Новая технология отслеживания Advanced Autolock в Trimble SX10

Новая технология отслеживания Advanced Autolock в Trimble SX10

В новом сканирующем тахеометре Trimble SX10 используется новая технология отслеживания призм Advanced Autolock, которая принципиально отличается от технологии Autolock в тахеометрах Trimble S серии. Новая система отслеживания теперь использует сенсор-камеру в зрительной трубе. Поскольку в Trimble SX10 нет окуляра, стало возможным использование основного оптического канала для размещения сенсора. Такое исполнение создает очень стабильную соосную конструкцию, очень хорошо подходящую для общей конструкции зрительной трубы, совмещающей функции тахеометра и сканера.

Trimble SX10 не поддерживает активные цели типа Multitrack, так как это делают тахеометры S Серии. Основная причина состоит в том, что SX10 имеет специфическую оптическую конструкцию, необходимую ему для отклонения пучка в целях сканирования. Этот инструмент имеет полностью новую конструкцию, в которую идеально вписывается технология отслеживания именно на основе камеры.
Недавние усовершенствования в датчиках камеры и вычислительной мощности позволили достичь очень высокое качество отслеживания, которое в будущем может стать еще выше по мере адаптации алгоритмов.

Упрощенный разрез зрительной трубы SX10. Красным цветом – исходящий сигнал следящей системы, желтым – приходящий сигнал

Качество отслеживания Trimble SX10 существенно выше, чем отслеживание пассивных призм инструментами S Серии. Новая конструкция предоставляет ему следующие преимущества:

  • Очень стабильная конструкция с минимальным изменением коллимации даже при сильно изменяющейся температуре
  • Распознавание близко расположенных призм, исключающее необходимость в функции FineLock для этого инструмента
  • Намного меньшая чувствительность к светоотражающим жилетам или дорожным знакам
  • Более точное отслеживание цели в зонах с большим количеством призм
  • Платформа с большим потенциалом для улучшений в будущем

Базовый принцип следящей системы

Следящая система использует камеру с оттенками серого (grey value camera) с кадровым (глобальным) затвором. Камера следящей системы соосна с телекамерой, а ее поле зрения слегка меньше. В момент, когда делается изображение, включается лазер для увеличения видимости цели. Затем фоновые шумы устраняются с помощью вычитания изображения при выключенном лазере. Также оптический фильтр блокирует большинство солнечного света и сохраняет изображение без искажений. Поскольку отраженный свет от призмы мощный, то выдержка может быть очень короткой, что также приводит к дальнейшему снижению фоновых шумов.

Лазер ВКЛ - Лазер ВЫКЛ = Результат

Поле зрения камеры следящей системы

Сравнение поля зрения камеры следящей системы с другими камерами SX10

Важно отметить, что инструмент видит и захватывает цель только тогда, когда она находится внутри малого окна поля зрения камеры следящей системы. Пример ниже показывает, почему иногда кажется, что инструмент должен был захватить цель (поскольку она видна на изображениях обзорной и основной камеры), но не делает этого. Эта ситуация случается на очень близких расстояниях из-за малого размера окна следящей системы. В большинстве таких случаев достаточно будет просто увеличить масштаб до Уровня 5 или выше, и увидеть то, что видит телекамера. Уровень увеличения 5 дает вам лучшее представление о том, что видит камера следящей системы. Если цели на изображении с Уровнем 5 нет, то вы не получите ее захват.

Пример из Access, демонстрирующий потерю захвата на близком расстоянии с увеличением Уровня 2
Потеря захвата и поле зрения различных камер на близком расстоянии

Далее в этой статье мы продемонстрируем вам некоторые примеры изображений камеры следящей системы и телекамеры.

Примеры изображений следящей системы и телекамеры

Изображение следящей системы (слева) и Изображение телекамеры (справа)

Изображение камеры следящей системы выше – наглядный пример того, что видит следящая система. Обычно оно очень темное с призмой в виде яркого пятна. Сравните его с соответствующим изображением телекамеры. Размер призмы 60 мм на расстоянии 100 м.

Изображение камеры следящей системы анализируется и яркое пятно опознается как цель. Вычисляется положение и размер этого пятна. Положение на сенсоре изображения соответствует углу. На картинке выше инструмент наведен точно на цель и пятно находится в центре изображения.
На картинке ниже инструмент наведен ниже и правее цели. Смещение пятна (или угловая ошибка наведения) отправляется на сервомотор, который корректирует наведение инструмента.

Изображение следящей системы вне центра(слева) и Изображение телекамеры вне центра (справа)

Размеры цели и дальность

Камера следящей системы имеет фиксированный фокус на бесконечность. Это делает далекие цели сфокусированными на сенсоре изображения с очень малыми размерами. Близкие цели будут несфокусированными и иметь большой размер. Размер пятна может быть использован для оценки расстояния до цели.

Большие расстояния (слева) / Близкие расстояния (справа)

Апертура передней линзы равна 60 мм. Однако апертура следящей системы ограничена внутри зрительной трубы 50 мм. Это приводит к тому, что призмы с размером 25 мм (половина от 50 мм) и более имеют одинаковый размер на сенсоре. Их изображение на сенсоре ограничено величиной апертуры.

Камера следящей системы (слева) и Телекамера (справа)

Цели слева направо – 10 мм, 25 мм, 40 мм, 50 мм и 60 мм. Только цель размером 10 мм (крайняя левая) кажется меньше. Хотя призмы 25 мм и больше имеют одинаковый размер на сенсоре, по соображениям дальности и точности Trimble рекомендует использовать призмы с таким же размером как апертура, то есть 50 мм. В ситуациях с несколькими призмами, как показано выше, следящая система может различать их и отслеживать любую из них по отдельности.

Обычные цели под углами

Если вы смотрите на обычную цель сбоку, то ее размеры на сенсоре уменьшаются при увеличении угла поворота. Примерно под углом около 50 градусов она исчезает полностью.

Следящая система 0 градусов (слева) и Телекамера 0 градусов (справа)
Следящая система 45 градусов (слева) и Телекамера 45 градусов (справа)
Следящая система 60 градусов (слева) и Телекамера 60 градусов (справа)

Цели Trimble 360

Теперь обсудим ситуацию с целью 360. Глядя на нее с призмой, ориентированной точно напротив, инструмент получает следующие изображения:

Следящая система (слева) и Телекамера (справа)

Обратите внимание, что две боковые призмы на краях цели не видны на изображении следящей системы. Они повернуты слишком сильно. Если центральная призма будет закрыта, то инструмент не сможет захватить такую цель. Если цель 360 повернута так, что сразу две призмы ориентированы на инструмент, получим следующую картину:

Следящая система (слева) и Телекамера (справа)

Следящая система теперь видит два пятна, по одному на каждую призму. Алгоритм внутри следящей системы объединяет их в одну цель, так что разделение не приведет к тому, что инструмент захватит только одну цель.

https://www.youtube.com/watch?v=1_numB2o1fY

Примечание: Global Shutter сохраняет информацию моментально со всего сенсора целиком, а не построчно. Такой возможностью обладают CCDs сенсоры, технология производства которых довольно дорогая, в отличии от CMOS сенсоров

Михаил Караванов

Об авторе Михаил Караванов

Работает в Trimble с 2001 года