WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 12 ] --

На рисунке 45 представлены графики зависимости яркости элемента изображения от его номера в строке. Анализируя рисунок 45 можно сделать перпендикулярна азимуту поляризатора) с учетом постоянного отклонения значения яркости эквивалентного шуму, имеет постоянное минимальное значение по сравнению с остальной областью изображения, за исключением краев и центра. Это объясняется тем, что на краях и центре термограммы в один элемент изображения проецируется элементарная площадка более сложной формы, чем в других областях. Для вертикальной линии, которая совпадает с азимутом поляризатора, значения яркости также постоянны вдоль линии, опять же за исключением краев и центра, однако, поскольку линия анализа совпадает с азимутом поляризатора, то значения яркости вдоль линии принимают максимальное значение. При рассмотрении изменения яркости вдоль диагоналей изображения (рисунок 46) яркость, как и в случаях с горизонтальной и вертикальной линиями остается постоянной, однако значение яркости относительно равны, так как угол линии анализа с азимутом поляризатора составляет 45° в обоих случаях. Следует отметить тот факт, что при анализе изображения при повороте линии, вдоль которой анализируется распределение яркости, к примеру, от горизонтальной линии к вертикальной, сохраняется постоянство значений яркости вдоль линии, а абсолютное ее значение изменяется от минимального к максимальному.

Приведенные результаты эксперимента по получению поляризационных термограмм подтверждает физическую и функциональную связь ориентации элементов наблюдаемой поверхности в пространстве со степенью поляризации их собственного теплового излучения.

3.4 Алгоритм, программа и результаты обработки поляризационных тепловизионных изображений объектов 3.4.1 Алгоритм и программа обработки поляризационных тепловизионных изображений объектов На основе метода описанного в параграфе 2.5 настоящей работы был разработан алгоритм обработки поляризационных тепловизионных изображений и определения трехмерной формы исследуемых объектов.

Схема алгоритма представлена на рисунке 47.

Рисунок 47 – Схема основного алгоритма обработки поляризационных На этом рисунке приведена схема основного алгоритма обработки и определения формы объектов по поляризационным термограммам, которая имеет достаточно простой вид. Согласно этому рисунку элемент схемы выполняет загрузку (считывание) поляризационных тепловизионных изображений (ПТИ).

анализируемого объекта, то есть основная задача данного блока – определить границу между областью изображения объекта, в которой находится информация об объекте и областью фона.

Для построения трехмерного изображения исследуемого объекта по поляризационным термограммам необходимо определить границу между областью теплового контура объекта и фоном, то есть областью изображения, которая не является частью объекта. Для решения этой задачи использовались два способа.

тепловизионных изображений в зависимости от азимута поляризации tп по алгоритму представленному на рисунке 48.

Рисунок 48 – Схема алгоритма определения границы контура объекта Алгоритм основывается на анализе изменения яркости соседних пикселей от анализируемого пикселя на поляризационных изображениях с азимутом поляризации tп=45° и tп=90°. Графически в упрощенном варианте способ представлен на рисунке 49.

Рисунок 49 – Пошаговая схема построения изображения с определением Второй способ основывается на сопоставлении полученных поляризационных тепловизионных изображений объекта с его классическим тепловизионным изображением в неполяризованном свете (рисунок 50).

Рисунок 50 – Пример а) классического и б) поляризационного Как отмечалось ранее по классическому тепловизионному изображению можно строго выделить все участки теплового контура, наблюдаемого тепловизионной камерой, объекта. При условии, что два поляризационных изображения и одно классическое в неполяризованном свете тепловизионное изображение являются изображениями одной сцены, то при их сопоставлении определяется граница объекта, внутри которой необходимо выполнять обработку информации и определять трехмерную форму. На рисунке 50а хорошо видно различие между областями объекта и фона, а на поляризационном тепловизионном изображении это различие наблюдается в меньшей степени.

Элемент схемы 3 (рисунок 47) выполняет обработку поляризационных тепловизионных изображений, а именно вычисление степени поляризации P всех элементов поверхности объекта эквивалентных соответствующим пикселям изображения по выражению (96), и вычисление угла ориентации также всех элементов поверхности объекта по выражению (97) и построение трехмерного изображения объекта изображения по выражениям (72) и (73).

Схема алгоритма непосредственного анализа и расчета параметров для воспроизведения трехмерной формы объектов приведена на рисунке 51 [43].

Рисунок 51 – Схема алгоритма анализа поляризационных изображений На данной схеме блок 1 выполняет формирование массивов данных, кодирование поляризационных тепловизионных изображений, определение размеров изображения, загрузка информации о контуре объекта. Блоки 2 и на основе предварительно полученной информации и самих ПТИ выполняют расчет степени поляризации P и угол ориентации элементарных площадок.

Различие блока 2 от блока 3 заключается в том, что расчет данных необходимых для построения трехмерного изображения в блоке выполняется по строкам, а в блоке 3 по столбцам.

3.4.2 Связь степени поляризации собственного излучения элементов поверхности объекта с углом наблюдения Важным аспектом является то, тот факт, что связь угла ориентации элементарной площадки поверхности объекта, эквивалентной одному пикселю изображения со степенью поляризации ее собственного теплового излучения описывается формулой (40’), а так как функция cos является четной, то возникает неоднозначность в определении «знака» наклона элементарной. На рисунке 52 приведен пример неоднозначности, где n – нормаль к элементу поверхности, H – направление наблюдения. Из данного рисунка следует, что углы 1 и 2 равны, хотя фактически 1= -45°, а 2=45°, и наклоны этих площадок направлены противоположные стороны.





Рисунок 52 – Определение направления наклона исследуемых элементов выражение для индикатрисы степени поляризации собственного теплового излучения металлов, сплавов и конструкционных материалов:

где входящий в данное выражение и далее, в формулы (164)–(167) угол ’ – это значения угла ориентации нормали к элементу dA поверхности объекта при заданной индикатрисе степени поляризации.

Входящий в это выражение множитель согласно работе [12] характеризует индикатрису степени поляризации излучения в ИК диапазоне полированной поверхности металлов и сплавов, а параметр зависит от шероховатости поверхности материала.

После несложного преобразования выражение (163) принимает вид:

квадратное уравнение относительно sin’:

После решения этого уравнения значение угла ’ определяется по формуле [41]:

Поскольку функция sin нечетная, то таким образом решается задача определения знака угла ориентации площадки.

Математически процедура определения знака угла формируется на основе совместного анализа и соответствующего учета выражений для угла ’ согласно (167) и для этого же по смыслу угла, согласно формуле (168):

Рисунок 53 – Аппроксимация индикатрисы степени поляризации собственного излучения элементов поверхности объектов: (1) – выражение (168) и (2) – выражение (165): (а) – моделирование степени поляризации, (б) – моделирование угла ориентации в зависимости от степени поляризации Для анализа равенства значений индикатрисы степени поляризации собственного излучения материалов по формулам (40’) и (165) проводился её количественный расчет, результаты которого приведены на рисунке 53.

Углы и ’ физически имеют один и тот же смысл; они являются результатом различных аппроксимаций индикатрисы степени поляризации собственного излучения материалов поверхности объекта. В этой связи выполнен анализ их соответствия с использованием аналога тригонометрического тождества:

При этом следует иметь ввиду, что при расчете параметры a и выбирались равными, угол ’ при функции sin рассчитывался по формуле (167), а угол при функции cos по формуле (40’).

Результаты оценки тождественного соотношения приведен на рисунке 54.

Рисунок 54 – Соотношение углов и ’ по выражениям (40’) и (167) Анализ рисунка 54 показывает, что в диапазоне всех возможных среднеарифметических отклонений 9%, значения соответствующих углов и ’ можно считать равными.

В этой связи, в блоках 2 и 3 (см. рисунок 51) вычисляется угол как по формуле (168), так и по формуле (167) и, при условии их практического равенства между собой, выбирается, в конечном счете, истинное значение угла.

3.4.3 Результаты обработки теоретических и Непосредственно обработку степени поляризации P и вычисление значений угла ориентации всех элементов изображений, формирование трехмерной формы объекта и запись результатов реализуется в блоке схемы алгоритма, приведенной на рисунке 51. Элемент схемы 4 представляет собой модуль, который визуализирует результаты выполнения блоков 2 и 3 и записывает (сохраняет) результаты в ПЗУ ЭВМ.

На основе разработанного метода определения трехмерной формы объектов на основе двух поляризационных тепловых изображений с азимутами поляризации tп=45° и tп=90°, его математической модели, рассмотренного алгоритма обработки поляризационных термограмм и экспериментальных поляризационных термограмм объектов, построены трехмерные изображения поверхности сферы и конуса. На рисунке приведен результат эксперимента по построению профиля алюминиевой полусферы по поляризационным термограммам приведенным в параграфе 2.2. Результаты вычислительного эксперимента воспроизведения трехмерных форм объектов в виде сферы и конуса приведены на рисунке 57, а на рисунке 57 – результаты экспериментального определения трехмерной формы объекта в виде конуса, полученные на основе указанного анализа поляризационных термограмм.

Рисунок 55 – Восстановление профиля полусферы (R – радиус; D – диаметр Рисунок 56 – Математические модели трехмерной формы объектов, полученные по результатам обработки смоделированных поляризационных Рисунок 57 – Результаты определения трехмерной формы конуса по данным обработки экспериментальных поляризационных термограмм После обработки полученного визуализированного изображения поверхности конуса медианным фильтром его трехмерная форма представлена на рисунке 58. Использование медианного фильтра для сглаживания воспроизведенной поверхности объекта, является примером возможностей дальнейшей обработки изображений, и представляет собой отдельную задачу, не входящую в рамки настоящей работы.

Рисунок 58 – Изображение трехмерной формы объекта в виде конуса после 3.5 Методика и результаты исследования погрешности метода определения трехмерной формы на основе Для анализа точности метода определения трехмерной формы по двум поляризационным термограммам, воспользуемся следующей формулой, по которой определяется угол ориентации элементов поверхности объекта с использованием величин видеосигналов этих изображений:

Предположим, что при сканировании поляризационных термограмм вдоль оси OY системы координат XYZ форма объектов воспроизведена по формуле (72):

где y(N,L) – координата в плоскости YOZ изображений, вдоль которой проводится сканирование.

Для конкретных значений чисел N и L элементарных площадок поверхности объекта их дифференциал функции x(N,L) равен:

где d – приращение угла при сканировании одного пиклеля.

В свою очередь, с учетом формулы (72) имеем:

Для определения d продифференцируем исходное выражение для угла при a=1:

Для расчета входящих в формулы (163)-(167) параметров используются поляризационных тепловизионных изображений с соответствующими азимутами поляризации, а также для углов t и.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 15 |
 


Похожие работы:

« ЛАРИН АЛЕКСЕЙ АНДРЕЕВИЧ СПОСОБЫ ОЦЕНКИ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ КОМПЬЮТЕРНОЙ ТОМОГРАФИИ Специальность: 05.11.13 – Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Научный руководитель -кандидат технических наук, старший научный сотрудник Бакулин В.Н. Научный консультант - кандидат технических наук, доцент Резниченко В.И. Москва 2013 2 Содержание ...»








 
© 2013 www.dis.konflib.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.