СИСТЕМА ПОСТРОЕНИЯ ТРЕХМЕРНЫХ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ

Полезная модель относится к области измерений трехмерных координат различных объектов и может быть использована в системах автоматического и автоматизированного построения моделей объектов, не являющихся статическими (изменяющих свое положение и пространственную конфигурацию во времени), а также в системах безопасности.
Известна система идентификации объектов [1] включающая компьютер с монитором видеокамеру, позволяющую получить объемное изображение, или не менее двух камер позволяющих получить двумерные изображения, и осветительное устройство.
Недостатком указанной полезной модели является то, что для съемки перемещающегося в пространстве объекта, изображения, поступающие с камер, при обработке на ЭВМ должны быть строго синхронизированы по кадрам, что накладывает серьезные ограничения на используемые типы видеокамер в указанных решениях. В основном, эти ограничения относится к использованию цифровых сетевых видеокамер.
Известна система множественных бесконтактных измерений трехмерных координат поверхности детали (прототип), характеризующаяся тем, что состоит, по меньшей мере, из двух цифровых видеокамер, электронных вычислительных средств, включающих подсистему построения трехмерных моделей. При этом видеокамеры закреплены на жестком базисе, фиксирующем их положение в пространстве [2].
Недостатком указанной полезной модели является то, что для съемки перемещающегося в пространстве объекта, изображения, поступающие с камер, при обработке на ЭВМ должны быть строго синхронизированы по кадрам, что накладывает серьезные ограничения на используемые типы видеокамер в указанных решениях. В основном эти ограничения относятся к использованию цифровых сетевых видеокамер.
Этот недостаток обусловлен тем, что при передаче изображений с камер на ЭВМ два одновременно пришедших кадра могут соответствовать разным моментам времени их получения на камерах. Это связано с тем, что после съемки изображения (кадра) с матрицы оно проходит обработку, например, сжатие, подготовку к передаче кадра, что требует времени. Также требует времени передача кадров по каналам связи. В случае использования IP-камер, доставка IP пакетов не предполагает гарантированное фиксированное время их доставки, и в зависимости от структуры вычислительной сети возможны произвольные задержки при передаче кадров. Также возможны трудно прогнозируемые задержки времени при получении кадров, непосредственно, программой, осуществляющей их обработку и выполнение измерений трехмерных координат, вызванные особенностями работы и организации той или иной операционной системы.
Если снимаемый объект статический, то на всех кадрах с различных камер мы получаем статическое изображение и вопрос синхронизации не является существенным. Если же объект перемещается, то при отсутствии средств синхронизации программа обработки может одновременно получить кадры с различных камер, снятые в разные моменты времени, когда снимаемый объект имел различные положения. Это может вызвать значительную потерю в точности измерений.
Камеры различных типов от различных производителей имеют различные интерфейсы передачи изображений и функциональность, которые могут часто не предполагать средств точного измерения и передачи времени снятого кадра, но и в случае их наличия могут возникнуть проблемы в одновременной установке их системного времени с точностью до долей секунды.
Техническим результатом применения данной полезной модели является повышение точности и надежности создания пространственных моделей движущихся объектов и измерений их координат средствами широко распространенных в промышленности цифровых сетевых видеокамер.
Технический результат достигается тем, что в системе построения трехмерных пространственных моделей подвижных объектов, состоящей, по меньшей мере, из двух цифровых видеокамер или цифровых стереовидеокамер, электронных вычислительных средств, включающих подсистему построения трехмерных моделей, согласно полезной модели цифровые видеокамеры оснащены сетевыми интерфейсами, система содержит, не менее чем, одно управляемое по цифровому интерфейсу устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания, расположенное в зоне обзора видеокамер, электронные вычислительные средства содержат синхронизирующее вычислительное устройство, оснащенное, не менее, чем одним сетевым интерфейсом для получения информации от сетевых интерфейсов камер, и цифровым интерфейсом для управления устройством синхронизации кадров, содержит систему управления устройством синхронизации кадров и автоматическую систему технического зрения для распознавания состояния устройства синхронизации кадров на основе их содержания.
В системе построения трехмерных пространственных моделей подвижных объектов устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания может быть выполнено в виде управляемого по цифровому интерфейсу импульсного точечного источника света, при этом устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания может быть расположено на поверхности с однородным фоном.
В системе построения трехмерных пространственных моделей подвижных объектов устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания может быть выполнено в виде участка поверхности с однородным фоном и управляемого через цифровой интерфейс направленного на участок поверхности с однородным фоном импульсного источника света.
В системе построения трехмерных пространственных моделей подвижных объектов устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания может быть выполнено в виде управляемого через цифровой интерфейс экрана.
На фиг.1 представлен пример реализации системы построения трехмерных пространственных моделей перемещающихся объектов на основе цифровых видеокамер, работающих в вычислительной сети, при этом одна из цифровых видеокамер является стереовидеокамерой. Сетевые интерфейсы видеокамер на фиг.1 не изображены.
Позиции на фиг.1:
1-3 Цифровые видеокамеры
4 Цифровая стереовидеокамера
5 Электронные вычислительные средства
6 Автоматическая система технического зрения
7 Потребитель
8 Зона обзора камер
9 Устройство синхронизации кадров на основе их содержания
10 Перемещающийся объект наблюдения
II Подсистема построения трехмерных моделей
12 Синхронизирующее вычислительное устройство
13 Система управления устройством синхронизации кадров
14 Сетевой интерфейс
15 Цифровой интерфейс
16 Вычислительная сеть
Устройство синхронизации кадров на основе их содержания 9 от видеокамер 1-3, 4 может быть выполнено в виде управляемого по цифровому интерфейсу 15 импульсного точечного источника света (на фиг. не показано), в том числе расположенного на поверхности с однородным фоном для облегчения определения его состояния.
Также устройство синхронизации кадров от видеокамер на основе их содержания 9 может быть выполнено виде участка поверхности с однородным фоном и управляемого через цифровой интерфейс 15 направленного на этот участок поверхности с однородным фоном импульсного источника света.
В указанных случаях начальные частота и длительность синхронизирующих импульсов выбираются в зависимости от параметров цифровых видеокамер 1-3, 4 и требований к точности синхронизации кадров и корректируются системой управления устройством синхронизации кадров 13 при помощи автоматической системы технического зрения 6, по специальным алгоритмам, с целью получения оптимальных результатов.
Устройство синхронизации кадров на основе их содержания 9 от цифровых видеокамер 1-3, 4 также может быть выполнено в виде управляемого через цифровой интерфейс 15 экрана (на фиг. не показано), на котором с течением времени выводятся различные изображения, хорошо различимые автоматической системой технического зрения 6 в данных условиях съемки и предназначенные для осуществления синхронизации.
При этом управление таким устройством включает в себя как задание частоты, длительности изменений во времени отображаемых на экране изображений, так и тип, конфигурацию таких изображений.
Управление устройством синхронизации кадров на основе их содержания 9 осуществляется системой управления устройством синхронизации кадров 13 путем передачи управляющей информации через цифровой интерфейс 15, например, USB, Wi-Fi, Bluetooth и т.д.
Синхронизирующее вычислительное устройство 12 может быть выполнено в виде отдельного вычислительного сервера, содержащего сетевой интерфейс 14 для получения информации с цифровых видеокамер 1-3, 4 и цифровой интерфейс 15 для управления устройством синхронизации кадров на основе их содержания 9.
Автоматическая система технического зрения 6 и система управления устройством синхронизации кадров 13 реализуются в виде двух взаимодействующих программных модулей, выполняющихся на указанном сервере.
Выходными данными синхронизирующего вычислительного устройства 12 является поток точно синхронизированных по времени съемки кадров от всех цифровых видеокамер 1-3, 4 системы, по которым подсистема построения трехмерных моделей 11 производит построение трехмерных моделей и измерение их параметров. Результаты работы подсистемы построения трехмерных моделей 11 выдаются потребителю.
Подсистема построения трехмерных моделей 11 может быть также выполнена в виде отдельного вычислительного сервера, на котором выполняется специальное программное обеспечение для создания и обработки трехмерных пространственных моделей. Получение потока кадров от синхронизирующего вычислительного устройства 12 может производиться по любому из известных высокоскоростных цифровых интерфейсов 15, например, Firewire, или через вычислительную сеть технологии Ethernet.
Порядок работы системы следующий:
Изображения устройства синхронизации кадров на основе их содержания 9 фиксируется всеми цифровыми видеокамерами 1-3, 4 системы на снятых кадрах. Снятые кадры передаются на сетевой интерфейс 14 синхронизирующего вычислительного устройства 12.
При этом автоматическая система технического зрения 6 синхронизирующего вычислительного устройства 12 определяет состояние устройства синхронизации кадров на основе их содержания 9, пришедших с цифровых видеокамер, 1-3, 4 и по специальному алгоритму устанавливает по этой информации принадлежность множества кадров из различных источников одному моменту времени.
Далее, кадры от всех камер, которые принадлежат одному моменту времени съемки, группируются и передаются в сгруппированном виде подсистеме построения трехмерных моделей 11, которая осуществляет их совместную обработку с целью построения пространственной модели. Результаты работы подсистемы построения трехмерных моделей 11 выдаются потребителю.
Применение данной полезной модели позволит повысить точность и надежность создания пространственных моделей движущихся объектов и измерений их координат средствами широко распространенных в промышленности цифровых сетевых видеокамер.
Источники информации:
1. Патент на полезную модель RU 45079 МПК А61В 5/117
2. Патент на полезную модель RU 100610 МПК G01B 11/24 (Прототип)