Диссертация (1143951), страница 29
Текст из файла (страница 29)
Метод цифровой корреляции изображенийс предварительнымусилением краев (ранее применявшийся в системе ДОВ-1 метод, далее– модифицированная корреляция).2. Оценкаконтуровизвестнымметодомаппроксимациисигналафункцией ошибок (АСФО).3. Оценка контуров известным методом ортогональных моментов ФурьеМеллина (ОМФМ).4. Оценка контуров разработанным методом двумерной аппроксимации.В методе цифровой корреляции изображений субпиксельное смещениеконтураобразцаоцениваетсяквадратичнойинтерполяциейокрестностимаксимума корреляционной картины. В остальных методах субпиксельная оценкасмещения формируется в два этапа:1.
оценка контуров на двух изображениях (эталонном и с искажением);2. оценка смещения контуров по описанному выше алгоритму.Параметры разработанного метода двумерной аппроксимации соответствуютреальным значениям, применяемым при обработке результатов измерений надилатометре, а именно:• модель распределения яркости – сверточная, параметры сглаживаниятекстуры σOB=σBG=5 пикселей;• коэффициент регуляризации: 0.01;• число итераций метода: 20.Параметр чувствительности (λ) алгоритма фильтрации точек контура привычислении значения функционала υ (4.2) равен 3.Результаты анализа составляющих погрешности измерения для указанныхметодов приведены в таблице 4.2. В таблице указаны лишь те составляющиепогрешности, величина которых определяется выбором метода обработкиизображений.
Анализ не зависящих от метода обработки составляющихпогрешностиизмеренийнеисключеннойсистемысистематическойрассмотренпогрешностивработе(НСП)[114].Границыохарактеризованы181предельными значениями. Один пиксель эквивалентен 8 мкм в плоскости предметаоптической системы дилатометра.Таблица 4.2 Составляющие погрешности измерения смещения края, пиксельСоставляющаяПараметрыПрямолинейныйкрайСубпиксельнаяпериодическаяШероховатыйошибкакрай (СКОпрофиля 2 пикс.)Неравномерностьградиентяркости<0.5%/пиксельразмер <4Паразитнаяпикселей (*)деформацияразмер <8контурапикселей (**)Суммарная предельная НСП (*)Суммарная предельная НСП (**)Шум изображенияСКО шума <1%На основе краевАСФО ОМФМ МДАТипМодифиц.корреляцияНСП0.0060.0060.190.003НСП0.010.030.070.007НСП0.050.020.210.01НСП0.10.0040.0160.001НСП0.230.070.040.02СКО0.160.290.0030.050.120.0090.200.440.0040.020.040.004При анализе влияния субпиксельной периодической ошибки отдельнорассмотрены случая прямолинейного и шероховатого краев образца.
На практикевстречаются оба типа краев (в зависимости от образца и способа его механическойобработки). При крае прямолинейного типа, наибольшая ошибка свойственнаметоду ОМФМ, что объясняется несовершенством указанного метода. Наличиешероховатости приводит к рандомизации координат точек контура и позволяетснизить величину субпиксельной ошибки. При этом влияние шероховатостиотрицательнонеустойчивостисказываетсяметодакнарезультатахлокальнойоценкеметодаАСФОориентациивследствиеградиентаинесоответствия контура прямолинейной модели, заложенной в методе. Влияниенеравномерной яркости приводит к систематическому смещению результатовизмерений, при этом метод ОМФМ проявляет исключительно высокуючувствительность к данному типу искажений.
Паразитная деформация контураприводитксущественнойсистематическойпогрешностиприранееприменявшемся на дилатометре методе модифицированной корреляции. В связи с182этим, при использовании указанного метода необходимо исключать из обработкирезультаты измерений при обнаружении на изображениях паразитных деформацийконтура. Применение разработанного метода двумерной аппроксимации совместнос процедурой фильтрации точек контура позволяет проводить обработкуизображений с указанными деформациями, обеспечивая при этом в 2 раза меньшеезначение составляющей погрешности по сравнению с методом ОМФМ. Прииспользовании всех рассматриваемых методов, величина случайной составляющейпогрешности существенно ниже систематических составляющих. В целомприменение разработанного метода позволило снизить суммарную величинузависимых от метода обработки составляющих погрешности до 8-ми крат посравнению с ранее применявшимся методом модифицированной корреляции. Приисключении влияния фактора паразитной деформации (что характерно длянекоторых образцов) суммарная величина остальных составляющих погрешностиможет быть снижена до 3-х крат.4.4.
Особенности практической реализации двумерногоаппроксимационного метода в измерительной системе ДОВ-1Измерение импульсного отклика системы4.4.1.В результате исследования работы метода двумерной аппроксимации намодельных и натурных изображения, было установлено, что отклонениефактического импульсного отклика системы от модельного снижает точностьоценки границ (соответствующие результаты исследований приведены в главе 3).В связи с этим, для сохранения высокой точности метода, требуется обеспечить какможноболееточноесоответствиемодельногоимпульсногоотклика,используемого в методе, и фактического импульсного отклика оптическойсистемы.Для решения данной проблемы на этапе исследования характеристик методав главе 3 был предложен способ, основанный на регистрации изображенияисточника, чьи линейные размеры существенно меньше расчетного размера183дифракционного пятна размытия системы. Аналогичный способ был применен дляизмерения импульсного отклика оптической части измерительной системы ДОВ-1,однако при этом потребовалось решить специфичные для данной системыпроблемы, а именно:• малая глубина резкости оптической системы (порядка ±1 мм);• сравнительно небольшой размер дифракционного пятна в плоскостипредмета (порядка 60 мкм);• необходимость измерения импульсного отклика во всем поле зрениясистемы.Малая глубина резкости системы приводит к тому, что импульсный откликсущественно изменяется даже при небольшом отклонении расстояния образецобъектив от номинального (вследствие расфокусировки).
Практический опытэксплуатации, юстировки и настройки системы показал, что выдержать расстояниеобразец-объектив на практике удается лишь с погрешностью порядка ±0.5 мм. Всвязи с этим, был сделан вывод, что измерение фактического импульсного откликасистемы следует проводить после ее установки в рабочее положение. При этоммодель точечного источника следует разместить либо строго в плоскостирасположения передних граней образца, что на практике затруднительновследствие особенностей конструкции печи дилатометра.Поэтому, для определения фактического импульсного отклика системы послеее установки, была разработана методика, основанная на программной оценкеимпульсного отклика системы по фактическому изображению края образца спредварительной регистрацией набор калибровочных данных.
Для этогоимпульсныйоткликсистемыбылопределенкакмногомернаямодель,параметризованная величиной расфокусировки. Параметры модели определяютсяпо результатам предварительных измерений (калибровки) параметров системы,при этом фактическая величина расфокусировки определяется по изображениюпосле установки системы и измеряемого образца на штатное место.184Для решения указанных выше проблем в лаборатории эталонов и научныхисследований в области измерений теплового расширения ВНИИМ им.Д. И. Менделеевабылсмонтированспециальныйстенддлякалибровкиимпульсного отклика системы (рис. 4.6).Светодиодный источникподсветки (λ=625нм)Объектив измерительнойсистемыМикрозеркальная матрица с блокомуправления (DLP LightCrafter)Система линейногоперемещения с электроннымуправлением(A-LSQ-300B, Zaber)Изображение сформированногона DMD-матрице тест-объектаРисунок 4.6 Стенд для измерения импульсного отклика системыОсновнойкомпонентстенда–программируемыйпространственныймодулятор света на основе микрозеркальной матрицы DLP3000 (Texas Instruments).Микрозеркальная матрица содержит 608x684 зеркал размером 7.6x7.6 мкм.
Каждоезеркало управляется индивидуально и может быть повернуто на угол ±12⁰относительно плоскости матрицы (два положения). Управление положениемзеркал осуществляется с компьютера путем загрузки растровых шаблонов в памятьмодуля управления DLP LightCrafter (Texas Instruments).
Размер активного поляматрицы составляет 6.5x3.7 мм, что покрывает 90% поля зрения оптическойсистемы.Микрозеркальнаяматрицаустановленанасистемулинейногоперемещения с электронным управлением (A-LSQ-300B, Zaber Technologies), чтопозволяет внести программируемую расфокусировку изображения.Процедураизмерениякалибровочныхданныхимпульсного отклика состоит из следующих шагов:длямоделирования1851. На микрозеркальной матрице формируется шаблон, имитирующий сеткуточечных источников (рис.
4.87). Для этого все микрозеркала, за исключениемрасположенных в узлах сетки, поворачиваются в «темное» положение, аостальные – в «светлое». Изображение, формируемое каждым микрозеркалом,позволяет измерить импульсный отклик системы в соответствующем участкеполя зрения, а совокупность изображений – измерить геометрическиеискажения изображения.2. Параметры системы ввода изображений регулируются таким образом, чтобыизбежатьнасыщениясигнала.Регистрируетсясерияизображениймикрозеркальной матрицы.
Каждое изображение подвергается процедурепредварительной компенсации шумов, описанной в разделе 4.2.3, затем серияизображений усредняется.3. Шаг 2 повторяется для расфокусированных изображений. Расфокусировкавносится с помощью привода с электронным управлением (шаг смещениясоставляет 0.1 мм, диапазон расфокусировки ±1 мм).4. Шаги 1-3 повторяются для второго оптического канала.По окончании процесса регистрации данных, полученные изображенияподлежат обработке с целью извлечения значений параметров модели импульсногоотклика системы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
