WWW.DIS.KONFLIB.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 
<< HOME
Научная библиотека
CONTACTS

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 15 |

Разработка и исследование оптико-электронных методов определения трехмерной формы объектов

-- [ Страница 6 ] --

Рисунок 17 – Схема освещения объекта структурированным светом и регистрации изображения объекта в конусных пучках Объект находится на некоторой плоскости XY, которая называется базовой. Предполагаем, что объект и базовая плоскость являются диффузно– отражающими поверхностями, поэтому луч, попадая на базовую плоскость XY, создает светящуюся точку В. Объектив О' формирует изображение данной точки на светочувствительной площадке регистратора в точке В'. При наличии объекта луч O''B создает на его поверхности другую светящуюся точку С. Изображение данной точки на чувствительной площадке регистратора сместится на х' в точку А'. Отсюда видно, что информация о высоте h точки С относительно базовой плоскости содержится в поперечном смещении ее изображения. В этом заключается суть метода триангуляции.

Выведем выражение, связывающее высоту объекта h в точке С с размером отрезка х'=В'А'.

Из подобия треугольников O''O'C и ABC следует Тогда высота объекта h будет Из треугольника OO'O'' следует Подставляя выражение (15) в выражение (14), получим Из подобия треугольников АВО' и А'В'О' следует где является фактически коэффициентом увеличения оптической системы.

Таким образом, окончательная формула для высоты объекта при схеме освещения объекта и регистрации его изображения в конусных пучках будет представлена в следующем виде:

Геометрия оптической схемы освещения объекта структурированным светом и регистрации изображения объекта в параллельных пучках показана на рисунке 18.

Рисунок 18 – Схема освещения объекта структурированным светом и регистрации изображения объекта в параллельных пучках Схема формирования структурированной картины на поверхности объекта и ее регистрации аналогична схеме в конусных пучках, описанной выше.

Из треугольника ABC следует Так как x=х', то окончательная формула для высоты объекта при схеме освещения объекта и регистрации его изображения в параллельных пучках будет рассчитываться как Геометрия оптической схемы освещения объекта структурированным светом в конусных пучках и регистрации изображения объекта в параллельных пучках показана на рисунке 19.

Рисунок 19 – Схема освещения объекта структурированным светом в конусных пучках и регистрации изображения объекта в параллельных пучках Схема формирования структурированной картины на поверхности объекта и ее регистрации аналогична схемам, описанным выше.

Из треугольника ABC следует Из треугольника BDO" следует Подставляя выражение (22) в выражение (21), получим высоту объекта Из треугольника ОО'О" следует Так как х = х', то окончательная формула для высоты объекта при схеме освещения объекта в конусных пучках и регистрации его изображения в параллельных пучках примет следующий вид:

Геометрия оптической схемы освещения объекта структурированным светом в параллельных пучках и регистрации изображения объекта в конусных пучках показана на рисунке 20.

Рисунок 20 – Схема освещения объекта структурированным светом в параллельных пучках и регистрации изображения объекта в конусных пучках Схема формирования структурированной картины на поверхности объекта и ее регистрации аналогична схемам, описанным выше.

Из подобия треугольников DCO' и ABC следует Тогда высота объекта будет Из подобия треугольников АВО' и А'В'О' следует С учетом выражений (27) и (28) окончательная формула для высоты объекта при схеме освещения объекта в параллельных пучках и регистрации его изображения в конусных пучках примет окончательный вид Из формул для высоты объекта (18), (20), (25) и (29) следует, что в схемах 3 и 4 смещение полосы на объекте зависит от ее координаты х в плоскости XY, поэтому для этих схем необходимо каким-либо образом маркировать полосы например, цветом, прерывистыми или пунктирными линиями и др.). Для автоматической расшифровки системы таких полос необходимы алгоритмы распознавания полос и вычисления отклонения полос от своего первоначального положения. Это во многом усложняет задачу обработки регистрируемых изображений и измерения поверхности объекта в целом.

Из треугольника OO'O'' следует:

Лишь в схемах 1 и 2 высота h независима от координаты полосы x, а зависит только от сдвига полосы. На практике, при освещении объекта структурированным светом, искаженная система полос на изображении объекта напоминает интерферограмму, полученную в полосах конечной ширины. Распределение фазы такой интерферограммы несет информацию о высоте объекта. В том случае, когда нет зависимости от координаты полосы, можно использовать хорошо разработанные алгоритмы автоматической расшифровки интерферограмм. При этом фаза интерферограммы (х,y) связана с отклонением полос х следующим соотношением:

где р – период решетки на базовой плоскости.

Полученные выводы можно проиллюстрировать наглядно следующим примером. Известно, что прообразом метода проекции полос был муаровый метод [4]. С современной точки зрения можно сказать, что муаровый метод является аналогом интерферометрии в полосах бесконечной ширины, так как муаровые полосы представляют собой изолинии равной высоты объекта. В методе же проекции полос информация о высоте объекта закодирована в величине отклонения полос, т. е. данный метод является аналогом интерферометрии в полосах конечной ширины.

Если на рисунке (рисунок 21) отобразить в виде прямых линий лучи проекционного и отображающего каналов, соответствующие светлым или темным штрихам решетки, то получившаяся картина пересечений лучей напоминает муаровую картину.

Рисунок 21 - Поверхности постоянной фазы в схеме освещения объекта структурированным светом и регистрации изображения объекта На рисунке 21 поверхности постоянной фазы: (а) – в параллельных пучках, (б) – в конусных пучках, (в) – в конусных пучках при различных высотах осветителя и регистратора относительно базовой плоскости, (г) – в схеме освещения объекта структурированным светом в конусных пучках и регистрации изображения объекта в параллельных пучках, (д) – в схеме освещения объекта структурированным светом в параллельных пучках и регистрации изображения объекта в конусных пучках.





Причем поверхность равной фазы проходит через точки пересечения лучей проекционного и отображающего каналов. На рисунках 21а и 21б эти точки лежат на горизонтальных прямых, параллельных базовой линии.

Расстояние между базовой линией и этими прямыми, по аналогии с интерферометрией в полосах бесконечной ширины, можно принять за интерферометрии.

Из рисунка 21а следует, что для схемы проекции и отображения полос в параллельных пучках эта эффективная длина волны эфф не зависит от координат x, y, z и равна где р – период решетки на базовой плоскости, – угол между направлениями проецирования и отображения.

В схеме проекции и отображения полос в конусных пучках (рисунок 21б) эффективная длина волны также постоянна для поперечных координат х, у, но уже зависит от продольной координаты z. Но главная особенность данной схемы состоит в том, что поверхности равной фазы также параллельны базовой плоскости, как и в предыдущем случае. Это означает, что все точки в плоскости (x, у) могут обрабатываться одинаково. В отличие от схемы в параллельных пучках, из рисунка 21б видно, что масштаб восстановления истинной картины необходима операция трансформации координат по законам проективной оптики.

Следует отметить, что в схеме с конусными пучками очень важно, чтобы центры входных зрачков объективов проекционного и отображающего каналов находились на одном расстоянии от базовой плоскости. Если это условие не выполняется, то, как видно из рисунка 21в, изолинии постоянной фазы становятся изогнутыми и эффективная длина волны зависит не только от координаты z, но и от (х,у).

Аналогичная картина с изогнутыми линиями равной фазы возникает и для двух оставшихся схем проекции и наблюдения полос, изображенных на рисунках 21г, 21д.

Таким образом, только в схемах в параллельных и конусных пучках (рисунки 21а и 21б) поверхности равной фазы представляют собой плоскости, параллельные базовой плоскости. Во всех остальных случаях на рисунках 21в, 21г и 21д поверхность постоянной фазы не является плоскостью, что усложняет преобразование фазы в высоту при реконструкции формы поверхности трехмерного объекта. При таком распределении фазы требуется сложная процедура калибровки оптической системы для построения зависимости высоты объекта от фазы.

Самым простым случаем при преобразовании фазы в высоту является оптическая схема в параллельных пучках на рисунке 21а, так как распределение фазы вдоль оси является линейным. Линейное распределение фазы позволяет использовать измерения фазы только в двух определенных по высоте точках для получения масштабных коэффициентов перевода радиан в единицы длины.

В оптической схеме в конусных пучках на рисунке 21б распределение фазы вдоль оси Z является нелинейным, поэтому процедура калибровки усложняется, так как для построения зависимости высоты объекта от фазы требуется измерение фазы в нескольких определенных по высоте точках.

Если высота объекта превышает эффективную длину волны, то необходима операция сшивки фазы. Поэтому приведенный анализ можно также применять для выбора параметров оптической схемы, при которой можно проводить измерения без сшивки фазы.

1.3 Исследование теории и способов определения формы объектов на основе собственного инфракрасного излучения 1.3.1 Определение трехмерной формы объектов на основе четырех поляризационных тепловых изображений Известен способ определения трехмерной формы объектов, суть которого заключается в сканировании поверхности объекта по строке и кадру, причем поляризуют оптический тепловизионный сигнал, преобразуют полученный поляризационный тепловизионный сигнал в электрический с последующим запоминанием и формируют 4 поляризационных тепловизионных изображения с азимутами поляризации 0, 45, 90, соответственно для определения формы объекта внутри контура по формулам, основанных на значениях полученных видеосигналов каждого поляризационным тепловизионным изображениям можно определить угол наклона (N,K) каждого элемента поверхности объекта по отношению к направлению наблюдателя.

На рисунке 22 представлено устройство для реализации предлагаемого способа, где приведены следующие обозначения:

Линейный ИК-поляризатор 8 устанавливается в схеме с возможностью вращения вокруг оптической оси и фиксации положения его азимута поляризации под углами 0, 45, 90 и 135 относительно плоскости референции.

1 – защитное окно; 2 – сферическое зеркало со слепым пятном; 3 – плоское качающееся зеркало; 4 – вращающаяся призма; 5 – диафрагма; 6 – окуляр телескопической системы;

7 – плоское зеркало; 8 – линейный ИК поляризатор; 9 – конденсор; 10 – ИК приемник излучения; 11 –- запоминающее устройство (ЗУ); 12 – блок обработки информации (БОИ);

Рисунок 22 – Функциональная схема тепловизионного устройства для определения формы объекта на основе четырех базисных поляризационных Если азимут ИК поляризатора 8 имеет значение tп=0°, то на выходе приемника 10 в течении кадра формируется NK сигналов U0(N,K).

Аналогично формируются сигналы U45(N,K) при tп=45°, U90(N,K) при tп=0° и U135(N,K) при tп=135° от всех элементов разложения тепловизионного кадра.

В запоминающем устройстве 11 все эти 4 кадра запоминаются, и в блоке обработки информации 12 вся информация обрабатывается и выводится на экран ВКУ форма поверхности наблюдаемого объекта внутри его контура вдоль произвольной линии сканирования [25].

заключается в следующем: с помощью тепловизионной системы с поляризационной насадкой (рисунок 25) наблюдается объект произвольной формы, тогда можно получить видеосигналы U0, U45, U90, U135, с помощью которых можно определить трехмерную геометрию формы объекта внутри теплового контура на основе формулы:

где a – постоянная, зависящая от материала и шероховатости поверхности объекта.



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 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.