[go: up one dir, main page]

RU2848167C1 - System and method for measuring the size of an object in a plane - Google Patents

System and method for measuring the size of an object in a plane

Info

Publication number
RU2848167C1
RU2848167C1 RU2024122993A RU2024122993A RU2848167C1 RU 2848167 C1 RU2848167 C1 RU 2848167C1 RU 2024122993 A RU2024122993 A RU 2024122993A RU 2024122993 A RU2024122993 A RU 2024122993A RU 2848167 C1 RU2848167 C1 RU 2848167C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
light
lens
size
measurement
sensitive matrix
Prior art date
Application number
RU2024122993A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Агдессович Гатаулин
Алексей Андреевич Стахеев
Евгений Николаевич Тимофеев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ГАРПИКС МЕДИА"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ГАРПИКС МЕДИА" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ГАРПИКС МЕДИА"
Application granted granted Critical
Publication of RU2848167C1 publication Critical patent/RU2848167C1/en

Links

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of measurement technology, in particular to the determination of the dimensions of objects using an optical system. The system includes: a lens (1), a light-sensitive matrix (2), a measurement area (3), wherein the lens (1) is equal to or larger than the measurement area (3), and the light-sensitive matrix (2) is located behind the lens (1) to capture strictly parallel light beams (5), illumination that highlights the object (6) against the background against which the object (6) is measured, a computing device connected to the light-sensitive matrix (2) and designed to perform the measurement process. The method includes the steps of placing the object (6) in the measurement zone (3), fixing the image of the parallel projection of the object (6) together with the background by means of the lens (1) and the light-sensitive matrix (2), wherein the parallel projection obtained is formed by focusing parallel rays of light behind the lens (1) on the light-sensitive matrix (2), in the obtained image, the image of the object (6) is separated from the background, the size of the object (6) in pixels on the image is determined, the sizes in pixels are converted into the actual sizes of the object (6) in the projection plane using pre-set calibration coefficients.
EFFECT: ability to quickly, accurately and easily measure the dimensions of an object on a plane, simplifying setup and maintenance.
8 cl, 8 dwg

Description

Область техникиField of technology

Изобретение относится к области определения размеров объектов.The invention relates to the field of determining the sizes of objects.

Уровень техникиState of the art

В настоящее время известно большое количество различных систем и способов по определению размеров различных объектов.Currently, a large number of different systems and methods for determining the sizes of various objects are known.

В уровне техники известно изобретение для измерения весогабаритных характеристик (CN 102506754 B, 06.11.2023). Данный источник информации раскрывает способ использования конфокального измерительного устройства как для измерения внешнего вида, так и для измерения цвета, включает последовательно следующие этапы: установку испытуемого образца на платформу трехмерного сканирования образца, и подачу света, от стандартного источника белого света, который проходит через многомодовое световодное волокно и фокусируется оптической системой, далее лучи сходятся, фокусируются на поверхности испытуемого образца и фокусируются в световое пятно и отражаются; отраженный свет возвращается на исходный путь, попадает на диаметр сердцевины в головном конце волокна и разделяется многомодовым световодом. Вход в блок распознавания спектрального цвета и конфокальное определение положения белого света, блок соответственно для получения информации о цвете и микровысоте в точке образца. Платформа трехмерного сканирования образца приводит образец в движение трехмерного сканирования, затем она может получить форму поверхности образца и информацию о цвете в соответствующей точке.A prior art invention for measuring weight and size characteristics (CN 102506754 B, November 6, 2023) is known. This source of information discloses a method for using a confocal measuring device for both appearance and color measurements, which includes the following sequential steps: mounting a test sample on a three-dimensional sample scanning platform and supplying light from a standard white light source, which passes through a multimode light guide fiber and is focused by an optical system. The beams then converge, focus on the surface of the test sample, and are focused into a light spot and reflected; the reflected light returns to its original path, hits the core diameter at the head end of the fiber, and is separated by the multimode light guide. Input to the spectral color recognition unit and confocal determination of the white light position, a unit for obtaining color and microheight information at a point in the sample, respectively. The three-dimensional sample scanning platform sets the sample in three-dimensional scanning motion, which can then obtain the shape of the sample surface and color information at the corresponding point.

Также данный источник раскрывает устройство, используемое в способе, которое включает стандартный источник белого света, многомодовое световодное волокно и оптическое волокно, торцевую часть головки, держатель оптической головки, фокусирующую оптическую систему, платформу для 3D-сканирования образца, блок конфокального измерения положения, блок распознавания спектрального цвета и компьютер. Стандартный источник белого света, конфокальный блок измерения положения белого света и блок распознавания спектрального цвета подключены к головному концу оптического волокна через оптическое волокно. Головной конец удерживается держателем волоконной головки; головной конец волокна, фокусирующая оптическая система и платформа трехмерного сканирования образца соединены с общим оптическим путем.This source also discloses a device used in the method, which includes a standard white light source, a multimode light-guiding fiber, an optical fiber, a head end, an optical head holder, a focusing optical system, a 3D sample scanning platform, a confocal position measurement unit, a spectral color recognition unit, and a computer. The standard white light source, the confocal white light position measurement unit, and the spectral color recognition unit are connected to the head end of the optical fiber via the optical fiber. The head end is held by the fiber head holder; the head end of the fiber, the focusing optical system, and the 3D sample scanning platform are connected to a common optical path.

Недостатком данного решения является необходимость длительного сканирования для определения размеров объектов.The disadvantage of this solution is the need for lengthy scanning to determine the size of objects.

Также в уровне техники известно устройство для измерения формы объектов (US 11002535 B2, 11.05.2021), которое содержит площадку, на которой размещается объект измерения; секцию проецирования света, выполненную с возможностью излучения узорчатого света на объект измерения, расположенный на предметном столике; секцию приема света, выполненную с возможностью приема узорчатого света, излучаемого из секции проецирования света и отраженного от объекта измерения, и вывода данных приема света; секцию управления в направлении оптической оси, выполненную с возможностью относительного перемещения предметного столика в направлении оптической оси относительно секции приема света, чтобы таким образом регулировать положение фокуса секции приема света; и раздел управления для выполнения: обработки сбора данных стереоскопической формы для измерения на основе данных приема света, выдаваемых блоком приема света, с помощью метода проекции рисунка, формы объекта измерения, присутствующего в диапазоне измерения на плоскости предметного столика, ортогональной оптической ось секции приема света и получение данных стереоскопической формы.Also known in the prior art is a device for measuring the shape of objects (US 11002535 B2, 11.05.2021), which comprises a platform on which the measurement object is placed; a light projection section configured to emit patterned light onto the measurement object located on the stage; a light receiving section configured to receive the patterned light emitted from the light projection section and reflected from the measurement object, and to output light receiving data; an optical axis direction control section configured to relative move the stage in the direction of the optical axis relative to the light receiving section in order to thereby adjust the focal position of the light receiving section; and a control section for performing: processing the collection of stereoscopic shape data for measurement based on the light receiving data output by the light receiving unit, using a pattern projection method, the shape of the measurement object present in the measurement range on the plane of the stage, orthogonal to the optical axis of the light receiving section and obtaining stereoscopic shape data.

Недостатком данного решения является длительное время для определения размера объекта. Также недостатком является использование стерео зрения для оценки формы, из-за этого зачастую оно приводит к ошибкам измерения из-за не всегда точного сопоставления точек с разных камер.A disadvantage of this solution is the long time it takes to determine the size of an object. Another disadvantage is the use of stereo vision for shape estimation, which often leads to measurement errors due to inaccurate matching of points from different cameras.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей, на решение которой направлено заявленное решение заключается в устранении недостатков, выявленных в предшествующем уровне техники.The problem that the claimed solution is aimed at solving is to eliminate the shortcomings identified in the prior art.

Технический результат заявленного изобретения, заключается в:The technical result of the claimed invention consists in:

- использовании всех преимуществ параллельной проекции для измерения размеров объекта: постоянном размере объекта на изображении параллельной проекции, не зависимо от расстояния между объектом и линзой (фиг. 2.1, фиг. 2.2, фиг. 3); нет невидимых частей объекта (в мертвой невидимой зоне от камеры), влияющих на его размер в данной плоскости (фиг. 2.2); в размер объекта входят как его близко расположенные к линзе элементы, так и далекие (фиг. 4.1, фиг. 4.2),- using all the advantages of parallel projection for measuring the size of an object: the size of the object on the parallel projection image is constant, regardless of the distance between the object and the lens (Fig. 2.1, Fig. 2.2, Fig. 3); there are no invisible parts of the object (in the dead invisible zone from the camera) that affect its size in a given plane (Fig. 2.2); the size of the object includes both its elements located close to the lens and those located far away (Fig. 4.1, Fig. 4.2),

- высокой степени объективности измерения. Размер в плоскости определяется как есть, без мертвых зон и допущений (фиг. 2.2),- a high degree of measurement objectivity. The size in the plane is determined as is, without dead zones and assumptions (Fig. 2.2),

- постоянной точности измерения, не зависящей от геометрических размеров измеряемого объекта,- constant measurement accuracy, independent of the geometric dimensions of the measured object,

- измерение размера объекта за один кадр со светочувствительной матрицы (фиг. 4.1, фиг. 4.2). Либо линейной зависимость времени измерения объекта, от его размеров, в случае, если объект больше зоны измерения и необходимо собирать его полную параллельную проекцию по частям,- measurement of the object's size in one frame from the light-sensitive matrix (Fig. 4.1, Fig. 4.2). Or a linear dependence of the object's measurement time on its size, in the case where the object is larger than the measurement zone and it is necessary to collect its full parallel projection in parts,

- простом и предсказуемом способе измерения, упрощении наладки и обслуживания.- a simple and predictable way of measuring, simplifying setup and maintenance.

Заявленный технический результат достигается тому, что система измерения размера объекта (6) в плоскости, включающая: линзу (1), светочувствительную матрицу (2), зону измерения (3), линза (1), размером равна, или больше зоны измерения (3), светочувствительная матрица (2), находится за линзой (1) для фиксации строго параллельных пучков света (5), вычислительное устройство, соединенное со светочувствительной матрицей, и выполненное с возможностью осуществлять процесс измерения.The claimed technical result is achieved in that the system for measuring the size of an object (6) in a plane includes: a lens (1), a light-sensitive matrix (2), a measurement zone (3), a lens (1) of a size equal to or larger than the measurement zone (3), a light-sensitive matrix (2), located behind the lens (1) for recording strictly parallel beams of light (5), a computing device connected to the light-sensitive matrix, and configured to carry out the measurement process.

Система дополнительно содержит заднюю подсветку (4), расположенную за зоной измерения (3), и являющуюся фоном для объекта (6).The system additionally contains a backlight (4) located behind the measurement zone (3) and serving as a background for the object (6).

Система дополнительно содержит фиксированный задний фон, на фоне которого измеряемый объект (6) подсвечивается передней (7), или боковой подсветкой.The system additionally contains a fixed background, against which the measured object (6) is illuminated by front (7) or side illumination.

Система дополнительно содержит ограждающие конструкции, выполненные с возможностью ограничивать доступ постороннего освещения к зоне измерения (3) и линзе (1).The system additionally contains enclosing structures designed to limit access of extraneous light to the measurement zone (3) and the lens (1).

Внутренние стенки ограждающих конструкций выполнены черным матовым цветом, поглощающим свет от подсветок, или посторонних источников освещения.The internal walls of the enclosing structures are made of a matte black color, which absorbs light from backlighting or external light sources.

Линза (1) представляет собой рассеивающую линзу, а зона измерения (3) меньше светочувствительной матрицы (2)The lens (1) is a diverging lens, and the measurement area (3) is smaller than the light-sensitive matrix (2)

Линза (1) представляет собой собирающую линзу, а зона измерения (3) больше светочувствительной матрицы (2) и матрица находится на фокусном расстоянии от линзы (1).The lens (1) is a collecting lens, and the measurement zone (3) is larger than the light-sensitive matrix (2) and the matrix is at a focal distance from the lens (1).

Способ измерения размера объекта (6) в плоскости, посредством системы по любому из предшествующих пунктов, включающий этапы, на которых, объект (6) попадает в зону измерения (3), фиксируют изображение параллельной проекции объекта (6) вместе с фоном, посредством линзы (1) и светочувствительной матрицы (2), при этом получаемая параллельная проекция образуется путем фокусирования на светочувствительной матрице (2) параллельных лучей света за линзой (1), на полученном изображении отделяют изображение объекта (6) от фона, определяют размер объекта (6) в пикселях на изображении, размеры в пикселях переводят в реальные размеры объекта (6) в плоскости проекции с помощью заранее зафиксированных калибровочных коэффициентов.A method for measuring the size of an object (6) in a plane, by means of a system according to any of the preceding paragraphs, including the stages in which the object (6) enters the measurement zone (3), an image of a parallel projection of the object (6) is recorded together with the background, by means of a lens (1) and a light-sensitive matrix (2), wherein the resulting parallel projection is formed by focusing parallel rays of light behind the lens (1) on the light-sensitive matrix (2), an image of the object (6) is separated from the background in the resulting image, the size of the object (6) in pixels in the image is determined, the dimensions in pixels are converted into the actual dimensions of the object (6) in the projection plane using pre-fixed calibration coefficients.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

На фиг. 1.1 показана видимость объекта в расходящихся пучках света. Видно, что близкой маленький объект имеет такой же видимый размер, как и большой, но далекий.Fig. 1.1 shows the visibility of an object in diverging beams of light. It can be seen that a nearby small object has the same apparent size as a large but distant one.

На фиг. 1.2 показана видимость объекта в расходящихся пучках света. Видно, что часть объекта, влияющего на его размер, находящаяся в тени (мертвой зоне) от камеры. Таким образом, с таким способом наблюдения за объектом, его размер будет определен не верно.Fig. 1.2 shows the visibility of an object in diverging beams of light. It's clear that the portion of the object that influences its size is in the shadow (dead zone) of the camera. Therefore, with this method of observing the object, its size will be determined incorrectly.

На фиг. 1.3 камера видит только верхнюю часть усеченной пирамиды, и о форме и размерах невидимой части можно только догадываться.In Fig. 1.3 the camera sees only the upper part of the truncated pyramid, and the shape and size of the invisible part can only be guessed at.

На фиг. 2.1 показана видимость объекта в параллельных пучках света. Понятно, что его видимый размер не измениться от расстояния.Fig. 2.1 shows the visibility of an object in parallel beams of light. It is clear that its apparent size does not change with distance.

На фиг. 2.2 показана видимость объекта в параллельных пучках света и совпадение видимого размера объекта с реальным. В тени (мертвой зоне) от камеры находятся части объекта, не влияющие на его размер в данной плоскости. Таким образом, размер объекта в плоскости перпендикулярной пучкам света, будет зафиксирован правильно.Fig. 2.2 shows the visibility of an object in parallel beams of light and the correspondence between the apparent and actual size of the object. Parts of the object that do not affect its size in a given plane are in the shadow (dead zone) of the camera. Thus, the object's size in a plane perpendicular to the beams of light will be recorded correctly.

На фиг. 2.3 схематически показана работа с зоной измерения меньше светочувствительной матрицы. Используется рассеивающая линза.Fig. 2.3 schematically shows operation with a measurement zone smaller than the light-sensitive matrix. A diverging lens is used.

На фиг. 3 представлена схема попадания параллельных световых лучей на линзу и далее их фокусирования на светочувствительной матрице, при измерении размера объекта. Используется передне-боковая подсветка. Видно, что размер объекта на изображении не должен меняться от расстояния до объекта.Fig. 3 shows a diagram of how parallel light rays strike a lens and are then focused on a light-sensitive matrix during object size measurement. Front-side illumination is used. It is clear that the object's size in the image should not change with distance.

На фиг. 4.1 схематично представлен вариант системы измерения размера объекта в горизонтальной плоскости (XY).Fig. 4.1 schematically shows a variant of a system for measuring the size of an object in the horizontal plane (XY).

На фиг. 4.2 схематично представлен вариант системы измерения высоты объекта относительно платформы в вертикальной плоскости (Z).Fig. 4.2 schematically shows a variant of the system for measuring the height of an object relative to a platform in the vertical plane (Z).

На фиг. 4.3 схематично представлен вариант системы измерения с одновременным измерением как размера объекта в горизонтальной плоскости (XY), так и его высоты относительно платформы в вертикальной плоскости (Z). Для того, чтобы две задние подсветки не мешали друг другу, используются разные цвета, легко отфильтровываемые друг от друга.Fig. 4.3 schematically shows a measurement system that simultaneously measures both the size of an object in the horizontal plane (XY) and its height relative to the platform in the vertical plane (Z). To prevent the two backlights from interfering with each other, different colors are used, easily filtered from each other.

На фиг. 5 представлен пример получаемого изображения одинаковых объектов, находящихся на разном расстоянии, посредством заявленного изобретения. Видно, что размер объектов на изображении одинаковый, вне зависимости от расстояния до них.Fig. 5 shows an example of an image obtained using the claimed invention of identical objects located at different distances. It is evident that the size of the objects in the image is the same, regardless of their distance.

На фиг. 6 представлен пример работы системы с одновременным измерением как размера в горизонтальной плоскости, так и высоты над платформой в вертикальной плоскости, с применением способа измерения по настоящему изобретению.Fig. 6 shows an example of the operation of a system with simultaneous measurement of both the size in the horizontal plane and the height above the platform in the vertical plane, using the measurement method of the present invention.

На фиг. 7 еще один пример работы другой системы с применением способа измерения по настоящему изобретению. Объекты попадают в зону измерения в поточном режиме на ленте транспортера.Fig. 7 shows another example of the operation of another system using the measurement method of the present invention. Objects enter the measurement zone in a continuous mode on a conveyor belt.

На фиг. 8 система как на фиг. 7. Через зону измерения прошел объект значительно длиннее зоны измерения. Его изображения получается путем склеивания необходимого числа кадров.In Fig. 8, the system is similar to Fig. 7. An object significantly longer than the measurement zone passed through the measurement zone. Its image is obtained by stitching together the required number of frames.

Осуществление изобретения. Implementation of the invention .

При фиксации объекта с помощью обычной видео аппаратуры, изображение объекта не несет полной информации о его размере. Близкие объекты на изображении получаются большими, а далекие - маленькими (фиг. 1.1). Поэтому для определения размера объекта, необходимо знать расстояние до него. Также, если объект очень близко, то камера не видит края объекта, они оказываются в мертвой зоне, и приходится только догадываться что там, закрытое видимой частью объекта (фиг. 1.2). И не измерять, а предполагать размер объекта. Если в качестве объекта измерения будет использована коробка, тогда видимая поверхность коробки соответствует ее размерам. А если объект измерения будет представлять собой, например, усеченную пирамиду, то о ее размерах и форме можно только гадать (фиг. 1.3).When capturing an object using conventional video equipment, the image doesn't convey complete information about its size. Nearby objects appear large in the image, while distant objects appear small (Fig. 1.1). Therefore, to determine the size of an object, it's necessary to know its distance. Also, if the object is very close, the camera can't see its edges; they appear in the blind spot, and one must guess what's hidden by the visible part of the object (Fig. 1.2). The size of the object shouldn't be measured, but rather assumed. If a box is used as the object being measured, its visible surface corresponds to its dimensions. However, if the object being measured is, for example, a truncated pyramid, its size and shape can only be guessed at (Fig. 1.3).

В предлагаемом способе измерения, для видеофиксации измеряемого объекта (6) используется линза (1) с размером большим или равным зоне измерения (3). В частности, для собирательной линзы, если разместить видеоаппаратуру на фокусном расстоянии за линзой (1), то будет фиксироваться изображение, получаемое в параллельных пучках света (фиг. 2.1, фиг. 3). Получается, как бы параллельная проекция объекта на плоскость перпендикулярную пучкам света. Особенностью параллельной проекции является то, что размер проекции объекта не изменяется от расстояния до объекта. То есть для измерения размера объекта больше не нужно знать расстояние до него. Реальная фотография двух одинаковых объектов (6), находящихся на разном расстоянии от линзы на фиг. 5.In the proposed measurement method, a lens (1) with a size greater than or equal to the measurement zone (3) is used to record the measured object (6) on video. Specifically, for a converging lens, if video equipment is placed at a focal length behind the lens (1), an image will be recorded in parallel beams of light (Fig. 2.1, Fig. 3). This results in a parallel projection of the object onto a plane perpendicular to the beams of light. A distinctive feature of parallel projection is that the size of the object's projection does not change with distance to the object. This means that knowing the distance to the object is no longer necessary to measure its size. A real photograph of two identical objects (6) located at different distances from the lens is shown in Fig. 5.

Еще одним преимуществом параллельной проекции является то, что в тени передней части объекта не может быть скрытых частей объекта, влияющих на его размер в плоскости проекции (фиг. 2.2).Another advantage of parallel projection is that there cannot be any hidden parts of the object in the shadow of the front part of the object that affect its size in the projection plane (Fig. 2.2).

Используя данный принцип, можно измерять как размер объекта в плоскости (фиг. 4.1), так и его высоту над платформой (фиг. 4.2). Можно это делать одновременно (фиг. 4.3) сразу получая полные XYZ размеры объекта (6). Ведь гравитация прижимает измеряемый объект к платформе, и верхняя его точка в боковой параллельной проекции становится его естественной высотой. Для того, чтобы подсветки не мешали друг другу при одновременном использовании, можно сделать их разного цвета, для легкости цветовой фильтрации. Одна камера видит только одну - свою подсветку, отфильтровывая другие.Using this principle, one can measure both the object's size in a plane (Fig. 4.1) and its height above the platform (Fig. 4.2). This can be done simultaneously (Fig. 4.3), immediately obtaining the object's full XYZ dimensions (6). Gravity presses the measured object to the platform, and its highest point in the lateral parallel projection becomes its natural height. To prevent the backlights from interfering with each other when used simultaneously, they can be made different colors for easy color filtering. Each camera sees only one—its own backlight—while filtering out the others.

Линза (1) может быть создана с использованием различных физических принципов. В зависимости от типа линзы, расположение элементов должно соответствующим образом меняться. Например, при использовании зеркальной линзы, ее необходимо будет располагать под углом, а зона измерения (3), светочувствительная матрица (2) и фон будут находится на одной стороне от нее. Независимо от типа линзы (1), необходимо располагать светочувствительную матрицу (2) в фокусе линзы (1) для фиксации параллельных пучков света проходящих через зону измерения (3) и создающих параллельную проекцию объекта (6).The lens (1) can be created using various physical principles. Depending on the lens type, the arrangement of its elements must change accordingly. For example, when using a mirror lens, it must be positioned at an angle, with the measurement zone (3), the light-sensitive matrix (2), and the background all on the same side. Regardless of the lens type (1), the light-sensitive matrix (2) must be positioned at the focal point of the lens (1) to capture parallel beams of light passing through the measurement zone (3), creating a parallel projection of the object (6).

Собирающая линза (1) применяется если зона измерения (3) больше светочувствительной матрицы (2) (объектива применяемой видеокамеры). В случае если зона измерения (3) меньше, применяется рассеивающая линза. В любом случае, нужно добиваться того, чтобы фиксируемые лучи света в зоне измерения (3) получались параллельными для фиксации параллельной проекции.A converging lens (1) is used if the measurement zone (3) is larger than the light-sensitive matrix (2) (the lens of the video camera). If the measurement zone (3) is smaller, a diverging lens is used. In any case, it is necessary to ensure that the light rays recorded in the measurement zone (3) are parallel to capture a parallel projection.

Для ускорения процесса измерения объектов (6) возможно измерять объекты проезжающие через зону измерения (3). Например, на ленте транспортера. При высоком уровне подсветки необходимая экспозиция камеры очень мала, замер происходит практически мгновенно, и нет необходимости в фиксации объекта на месте.To speed up the process of measuring objects (6), it's possible to measure objects passing through the measurement zone (3), for example, on a conveyor belt. With high illumination, the required camera exposure is very low, the measurement occurs almost instantly, and there's no need to hold the object in place.

Этот способ можно применять и для объектов с размером больше, чем зона измерения (3). Но тогда необходимо фиксировать объект по частям, пропуская его через зону измерения (3) (либо перемещая зону измерения (3) по неподвижному объекту). Потом полученные растровые изображения сложить в одно общее - всего объекта и определить его размер (фиг. 8).This method can also be used for objects larger than the measurement zone (3). However, in this case, it is necessary to capture the object in sections, passing it through the measurement zone (3) (or moving the measurement zone (3) over a stationary object). Then, the resulting raster images are combined into a single image of the entire object and its size is determined (Fig. 8).

Размер объекта по изображению определяется сначала как размер в пикселях минимально описывающего прямоугольника (например, IntelRealSense, алгоритм Грэхема). А затем с помощью заранее определенного калибровочного коэффициента перевести из размера в пикселях в размер реальный, в необходимых единицах измерения (мм, м, и т.п.).The object's size in the image is first determined as the pixel size of the minimum bounding rectangle (e.g., Intel RealSense, Graham's algorithm). Then, using a predetermined calibration coefficient, the pixel size is converted to the actual size in the required units of measurement (mm, m, etc.).

Данный способ измерения может быть интегрирован в системы измерения ВГХ (весогабаритных характеристик). Как по фиксированному объекту в зоне измерения (фиг. 6), так и поточное измерение объектов, перемещающихся через зону измерения (фиг. 7, фиг. 8).This measurement method can be integrated into weight and size characteristics (WSC) measurement systems, both for a fixed object in the measurement zone (Fig. 6) and for continuous measurement of objects moving through the measurement zone (Fig. 7, Fig. 8).

Точность измерения зависит от разрешения используемой камеры, качества линзы и точности сборки. К примеру, используя разрешение 640х360, с размером зоны измерения 300х300х200, погрешность измерения получается меньше 1 мм.Measurement accuracy depends on the camera resolution used, lens quality, and assembly precision. For example, using a 640x360 resolution with a measurement area size of 300x300x200, the measurement error is less than 1 mm.

Система измерения размера объекта (6) в плоскости, включает линзу (1), светочувствительную матрицу (2), зону измерения (3) и вычислительное устройство (фиг. 1, фиг. 2.1, фиг. 2.2, фиг. 2.3). Линза (1), размером равна, или больше зоны измерения (3). Светочувствительная матрица (2), находится за линзой (1) для фиксации строго параллельных пучков света (5). Вычислительное устройство, соединенное со светочувствительной матрицей, и выполненное с возможностью осуществлять процесс измерения.The system for measuring the size of an object (6) in a plane includes a lens (1), a light-sensitive matrix (2), a measurement zone (3) and a computing device (Fig. 1, Fig. 2.1, Fig. 2.2, Fig. 2.3). The lens (1) is equal in size to or larger than the measurement zone (3). The light-sensitive matrix (2) is located behind the lens (1) for recording strictly parallel beams of light (5). The computing device is connected to the light-sensitive matrix and is configured to perform the measurement process.

Линза (1) может быть любой, фокусирующей параллельные лучи света на светочувствительной матрице (2). Например, линза Френеля, зеркальная линза, обычная выпуклая линза и т.д.The lens (1) can be any type that focuses parallel rays of light onto the photosensitive matrix (2). For example, a Fresnel lens, a mirror lens, a regular convex lens, etc.

Для более простого определения объекта на изображении, система содержит заднюю подсветку (4), расположенную за зоной измерения (3). Внутренние стенки ограждающих конструкций выполнены черным матовым цветом, поглощающим свет от задней подсветки (4), или иных посторонних источников освещения.To facilitate object identification in the image, the system includes a backlight (4) located behind the measurement zone (3). The interior walls of the enclosing structures are finished in matte black, absorbing light from the backlight (4) or other external light sources.

Задняя подсветка (4) может быть фиксированного цвета, на фоне которого измеряемый объект (6) подсвечивается передней (7), или боковой подсветкой.The backlight (4) can be of a fixed color, against the background of which the measured object (6) is illuminated by the front (7) or side lighting.

Система, в которой зона измерения (3) меньше светочувствительной матрицы (2) и применяется рассеивающая линза (1), для фиксации изображения параллельной проекции измеряемых объектов.A system in which the measurement zone (3) is smaller than the light-sensitive matrix (2) and a diverging lens (1) is used to capture an image of a parallel projection of the objects being measured.

Дополнительно система содержит ограждающие конструкции, выполненные с возможностью ограничивать доступ постороннего освещения к зоне измерения (3) и собирающей линзе (1). Для повышения эффективности внутренние стенки ограждающих конструкций выполнены черным матовым цветом, поглощающим свет от подсветок, или посторонних источников освещения.Additionally, the system includes enclosing structures designed to restrict ambient light from reaching the measurement zone (3) and the collecting lens (1). To enhance efficiency, the inner walls of the enclosing structures are finished in matte black, absorbing light from backlights or external light sources.

Система работает следующим образом: объект (6) попадает в зону измерения (3), с помощью параллельных лучей света, линза (1) и светочувствительная матрица (2), фиксирует изображение параллельной проекции объекта (6) вместе с фоном в плоскости перпендикулярной лучам света, на полученном изображении отделяют изображение объекта от фона, определяют размер объекта (6) в пикселях на изображении, размеры в пикселях переводят в реальные размеры объекта в плоскости проекции с помощью заранее зафиксированных калибровочных коэффициентов. В частном случае, определяют векторный контур объекта (6) в пикселях на изображении, упрощают до выпуклого многоугольника, далее определяют минимальный прямоугольник, в котором размещается векторный контур объекта, перебирая стороны выпуклого многоугольника.The system operates as follows: an object (6) enters the measurement zone (3), and using parallel beams of light, the lens (1) and photosensitive matrix (2) capture an image of the parallel projection of the object (6) along with the background in a plane perpendicular to the beams of light. The resulting image is then separated from the background, the size of the object (6) in pixels in the image is determined, and the pixel dimensions are converted to the actual dimensions of the object in the projection plane using pre-set calibration coefficients. In a particular case, the vector contour of the object (6) in pixels in the image is determined, simplified to a convex polygon, and then the minimum rectangle in which the vector contour of the object is located is determined by iterating over the sides of the convex polygon.

Калибровочный коэффициент может быть вычислен следующим образом: программа определяет размер объекта как 200х200 мм, а физический размер на самом деле 150х150 мм. Для получения 150, надо 200 домножить на 0.75 (150/200=0.75). Значит калибровочный коэффициент равен 0.75.The calibration factor can be calculated as follows: the program defines the object's size as 200 x 200 mm, but the physical size is actually 150 x 150 mm. To get 150, multiply 200 by 0.75 (150/200 = 0.75). Therefore, the calibration factor is 0.75.

Пример изображения двух одинаковых предметов на разном расстоянии сфотографированных в параллельной оптической системе (фиг. 5). Видно, что от расстояния ухудшается фокусировка, но размер объекта остается одинаковым, независимо от расстояния.An example of an image of two identical objects at different distances photographed in a parallel optical system (Fig. 5). It is clear that focusing deteriorates with distance, but the size of the object remains the same regardless of distance.

Пример работы заявленной системы (Фиг. 6). Объект помещается в зону измерения вручную. Установлен прозрачный стакан. Его хорошо видно на фоне задних подсветок (4). Видна проекция и размер стакана в горизонтальной плоскости (XY) и проекция и высота в боковой плоскости (XZ). Время замера одного объекта около 4мс (ограничено частой кадров камер) с точностью около 1 мм.An example of the proposed system's operation (Fig. 6). The object is manually placed in the measurement zone. A transparent cup is installed. It is clearly visible against the backlight (4). The cup's projection and size in the horizontal plane (XY) and projection and height in the lateral plane (XZ) are visible. The measurement time for one object is approximately 4 ms (limited by the camera frame rate) with an accuracy of approximately 1 mm.

Другой пример работы заявленной системы (Фиг. 7, Фиг. 8). Измеряемые объекты (6) проходят через зону измерения (3) на транспортере. Фиксируется время, размеры и изображения черно-белой проекций XY и XZ проходящих предметов. Предметы могут быть значительно длиннее зоны измерения (Фиг. 8), так как их изображения складываются из необходимого числа кадров. Время измерения одного объекта зависит от скорости движения ленты транспортера, но не быстрее чем за 4мс (ограничено частотой кадров камер), с точностью около 1 мм.Another example of the proposed system's operation (Fig. 7, Fig. 8). The objects to be measured (6) pass through the measurement zone (3) on a conveyor. The time, dimensions, and black-and-white XY and XZ projection images of the passing objects are recorded. Objects can be significantly longer than the measurement zone (Fig. 8), as their images are composed of the required number of frames. The measurement time for one object depends on the conveyor belt speed, but is no faster than 4 ms (limited by the camera frame rate), with an accuracy of approximately 1 mm.

Claims (18)

1. Система измерения размера объекта (6) в плоскости, включающая:1. A system for measuring the size of an object (6) in a plane, including: линзу (1), светочувствительную матрицу (2),lens (1), light-sensitive matrix (2), линза (1) размером равна или больше зоны измерения (3),lens (1) of size equal to or larger than the measurement zone (3), светочувствительная матрица (2) находится за линзой (1) для фиксации строго параллельных пучков света (5),the light-sensitive matrix (2) is located behind the lens (1) to record strictly parallel beams of light (5), подсветку, обеспечивающую выделение объекта (6), на фоне которого измеряется объект (6),backlighting that ensures the selection of the object (6) against the background of which the object (6) is measured, вычислительное устройство, соединенное со светочувствительной матрицей (2) и выполненное с возможностью осуществлять процесс измерения.a computing device connected to a light-sensitive matrix (2) and configured to carry out a measurement process. 2. Система по п.1, дополнительно содержащая заднюю подсветку (4), расположенную за зоной измерения (3) и являющуюся фоном для объекта (6).2. The system according to claim 1, further comprising a backlight (4) located behind the measurement zone (3) and serving as a background for the object (6). 3. Система по п.1, дополнительно содержащая фиксированный задний фон, на фоне которого измеряемый объект (6) подсвечивается передней (7) или боковой подсветкой.3. The system according to claim 1, further comprising a fixed background, against which the measured object (6) is illuminated by front (7) or side illumination. 4. Система по пп.1-3, дополнительно содержащая ограждающие конструкции, выполненные с возможностью ограничивать доступ постороннего освещения к зоне измерения (3) и линзе (1).4. The system according to paragraphs 1-3, additionally containing enclosing structures designed to limit access of extraneous light to the measurement zone (3) and the lens (1). 5. Система по п.4, в которой внутренние стенки ограждающих конструкций выполнены черным матовым цветом, поглощающим свет от подсветок или посторонних источников освещения.5. The system according to paragraph 4, in which the internal walls of the enclosing structures are made in a matte black color that absorbs light from backlights or external light sources. 6. Система по п.1, в которой линза (1) представляет собой рассеивающую линзу, а зона измерения (3) меньше светочувствительной матрицы (2).6. The system according to claim 1, in which the lens (1) is a diverging lens, and the measurement zone (3) is smaller than the light-sensitive matrix (2). 7. Система по п.1, в которой линза (1) представляет собой собирающую линзу, а зона измерения (3) больше светочувствительной матрицы (2) и матрица находится на фокусном расстоянии от линзы (1).7. The system according to claim 1, in which the lens (1) is a collecting lens, and the measurement zone (3) is larger than the light-sensitive matrix (2) and the matrix is at a focal distance from the lens (1). 8. Способ измерения размера объекта (6) в плоскости посредством системы по любому из предшествующих пунктов, включающий этапы, на которых,8. A method for measuring the size of an object (6) in a plane by means of a system according to any of the preceding claims, comprising the steps of, объект (6) попадает в зону измерения (3),object (6) enters the measurement zone (3), фиксируют изображение параллельной проекции объекта (6) вместе с фоном посредством линзы (1) и светочувствительной матрицы (2), при этом получаемая параллельная проекция образуется путем фокусирования на светочувствительной матрице (2) параллельных лучей света за линзой (1),the image of the parallel projection of the object (6) is captured together with the background by means of a lens (1) and a light-sensitive matrix (2), wherein the resulting parallel projection is formed by focusing parallel rays of light behind the lens (1) on the light-sensitive matrix (2), на полученном изображении отделяют изображение объекта (6) от фона,on the resulting image, the image of the object (6) is separated from the background, определяют размер объекта (6) в пикселях на изображении,determine the size of the object (6) in pixels in the image, размеры в пикселях переводят в реальные размеры объекта (6) в плоскости проекции с помощью заранее зафиксированных калибровочных коэффициентов.The pixel dimensions are converted into the actual dimensions of the object (6) in the projection plane using pre-fixed calibration coefficients.
RU2024122993A 2024-08-12 System and method for measuring the size of an object in a plane RU2848167C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2848167C1 true RU2848167C1 (en) 2025-10-16

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU241019A1 (en) * Ю. Бурштейн , А. Ю. Мельииковский PHOTO-IMPULSE METHOD OF MEASURING DIAMETERS
US3947129A (en) * 1973-10-12 1976-03-30 Aga Aktiebolag Apparatus for contactless measuring of the dimensions of objects
JPS61234307A (en) * 1985-04-10 1986-10-18 Mitsutoyo Mfg Corp Optical measuring apparatus
JPS6342411A (en) * 1986-08-08 1988-02-23 Maki Seisakusho:Kk Method and instrument for inspecting three-dimensional measurement of body
JPH0738951U (en) * 1993-12-21 1995-07-14 大同特殊鋼株式会社 Optical sensor type inspection / measurement device
CN210514530U (en) * 2019-07-24 2020-05-12 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 A sample comparison device for collection terminal and electric energy meter

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU241019A1 (en) * Ю. Бурштейн , А. Ю. Мельииковский PHOTO-IMPULSE METHOD OF MEASURING DIAMETERS
US3947129A (en) * 1973-10-12 1976-03-30 Aga Aktiebolag Apparatus for contactless measuring of the dimensions of objects
JPS61234307A (en) * 1985-04-10 1986-10-18 Mitsutoyo Mfg Corp Optical measuring apparatus
JPS6342411A (en) * 1986-08-08 1988-02-23 Maki Seisakusho:Kk Method and instrument for inspecting three-dimensional measurement of body
JPH0738951U (en) * 1993-12-21 1995-07-14 大同特殊鋼株式会社 Optical sensor type inspection / measurement device
CN210514530U (en) * 2019-07-24 2020-05-12 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 A sample comparison device for collection terminal and electric energy meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101150755B1 (en) Apparatus for photographing image
US4629324A (en) Arrangement for measuring depth based on lens focusing
US20110317156A1 (en) Inspection device for defect inspection
JP2005504305A (en) 3D scanning camera
KR102841844B1 (en) Range differentiators for auto-focusing in optical imaging systems
CN114593897B (en) Measuring method and device of near-eye display
CN108332708A (en) Laser leveler automatic checkout system and detection method
JP2019215321A (en) System and method for inspecting refractive power and thickness of ophthalmic lens immersed in solution
WO2000033026A1 (en) Apparatus and method to measure three-dimensional data
CN106154721A (en) A kind of distance-finding method, automatic focusing method and device
CN110082360A (en) A kind of sequence optical element surface on-line detection device of defects and method based on array camera
CN113375583A (en) Light path system, monocular three-dimensional image acquisition system and three-dimensional strain detection system
CN109556834A (en) Lens characteristics measuring device and lens characteristics measurement method
CN114577135B (en) 3D detection method and system for chip pin warpage based on single lens
JP2023547699A (en) 3D scanner with sensors with overlapping fields of view
RU2848167C1 (en) System and method for measuring the size of an object in a plane
KR101739096B1 (en) Device and method for inspecting external appearance of display panel
CN114689281B (en) Method for detecting pupil drift of optical module
CN114286078B (en) Camera module lens appearance inspection method and equipment
KR100236674B1 (en) Laser shape measuring device using asymmetric optical system
US11997247B2 (en) Three-dimensional space camera and photographing method therefor
KR101358429B1 (en) An optical system to examine the four sides of the object
CN221945868U (en) A device for detecting internal components of an optical machine
CN210899448U (en) A test device and electronic equipment
JPH03276005A (en) Shape measuring device