<<
>>

Вычисление параметров оптико-электронных датчиков в составе оптико-электронного устройства

Следующая важная модель - модель калибровки параметров оптико­электронного датчика. В рамках данной математической модели подразумевается, что первоначально производится вычисление параметров каждого оптико-электронного датчика независимо от других оптико­электронных датчиков.

Результатами вычисления параметров оптико электронного датчика являются:

- параметры радиальной дисторсии;

- тангенциальная дисторсия;

- эффективное (в пикселях) фокусное расстоение;

- реальное (в миллиметрах) фокусное расстоение.

Величины радиальной и тангенциальной дисторсий, значение фокусного расстояния обеспечивают далее возможность расчета трехмерных координат при известном взаимном положении оптико­электронных датчиков, которое вычисляется при стереокалиброке пар оптико-электронных датчиков.

Калибровка основана на анализе либо специально размещенных объектов на рабочей сцены с известными геометрическими характеристиками, либо выборе объекта динамически, при этом объект должен удовлетворять с заранее заданным характеристикам [49].

В случае использования заранее заданного объекта в качестве объекта используется куб с нанесенными на его стороны шахматными шаблонами [50, 51].

В случае выбора объекта среди объектов рабочий сцены выбирается объект, который наиболее четко наблюдается оптико-электронным датчиком и имеет характерные особенности, а также является неподвижным [52].

Математическая модель калибровки параметров оптико электронного датчика записывается следующим образом

= Cal (Iq, ),

где - набор координат точек с известным взаимным расположением, ki - параметры радиальной дисторсии, td1, td2- параметры тангенциальной дисторсии, fef- эффективное фокусное расстояние [53].

При расчете параметров калибровки используется, так называемая, модель «пин-холл» оптико-электронного датчика с передней плоскостью изображения.

Модель pinhole оптико электронного датчика представлена на рисунке 2.1 [54].

Рис. 2.1 - Модель pinhole оптико-электронного датчика (ориентация A)

Рис. 2.2 - Модель pinhole оптико-электронного датчика (ориентация B)

Калибровка заключается в определении двумерных координат контрольных точек на калибровочным объекте, последующем решении системы уравнений, учитывающих координаты данных контрольных точек и информации, что точки лежат в узле заранее заданной сетки координат. В результате решения систем уравнений формируется набор параметров, определяющих внутренние параметры оптико электронного датчика.

В частности, калибровка фокусных расстояний ОЭД и приведения резкости к заданной определяется:

оси, основано на выражении:

Рис. 2.3 - Иллюстрация к определению угла вращения ОЭД

После калибровки параметров каждого из оптико-электронных датчиков в составе разрабатываемого устройства, выполняется общая калибровка параметровстереопары оптико­

электронных датчиков.

Данная часть калибровочного процесса базируется на анализе либо того же самого калибровочного объекта, что был использован при калибровке параметров отдельных оптико электронных датчиков, либо на основе других объектов рабочей сцены которые выбираются среди общих объектов. Целесообразным является применение заранее созданных

калибровочных объектов, которые представляют собой куб с нанесенными на него с разных сторон изображениями шахматной доски.

Расчет внешних параметров стереопары общих электронных датчиков состоит в определении двух матриц: матрицы смещения и матрицы вращения. Указанные матрицы в своей совокупности дают возможность определить взаимное положение локальных систем координат каждого оптико-электронного датчика в составе единой стереопары друг относительно друга:

где q1, q2- индексы калибруемых оптико-электронных датчиков, составляющих стереопару,- матрицы трансформации,

определяющие взаимное положение пары оптико-электронных датчиков;

Процесс фоймирования изображения представлен [55, 56] где (X, Y, Z)- точка в трёхмерном пространстве; (и, v)- координаты точки проекции в пикселях; А - представляет собой матрицу камеры или матрицу внутренних параметров; cx, су - основная точка, которая обычно находится в центре изображения; fx, fy- фокусное расстояние, выраженное в пикселях.

Вектор внутренних параметров ранее определен на стадии калибровки единственного оптико-электронного датчка.

Преобразование координат может быть записано

Дисторсильаные искажения при калибровке вычисляются следующим

k1, k2, k3, k4, k5, к6 -радиальная дистория, p1, р2 - тангенциальная дисторсия.

Внешние матрицы поворота R и вектора переноса t вычисляются из фундаментальной матрицы F, которая в свою очередъ вычисляется из набора найденных и сопоставленных на предыдущем этапе ключевых точек.

В результате формируют так называемую существенную матрицу [58, 59]

Расчет матрицы поворота R и вектора переноса t выполняется следующим образом:

На первом шаге расчета значений калибровки определяют матрицу:

Она осуществляет такой поворот левой камеры вокруг центра проекции, что эпиполярные линии становятся горизонтальными и совмещёнными.

На втором шаге происходит выравнивание строк двух изображений:

На третьем шаге для каждой точки одной из камер вычисляют

В результате, как и отмечено при постановке задачи калибровки, вычисляются параметры преобразований для расчета трехмерных координат:

Расмотрим калибровку на примере использования в качестве калибровоного объекта квадрата, как одной из сторон калибровочного куба, D4, D2lD3lD4[60, 61].

Рис. 2.4 Изображение калибровочного куба , полученное с разных оптико­

электронных датчиков, составляющих единую стереосистему

Углы поворота камеры определяются изходя из уравнения (35)

Матрицы поворота вокруг осей координат записываются:

Матрица переноса на векторимеет вид

Отображение изображения объекта на плоскость приемника изображения оптико-электронного датчика может быть записано:

Таким образом, определены выражения, позволяющие выполнить расчет параметров калибровки внешних и внутренних параметров оптико­электронных датчиков и системы оптико-электронных датчиков.

Далее рассмотрим подмодель сегметации и вычисления контуров объектов.

<< | >>
Источник: Фролов Михаил Михайлович. МЕТОД, АЛГОРИТМЫ И МОДУЛЬНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ТРЕХМЕРНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ С МНОЖЕСТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Курск - 2019. 2019

Еще по теме Вычисление параметров оптико-электронных датчиков в составе оптико-электронного устройства:

  1. Алгоритм калибровки системы оптико-электронных датчиков в оптико-электронном устройстве
  2. Ввод изображения оптико-электронным датчиком
  3. Алгоритм формирования тремерной рабочей сцены при использовании нескольких оптико-электронных датчиков
  4. Метод формирования тремерной рабочей сцены при использовании нескольких оптико-электронных датчиков
  5. МЕТОД, АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ И СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА ТРЕХМЕРНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ С МНОЖЕСТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
  6. Фролов Михаил Михайлович. МЕТОД, АЛГОРИТМЫ И МОДУЛЬНОЕ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ТРЕХМЕРНОГО ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ С МНОЖЕСТВЕННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ ИЗОБРАЖЕНИЙ. ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук. Курск - 2019, 2019
  7. Структурно-функциональная организация оптико­электронного устройства трехмерного технического зрения с множественными источниками изображений
  8. 2.6 Модель синтеза множества характерных точек и обобщения сегментов и контуров объектов полученных с разных оптико­электронных датчиков
  9. История [Электронный ресурс]: учебно-методическое пособие / Г. М. Бурдина. - Электрон. текст. дан. (1,4 Мб). - Киров: Изд-во МЦИТО, 2019, 2019
  10. Антонов Ярослав Валерьевич. Электронное голосование в системе электронной демократии: конституционно-правовое исследование. Диссертация на соискание ученой степени кандидата юридических наук. Москва - 2015, 2015
  11. Методы вычисления параметров и сопоставления характерных точек объектов
  12. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И УСТРОЙСТВ ВЫЧИСЛЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ КООРДИНАТ ОБЪЕКТОВ РАБОЧЕЙ СЦЕНЫ
  13. Просвечивающая электронная микроскопия