Система технического зрения для производственного контроля и микроизмерений в видимом участке оптического спектра

• Автор: Николаев, Михаил Иванович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 130 с. : ил.

Список терминов, условных обозначений и сокращений

Глава 1. Обзор современных методов и средств оптического

контроля и микроизмерений для систем технического зрения

1.1. Классификация методов и средств измерений

1.2. Методы и средства контроля в видимой области спектра

1.3. Методы и средства контроля в ультрафиолетовой области спектра

1.4. Программные средства

1.5. Выводы и постановка задачи исследования

Глава 2. Погрешности системы технического зрения и методы повышения точности производственного контроля

2.1. Выбор метода решения измерительной задачи

2.2. Способ компенсации погрешности системы технического зрения и ^ математическая оценка погрешности системы технического зрения
2.2.1. Классификация источников погрешности
2.2.2. Статистическая модель системы технического зрения
2.2.2.1. Основные влияющие величины
22.2.2. Фильтр геометрических шумов на диффузно рассеивающей области
2.2.2.3. Искажение изображения на матовом слое
2.2.2.4. Эффект параллакса изображения на матовом слое
2.2.2.5. Влияние освещения
2.2.2.6. Способ компенсации погрешности масштабирования и метод соприкасающихся объектов
2.2.3. Математическая оценка погрешности системы технического зрения с применением метода соприкасающихся объектов
2.3. Выводы
Глава 3. Моделирование и экспериментальное исследование системы технического зрения
3.1. Метод соприкасающихся объектов для калибровки системы .

3.2. Метод калибровки яркости изображения в цветовом пространстве
Ж75 для компенсации погрешности масштабирования
3.3. Влияние фильтрации и объектов с некруговой симметрией на результаты измерений
3.4. Фильтр геометрических шумов на расфокусированном изображении
3.4.1, Фильтрация геометрических шумов двумерным Фурье-фильтром на логическом уровне
3.4.2. Фильтрация геометрических шумов на физическом уровне инструментами Фурье-оптики
3.5. Выводы
Глава 4. Аппаратно-программная реализация системы технического зрения для решения производственной задачи контроля и микроизмерений
4.1. Решение производственной задачи контроля и микроизмерений
4.2. Структурная схема системы технического зрения и алгоритмы функционирования системы
4.3. Программно-алгоритмическое обеспечение системы технического зрения
4.4. Выводы по результатам исследования
Заключение
Библиографический список
Приложения
Приложение 1. Визуальное и машинное восприятие изображения
Приложение 2. Пользовательский интерфейс процесса ^
дифференциальных измерений блока мостов наручных часов
Приложение 3. Методика ^
и программа испытаний системы технического зрения «ПМП-01»
Приложение 4. Протокол испытаний СТЗ «ПМП-01»
Приложение 5. Решение о выдаче патента на изобретение
Приложение 6.
Свидетельство об отраслевой регистрации программного средства
Приложение 7. Акт внедрения научно-технической продукции

Список терминов, условных обозначений и сокращений
БФОИ - блок формирования оптического изображения.
ВСИ - виртуальноео средство измерений.
МКЯ - метод калибровки яркости.
МСО - метод соприкасающихся объектов.
ОФФП - оптическая фильтрация посредством Фурье-преобразования.
ПА - программный алгоритм.
ПО - программное обеспечение.
ПП - программный продукт.
ПФМВЧ - пространственный фильтр в области малых волновых чисел.
СТЗ - система технического зрения.
ФД - фильтр «геометрических шумов» на диффузно рассеивающей области ФР - фильтр «геометрических шумов» на расфокусированном изображении ФФП - фильтрация посредством Фурье-преобразования.
ЬаЬУШИ'- комплекс средств для инженерного программирования.
£в - погрешность, вызванная вибрацией.
£ГФ - погрешность, вносимая градиентным фильтром.
£д - допустимая погрешность измерений.
£фд, £ФР - погрешности, вносимые фильтрами геометрических шумов.
£3 - погрешность, вызванная загрязнением.
£кд - погрешность, вносимая кодированием и декодированием.
£Мс - погрешность, возникающая на матовом слое.
Б0к ~ погрешность оптики камеры.
£0п - погрешность оптики проектора.
£т - погрешность, вызванная изменением температуры.
£ФГ - погрешность, вносимая фильтром Гаусса.
£фм - погрешность фотоматрицы.
- суммарная погрешность СТЗ.
£/ср - погрешность из-за нестабильности силы света источника освещения.
5 - погрешность определения диаметра.
А - погрешность, вызванная диффузным рассеиванием.
- телесный угол, в котором распространяется Ф.
А£> - изменение диаметра объекта.
A^ - интервал изменения температуры.
Ах и Ау- размеры пикселя.
А - элемент поверхности.
Ав - амплитуда возмущающих вибраций.
Аср - среднее арифметическое результатов многократных измерений.
Сх, Сх2 - начальная и конечная координаты объекта по оси х.

краев объекта и выполнения на этой основе высокоточных измерений геометрических параметров объекта.
В разделе 22.2.6 содержится подробное описание метода МСО. Кратко напомним, что МСО заключается в том, что объекты измерения приводят в состояние взаимного касания, после чего на изображении, сформированном в цифровой форме системой технического зрения (СТЗ), для определения краев доводят до соприкосновения изображения объектов регулированием уровня по одному из вариантов:
- силы света, поступающего на вход фотоприемника;
- чувствительности фотоприемника; —- с
- яркости изображения (программно) на выходе фотоприемника;
- длины световой волны источника света.
Приведенные варианты регулирования световых параметров не
исчерпывают всех возможных вариантов, но являются наиболее удобными для реализации. Для увеличения производительности процесса измерений целесообразно применять МСО в качестве инструмента калибровки внутренних и внешних параметров системы.
Калибровка системы
Традиционно выполняется калибровка геометрических параметров. В разделе 2.2 показано существование зависимости между геометрическими параметрами изображения объекта измерения и многочисленными параметрами системы технического зрения, которые на статистической модели рис. 2.3 обведены прямоугольными контурами с индексами МСО. Следовательно, прежде чем выполнять калибровку геометрических параметров, необходимо выполнить калибровку связанных с ними параметров СТЗ. Такая калибровка выполняется методом МСО и позволяет исключить большую группу систематических погрешностей СТЗ. В итоге уменьшается погрешность определения границы объекта измерения на его изображении, сформированном СТЗ и, как следствие, уменьшается погрешность измерения геометрических параметров объекта. На статистической модели элемент калибровки изображен в виде поправки Сп, которую удобнее всего вводить изменением яркости изображения по алгоритму, изложенному в разделе 2.2.2.6. В этом разделе основное внимание уделено программному алгоритму калибровки и анализу полученных данных.
Метод МСО сформировался в процессе решения задачи сравнения результатов измерения для разного количества слоев матовой пленки, а также связанной с этим необходимостью учета условий освещенности (уровня яркости). Как было сказано выше, МСО позволяет калибровать целый ряд параметров системы регулированием уровня яркости, решение задачи редуцируется к решению системы из двух уравнений с двумя неизвестными величинами: расстоянием (соприкосновение) и яркостью. Добиваясь
одинакового соприкосновения, предполагают одинаковую освещенность и яркость изображения объектов измерения.