, mΔ≈10-6 м.We define the reduction coefficient of the measure y / Δ- (N + 1) = 10 4 , then the display measures will be: m d ≈10 -6 m, m Δ ≈10 -6 m.
Когда к=2, то (N+1)2=108, а мера отображения базы составит md≈mΔ≈10-10 м. Тогда высота YB будет иметь столько же частей, как и катет d, а ее мера будет пропорциональна отношению :When k = 2, then (N + 1) 2 = 10 8 , and the measure of displaying the base is m d ≈m Δ ≈10 -10 m. Then the height Y B will have as many parts as the leg d, and its measure will be proportional to the ratio :
при к=1
при к=2
Использование предлагаемого способа обеспечивает измерение объектов, наблюдаемый размер которых менее одной угловой минуты: это малые космические объекты, самолеты, ракеты, которые другие способы измерений обеспечить не могут. Способ может быть использован для определения формы поверхности объекта на большом расстоянии с заданной относительной погрешностью.Using the proposed method provides the measurement of objects whose observed size is less than one angular minute: these are small space objects, planes, rockets, which other measurement methods cannot provide. The method can be used to determine the surface shape of an object at a great distance with a given relative error.
Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений неизвестна двойная парная проективная система координат и построенный на ее использовании оптический способ измерений размеров и положения объекта, и дальномер пеленгатор, который обеспечивает такую точность определения направления на объект наблюдения, его размеров и пространственного положения.The proposed technical solution is new, since the double pair projective coordinate system and the optical method for measuring the size and position of the object, and the range finder, which provides such accuracy in determining the direction of the observation object, its size and spatial position, are unknown from publicly available information.
Дальномер-пеленгатор имеет неоспоримые преимущества перед используемыми дальномерными оптическими средствами наблюдения за космическими объектами, так как его увеличение и разрешающую способность можно обеспечить на порядки больше всех существующих оптических средств.The range finder-direction finder has undeniable advantages over the used rangefinder optical means of observing space objects, since its increase and resolution can be provided by orders of magnitude greater than all existing optical means.
Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций и устройство для его осуществления повышает точность измерения расстояний и размеров объекта.The proposed technical solution has an inventive step, since it does not explicitly follow from published scientific data and known technical solutions that the claimed sequence of operations and a device for its implementation improves the accuracy of measuring distances and sizes of an object.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартные устройства, оборудование и приспособления, используемые для оптических измерений.The proposed technical solution is industrially applicable, since standard devices, equipment and devices used for optical measurements can be used for its implementation.
Технико-экономическая эффективность заявленного способа и устройства заключается в возможности измерения размеров объектов и их положения достоверно с оценкой относительной погрешности.The technical and economic efficiency of the claimed method and device consists in the possibility of measuring the size of objects and their position reliably with an estimate of the relative error.
Использованная литератураReferences
1. Физический энциклопедический словарь. - М.: Научное издательство "Советская энциклопедия". - 1983. - 928 с.1. Physical encyclopedic dictionary. - M .: Scientific publishing house "Soviet Encyclopedia". - 1983 .-- 928 s.
2. Гузевич С.Н. Патент №2468336 C1 (№2011120664/28 от 20.05.2011 г.). Стереоскопический способ измерения расстояний и судовой дальномер-пеленгатор. Опубликовано 27.11.2012. Бюл. №33.2. Guzevich S.N. Patent No. 2468336 C1 (No. 201111664/28 dated 05/20/2011). Stereoscopic method of measuring distances and ship range finder-direction finder. Published on November 27th, 2012. Bull. No. 33.
3. Гузевич С.Н. Парная проективная геометрия на постулатах Евклида. Издательство: - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012 - 124 c.3. Guzevich S.N. Pairwise projective geometry on the postulates of Euclid. Publisher: - LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG, 2012 - 124 c.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130715/28A RU2533348C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013130715/28A RU2533348C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2533348C1 true RU2533348C1 (en) | 2014-11-20 |
Family
ID=53382671
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013130715/28A RU2533348C1 (en) | 2013-07-04 | 2013-07-04 | Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2533348C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655612C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-05-29 | Святослав Николаевич Гузевич | Objects position and form definitions stereoscopic method with the reliability control |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060160024A1 (en) * | 2004-02-06 | 2006-07-20 | Rohm And Haas Electronic Materials Llc | Imaging methods |
| EP1277066B1 (en) * | 2000-04-19 | 2008-11-05 | Laser Projection Technologies, Inc. | Three-dimensional image projector |
| RU2406232C2 (en) * | 2007-07-31 | 2010-12-10 | Кабусики Кайся Тосиба | Method and device for locating moving object through communication using light from visible spectrum |
-
2013
- 2013-07-04 RU RU2013130715/28A patent/RU2533348C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1277066B1 (en) * | 2000-04-19 | 2008-11-05 | Laser Projection Technologies, Inc. | Three-dimensional image projector |
| US20060160024A1 (en) * | 2004-02-06 | 2006-07-20 | Rohm And Haas Electronic Materials Llc | Imaging methods |
| RU2406232C2 (en) * | 2007-07-31 | 2010-12-10 | Кабусики Кайся Тосиба | Method and device for locating moving object through communication using light from visible spectrum |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2655612C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-05-29 | Святослав Николаевич Гузевич | Objects position and form definitions stereoscopic method with the reliability control |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112825190B (en) | Precision evaluation method, system, electronic equipment and storage medium | |
| CN103292710A (en) | Distance measuring method applying binocular visual parallax error distance-measuring principle | |
| Hui et al. | A novel line scan camera calibration technique with an auxiliary frame camera | |
| US10733470B2 (en) | Systems and methods for rapid alignment of digital imagery datasets to models of structures | |
| CN115507752B (en) | Monocular vision ranging method and system based on parallel environment elements | |
| Zhang et al. | Exploitation of photogrammetry measurement system | |
| Tushev et al. | Architecture of industrial close-range photogrammetric system with multi-functional coded targets | |
| CN108180829B (en) | Method for measuring target space orientation with parallel line characteristics | |
| RU2533348C1 (en) | Optical method of measurement of object sizes and position and range finding locator | |
| CN107504959B (en) | Method for measuring house wall base outline by utilizing inclined aerial image | |
| CN104316027B (en) | Method for Measuring the Altitude of the Composite Level | |
| CN106296657A (en) | A kind of method video camera being carried out Fast Calibration based on geometrical principle | |
| CN104567812A (en) | Method and device for measuring spatial position | |
| Verykokou et al. | Metric exploitation of a single low oblique aerial image | |
| RU2327186C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio emission | |
| RU2468336C1 (en) | Stereoscopic method of measuring distance and ship range- and direction-finder | |
| CN106092041B (en) | A kind of high method and device of survey based on mobile terminal | |
| Nikolov et al. | Performance Characterization of Absolute Scale Computation for 3D Structure from Motion Reconstruction. | |
| WO2017095259A1 (en) | Method for monitoring linear dimensions of three-dimensional entities | |
| Vesely et al. | Analytical method solving system of hyperbolic equations | |
| Van Doan et al. | The effectivity comparison of TDOA analytical solution methods | |
| US20200034985A1 (en) | Method and system for measuring the orientation of one rigid object relative to another | |
| AU2019272339B2 (en) | Triangulation method for determining target position | |
| Bergamini et al. | Fundamental Matrix: Digital Camera calibration and Essential Matrix parameters | |
| RU2438142C2 (en) | Method of measuring coordinates of object and device for realising said method |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180705 |