0757-2-opreview (Измерение границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия)

УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора филиала АО «Корпорация «Комета» - «НПЦ ОЭКН» научной работе Ю.И. Белоусов 2019 г. ОТЗЫВ официального оппонента Леонова Михаила Борисовича на диссертационную работу Иночкина Федора Михайловича «Измерение границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по научной специальности 05.11.1б — «Информационно-измерительные и управляющие системы 1машиностроение)».

Актуальность темы, цели и задачи диссертационного исследования В настоящее время матричные фотоприемные устройства активно используются для оптических измерений, и в частности, для реализации оптических методов измерения линейных размеров объектов. Основными проблемами реализации данных методов является ограничение разрешающей способности оптических систем, особенно при тенденциях к уменыцению размеров пикселя матричных фотоприемных устройств, и к снижению глубины резкости изображаемого пространства, что приводит к размытию регистрируемого изображения. Измерение границ размытых объектов может быть реализовано посредством алгоритмической коррекции и обработки изображений, однако на сегодняшний день проблема обработки таких изображений применительно к линейным измерениям проработана в недостаточной степени.

Большинство исследований в этой области не ориентированы на проблему ограничения оптического разрешения, а сами методы ограничены одномерными моделями обрабатываемых сигналов и не учитывают специфику измерительных задач, а также информацию об объекте измерения. Таким образом, тема диссертационной работы Иночкина Ф.М., посвященная разработке метода измерения границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия, несомненно является актуальной.

Общая характеристика и содержание диссертации Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы (125 источников). Работа изложена на 205 страницах, содержит 58 рисунков и 5 таблиц. Целью работы является повышение точности измерения границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия путем аппроксимации изображения регистрируемого камерой изображением, моделируемым численно.

Для достижения поставленной цели автором определены факторы снижения точности измерений, разработаны математическая модель непрерывного изображения объекта с четкой границей; алгоритм моделирования дискретного изображения объекта с четкой границей при заданных параметрах границы объекта; алгоритм определения параметров границы объекта по заданному дискретному сигналу изображения; метод, реализующий указанные алгоритмы; проведены исследования погрешности измерений границ объектов для разработанного и известных методов.

Во введении обоснована актуальность темы, определен объект исследований, сформулированы цель и задачи, научная новизна, выносимые на защиту положения, практическая значимость, результаты апробации и внедрения диссертации. Первая глава диссертации посвящена современному состоянию проблемы измерения границ объектов по оптическим изображениям и содержит три основных раздела: аппаратное обеспечение оптико- электронных измерительных систем, методы определения границ объектов по оптическим изображениям, факторы снижения точности измерений границ объектов.

Вторая глава диссертации посвящена разработанному автором аппроксимационному методу определения границ для размытых изображений, который основан на модели двумерного распределения яркости изображения, в то время как ранее известные аппроксимационные методы были основаны на моделях одномерных сигналов. Третья глава диссертации посвящена исследованию точности определения границ объектов различными методами в условиях дифракционного размытия на численно смоделированных и натурных изображениях.

Четвертная глава диссертации посвящена практической реализации разработанного метода и его применению в реальной измерительной системе оптического высокотемпературного дилатометра ДОВ-1, предназначенного для измерения температурного коэффициента линейного расширения твердых образцов материалов по их оптическим изображениям в диапазоне температур от 1000 до ЗОООК.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные автором в ходе работы над диссертацией Новизна полученных результатов В результате решения поставленных в диссертации задач автор разработал новый метод измерения границ объектов для размытых изображений и получил следующие научные результаты: 1) Разработан алгоритм субпиксельного численного моделирования изображения с финитным спектром для объектов с четкой замкнутой границей, основанный на аналитическом расчете фурье-образа ограничивающего объект многоугольника.

2) Разработан алгоритм измерения координат граничных точек на основе двухуровневой минимизации функционала невязки, обоснована эффективность предложенного алгоритма. 3) Разработана методика количественного исследования, получены новые результаты исследования точности определения границ объектов различными алгоритмами в условиях дифракционного размытия. 4) Разработана методика измерения температурного коэффициента линейного расширения образцов твердых материалов, реализующая разработанный метод измерения границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия.

Степень обоснованности н достоверности научных положений, выводов и практических рекомендаций, сформулированных в диссертации Обоснованность и достоверность научных положений и результатов исследования подтверждается полнотой и глубиной анализа трудов отечественных и зарубежных авторов, характеризующих современное состояние в исследуемой предметной области, корректным использованием математических методов, результатами вычислительных экспериментов над натурными и смоделированными данными, экспериментальной отработкой разработанных алгоритмов и математических моделей, которые легли в основу метода измерения границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия, реализованного в прикладной задаче измерения температурного коэффициента линейного расширения, полнотой отражения основных положений и выводов диссертации в авторских публикациях; апробацией и практической реализацией основных результатов диссертационного исследования.

Достоверность полученных результатов подтверждается также широким обсуждением на научных конференциях ~в том числе на международных). Практическая ценность результатов диссертационной работы Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем: — осуществлена программная реализация разработанных автором алгоритмов, на основе которых был разработан метод измерения границ объектов по оптическим изображениям в условиях дифракционного размытия; — разработано программное обеспечение, позволяющее применять предложенный метод и разработанные алгоритмы; — разработано и внедрено прикладное программное обеспечение обработки данных высокотемпературного дилатометра ДОВ-1 ~ВНИИМ им.

Д. И. Менделеева), позволяющее измерять температурный коэффициент линейного расширения образцов твердых материалов по оптическим изображениям краев исследуемых образцов. Замечания ~о диссертационной работе 1) Разработанные автором алгоритмы в диссертации целесообразно было бы проиллюстрировать соответствующими схемами алгоритмов.

2) Автор пользуется термином «глубина резкости», не уточняя, имеется ли ввиду глубина резкости изображаемого пространства, или глубина резкости изображения. 3) По тексту диссертации автор использует обозначение «Х» как для длины волны оптического излучения (стр.59), так и для коэффициента регуляризации (стр.111). 4) Целесообразно было бы дополнить основные параметры эксперимента по отработке разработанного метода ~таблица 3.1, стр.140) фокусным расстоянием объектива и рабочим спектральным диапазоном. Если фокусное расстояние не указано по причине того, что объектив работает с конечного расстояния, то нужно было бы указать переднюю апертуру, передний рабочий отрезок и увеличение. 5) Судя по тексту диссертации (стр.163) в дилатометре используется матричное фотоприемное устройство с размером пикселя 2,2 мкм и объектив с расчетным диаметром диска Эйри 64 мкм, из чего следует, что система «объектив — фотоприемное устройство» не согласованы — диаметр пятна рассеяния объектива должен укладываться в размер пикселя фотоприемного устройства.

В технических требованиях на объектив это условие обычно задается коэффициентом концентрации энергии, который должен быть не менее 0,8 в круге диаметром, соответствующем размеру пикселя ~или концентрация энергии в квадратной области, соответствующей размеру пикселя). Не вполне понятно, почему используется объектив с заведомо малой глубиной резкости изображаемого пространства, и большим диаметром пятна рассеяния, тогда как для достаточно узкой рабочей области спектра можно было бы рассчитать, разработать и изготовить объектив требуемого качества. 6) На стр.183 автор заявляет, что дифракционное пятно объектива в плоскости предмета имеет диаметр 60 мкм.

Судя по всему, имеется ввиду дифракционное пятно объектива в плоскости изображения. 7) Судя по тексту диссертации,при измерении импульсного отклика— функции рассеяния точки оптической системы, не учитывается, что результатом измерений является аппаратная функция рассеяния точки, представляющая собой свертку истинной функции рассеяния, тест-объекта и пикселя матрицы, имеющих конечные размеры: геометрический размер тест- объекта в плоскости изображения объектива при увеличении 1,1 составит 8,36х8,36 мкм~, размер пикселя матрицы 2,2 мкм.

Кроме того, при измерении функции рассеяния со штатным фотоприемным устройством шаг дискретизации измеренной аппаратной функции рассеяния может быть недостаточной (в общем случае необходимый для видимого диапазона шаг составляет 0,3 мкм). 8) Несмотря на то, что погрешность разработанного метода исследована в достаточном объеме, исследование точностных характеристик дилатометра ДОВ-1, реализующего разработанный метод, целесообразней было представить в более развернутом виде и дополнить, в том числе, расчетом абсолютной погрешности метода. 9) Отсутствует список сокращений и условных обозначений. Также при оформлении диссертации допущены неточности - в тексте имеются пунктуационные ошибки, опечатки, пропущенные слова (например, стр.