WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 4 ] --

1.2.2 Определение формы трехмерных объектов методом проекции пространственно-модулированных структур Для определения формы объекта существует способ измерения линейных размеров трехмерных объектов [28]. Данный способ заключается в многократном формировании на поверхности контролируемого объекта зондирующей структурированной подсветки путем освещения поверхности объекта пучком оптического излучения, каждый раз с управлением пространственной модуляцией интенсивности пучка оптического излучения, последовательной регистрации изображений искаженной рельефом поверхности контролируемого объекта структуры зондирующей подсветки и определении высоты рельефа поверхности контролируемого объекта по степени искажения изображения структуры зондирующей подсветки, а двух других координат по положению искажений структуры подсветки в зарегистрированных изображениях. Для каждой точки контролируемого объекта определяется зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения, то есть положение пикселя в строке и кадре. Для определения высоты рельефа поверхности контролируемого объекта определяют расстояние от базовой поверхности до точки калибровочной поверхности, в которой зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения в наибольшей степени подобна зависимости в исследуемой точке контролируемого объекта. Схема способа приведена на рисунке 6.

б) – примеры пространственно-модулированной картины Рисунок 6 – Способ проекции и регистрации пространственномодулируемой картины На рисунке 6: 1 – источник; 2 – исследуемый объект; 3 – регистратор. С помощью реализации данного способа можно достичь повышения точности контроля линейных размеров трехмерных объектов и расширение возможностей при проведении контроля. Примеры визуальной модели искажения пространственно–модулированной картины виде черно-белых полос в зависимости от угла между направлениями проекции и регистрации картины приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 – Искажение полусферой пространственно-модулированной Отличительная черта рассматриваемого способа в том, что для каждой точки контролируемого объекта определяют зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения, используют полученные калибровкой калибровочной поверхности зависимости интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения для точек калибровочной поверхности при ее различных расстояниях до поверхности, определенной как базовая, и для определения высоты рельефа поверхности контролируемого объекта, определяют расстояние от базовой поверхности до точки калибровочной поверхности, в которой зависимость интенсивности освещения от номера изображения в наибольшей степени подобна зависимости в исследуемой точке контролируемого объекта.

По словам автора, способ бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов является промышленно применимым существующими средствами.

Устройство, посредствам которого реализуется способ, представлено на рисунке 8 и содержит источник оптического излучения 1, пространственный модулятор интенсивности 2, фоторегистратор 3, цифровой электронный блок 4, блок регистрации 10 результатов 5. Вход цифрового электронного блока соединен с выходом фоторегистратора 3, а выход соединен с управляющим входом модулятора 2.

Измерение линейных размеров трехмерных объектов осуществляют следующим образом. Интенсивность оптического излучения, выходящего из источника 1, модулируется пространственным модулятором света 2.

Созданная таким образом структурируемая подсветка проецируется на поверхность контролируемого объекта, рельеф которой известным образом искажает изображение структурируемой подсветки. Фоторегистратор регистрирует изображение контролируемого объекта и передает на вход электронного блока 4. Электронный блок 4 преобразует сигнал с выхода фоторегистратора 3 и записывает очередное изображение структурируемой подсветки во внутреннее запоминающее устройство. Одновременно в памяти электронного блока 4 записывается изображение структурированной подсветки, созданной пространственным модулятором 2. Перечисленная выше последовательность повторяется второй раз, но при этом по сигналу с выхода цифрового электронного блока 4 модулятор 2 формирует структурированную подсветку, соответствующую второй реализации. Число структурированных подсветок устанавливаются в зависимости от требуемой точности определения линейных размеров контролируемого объекта и, практически, ничем не ограничены. Направления освещения и наблюдения устанавливаются различными. Профиль поверхности восстанавливается из величины искажений наблюдаемых изображений структурируемых подсветок. Расположение функциональных узлов комплекса приведено на рисунках 9 и 10 [9].

Рисунок 9 – Расположение функциональных узлов комплекса Для увеличения точности контроля перед проведением измерения контролируемого объекта необходимо выполнять калибровку калибровочной поверхностью, на которую нанесены координатные метки. Калибровка заключается в проведении вышеописанного цикла измерений калибровочной поверхности, в результате которого во внутреннем запоминающем устройстве электронного блока 4 формируется набор изображений калибровочной поверхности, параллельно смещаемой по направлению от источника освещения на некоторые интервалы с сохранением результатов в электронном блоке 4. Самая удаленная поверхность определяется как базовая. Поскольку зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения однозначно определяет высоту рельефа зарегистрированных изображениях, то для каждой точки измеренной поверхности определяется точка на базовой поверхности, в которой зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения была аналогичной.





Рисунок 11 – Топология нейронной сети для задачи калибровки После получения изображений контролируемого объекта для каждой точки на изображениях контролируемого объекта определяются точки на изображениях калибровочной поверхности, соответствующие различным расстояниям от измеряемой поверхности до базовой, в которых была аналогичная зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения. С помощью интерполяции определяется расстояние от базовой поверхности до поверхности, на которой в исследуемой точке зависимость интенсивности зарегистрированного излучения от номера изображения в наибольшей степени подобна зависимости интенсивности от номера изображения в исследуемой точке контролируемого объекта. По координатам исследуемой точки с помощью координатных меток, нанесенных на калибровочную поверхность, определяются координаты точки в двумерном пространстве, определенном калибровочной поверхностью. С помощью линейного преобразования определяются декартовые координаты в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения калибровочной поверхности. Таким образом, для каждой исследуемой точки изображения определяются 3 декартовые координаты:

одна в направлении перемещения калибровочной поверхности и 2 в плоскости, перпендикулярной направлению перемещения калибровочной поверхности. Использование функции зависимости интенсивности освещения от номера изображения, устойчивой к ошибке определения интенсивности, обеспечивает устойчивость способа к определению поля координат контролируемого объекта. Способ позволяет определять линейные размеры трехмерных объектов независимо от отражательных свойств поверхности и наличия глубоких впадин. На рисунках 12 и 13 изображены исследуемый объект и результат исследования одной из его поверхностей.

Рисунок 12 – Измеряемый объект (лопатка турбины) Рисунок 13 – Воспроизведенная на ЭВМ поверхность лопатки турбины 1.2.3 Способ получения трехмерного изображения объекта путем измерения интенсивности диффузного отражения света При наблюдении трехмерной сцены можно легко отличить цилиндрическую колонну от колонны, имеющей прямоугольное сечение. У зрителя не возникает трудности в различении плоского диска и шара. Можно привести множество других примеров. Эта особенность изображений давно известна и используется в живописи. В большинстве случаев информации, содержащейся в распределении светотени в проекциях трехмерных объектов на сетчатки глаз, оказывается достаточно для определения третьей недостающей координаты (глубины). Этот метод определения глубины можно реализовать и в сканерах. Особенно просто этот метод реализуется при сканировании объектов, поверхность которых диффузно отражает падающий на нее свет [19].

При использование закона диффузного отражения света сканируемыми объектами для получения их трехмерных изображений необходимо рассмотреть процесс образования светотеней на изображении объекта, при этом будем считать, что объект диффузно отражает падающий на него свет.

Согласно закону Ламберта сила света I1, отраженного диффузно отражающей поверхностью, при одинаковой яркости во всех направлениях, равна где I – сила падающего света, К – коэффициент отражения поверхности (0K1), – угол между нормалью N к отражающей поверхности и направлением на источник света. Сам факт зависимости силы диффузно отраженного света от углового положения отражающей поверхности по отношению к направлению, откуда происходит ее освещение, дает принципиальную возможность определять угловую ориентацию отражающей поверхности в различных точках пространства, а по ним и всю поверхность.

Это обстоятельство используется зрительной системой и может быть использовано в целях получения трехмерных изображений при сканировании реальных объектов.

Для того, чтобы проанализировать данный способ, рассмотрим рисунок 14 [19].

Рисунок 14 – Диффузно отражающая свет поверхность, произвольно На этом рисунке показана диффузно отражающая свет поверхность, которая помещена в начало координат, а также нормаль к этой поверхности N, составляющая с направлением на источник света угол. Источник света расположен на одной из координатных плоскостей, а камера на оси x.

Угол не определяет однозначно угловое положение в пространстве нормали к отражающей поверхности. Для того чтобы однозначно задать угловое положение в пространстве этой нормали, необходимо задать два угла, а именно угол – азимут, и угол – угол места. При этом имеет место соотношение:

Это соотношение может быть получено путем последовательного проецирования нормали ON сначала на координатную плоскость XOY, а затем проецирования проекции нормали OA на ось I. При этом будем иметь Делая подстановку cos из формулы (2) в формулу (1) и выполнив некоторые преобразования, соотношение примет вид:

где – угол между осью x и направлением на источник света. В этом выражении известными величинами считаются сила света I, которым освещается диффузно отражающая поверхность; сила света I1, диффузно отраженного этой поверхностью, а также угол, поскольку они могут быть измерены. Неизвестными величинами являются углы, и коэффициент отражения поверхности К. При наличии всего одного уравнения и трех неизвестных, невозможно определить эти неизвестные. Однако проблема может быть легко решена, если при измерениях воспользоваться дополнительными источниками света. Действительно, расположив дополнительный источник параллельных лучей света, например, на оси х и измерив силу света I0, отраженного рассматриваемой поверхностью от этого источника, можно составить дополнительное уравнение Аналогичным образом можно получить еще одно недостающее уравнение, если дополнительный источник света поместить так, чтобы он располагался на линии, лежащей в координатной плоскости XOZ:

где – угол между осью x и направлением на этот дополнительный источник света. Решая совместно уравнения (4)-(6), получим Формулы (7) и (8) полностью определяют угловое положение нормали к диффузно отражающей поверхности объекта в каждой ее точке.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 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.