Цифровые методы визуализации и обработки теневых изображений в лазерно - телевизионных системах

• Автор: Челпанов, Валерий Иванович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 241 с. : ил.

1 Методы получения изображения с использованием зондирующего лазерного излучения (обзор итературы)
1.1 Лазерные методы и системы видения
1.1.1 Классификация и особенности построения лазерных систем видения
1.1.2 Примеры практической реализации лазерных систем видения
1.1.2.1 Двухчастотная лазерная система видения с импульсным
подсветом
1.1.2.2.Лазерная система видения с повышенной обнаружительной способностью
1.1.3 Наблюдение подводных объектов с помощью лазерных систем
видения
1.2 Лазерные методы диагностики объектов
1.2.1 Теневые методы
1.2.1.1 Проекционный метод
1.2.1.2 Метод Теплера
1.2.2 Интерференционные методы
1.2.3 Голографические методы
1.3 Лазерная спекл - интерферометрия
Выводы по главе 1 и постановка задач исследований
2 Визуализация оптических неоднородностей телевизионно-теневым методом
2.1 Портативный лазерно-телевизионный визуализатор «Луч-К»
2.1.1 Физические основы телевизионно-теневого метода
2.1.2 Описание конструкции лазерно-телевизионного визуализатора
2.1.2.1 Оптический модуль
2.1.2.2 Теневая телевизионная камера

2.1.2.3 Видеопросмотровое устройство (ВПУ)
2.1.2.4 Анализ чувствительности ЛТС
2.1.3 Примеры визуализации оптических неоднородностей
2.1.3.1 Визуализация воздушных конвективных потоков
2.1.3.2 Визуализация процессов растворения
2.1.3.3 Визуализация свищей
2.1.3.4 Визуализация оптических неоднородностей стекол и прозрачных кристаллов
2.1.3.5 Визуализация биологических объектов
2.1.3.6 Визуализация аэрозолей (пыли)
2.2 Визуализация и обработка теневых изображений пограничных слоев численными методами
2.2.1 Оптические свойства теплового пограничного слоя
2.2.2 Методика и результаты экспериментальных исследований
2.2.3 Моделирование тепловой структуры пограничного слоя
численными методами
2.2.4. Телевизионное измерение скорости потока с использованием тепловых меток
2.3 Разработка методики визуализации и измерения характеристик направленных потоков аэрозольных сред
2.3.1 Измерительный стенд для проведения исследований
2.3.2 Исследование возможности визуализации процесса распыления жидкости с помощью теневых методов
2.3.2.1 Проекционный теневой метод
2.3.2.2 Метод Теплера
2.3.3 Разработка методов измерения характеристик распыла
2.3.3.1 Ручной метод
2.3.3.2 Автоматический метод
2.3.4 Разработка методики измерения скорости движения капель распыляемой жидкости

2.4 Мгновенный контурный анализ шероховатых объектов
2.4.1 Применение ЛТС «Луч» для получения контуров шероховатых объектов
2.4.2 Разработка методики контурного анализа ворсистых нитей
Выводы по главе
3 Метод совмещенной сетки в задачах исследования температурных полей конвективных потоков
3.1 Метод расфокусированных решеток в лазерно-телевизионных системах
3.1.1 Общие сведения
3.1.2 Теоретические основы методов
3.1.3 Особенности построения оптических схем
3.2 Лабораторный измерительный стенд для проведения исследований
3.2.1 Описание принципа работы стенда
3.2.2 Особенности конструкции стенда
3.2.3 Разработка требований по метрологическому обеспечению СЛТС
3.3 Визуализация и обработка изображения методом совмещенной сетки
3.3.1 Исследование процессов визуализации
3.3.2 Разработка программного обеспечения «ТегпкДТзюп»
3.3.2.1 Задача классификации теневого изображения узлов решетки
3.3.2.2 Определение точных координат теневых изображений узлов решетки
3.3.2.3 Описание программы «ТегтоХ^юп»
3.3.2.4 Управление периферией
Выводы по главе
4 Экспериментальные исследования тепловой структуры конвективных
потоков в жидкостях и газах
4.1 Исследование процессов свободной конвекции в воде

Интерференционную картину запоминают (фотографируют) и производят нумерацию полос. Оптическое изображение области течения с неоднородным полем плотности при этом способе настройки представляет собой чередование изогнутых полос, смещенных относительно своего первоначального положения.
По смещению полосы Р(х,у) в точке с координатами (х,у) определяется средняя по ходу луча плотность исследуемой среды:
р(х,у) = Ро + Р(х,у)А/(ВКЬ) (1,8)
где:
Ро - значение плотности при настройке интерферометра;
К - константа Глад стона-Дейла;
Ь - размер исследуемой области.
При настройке на полосы бесконечной ширины все зеркала устанавливаются под углом 45°. Экран при отсутствии оптической неоднородности равномерно освещен. Изображение оптически неоднородной области содержит чередование светлых и темных полос различной ширины. В этом случае каждая полоса выделяет область с постоянной плотностью. Между областями расположения соседних полос (например, затемненных) плотность отличается на величину:
Др,2=РгР2 = ЦКЬ) (1.9)
Для областей с резким изменением плотности характерно сгущение узких полос, а для областей со слабым изменением плотности характерны широкие полосы. Величина Др^ определяет чувствительность метода к изменению плотности. Так, для области размером Ь=0,5м , заполненной воздухом при Х= 0,55 мкм и К=2,4х10'4м3/кг значение Др12= 4,6х10'3кг/м3.
При прохождении лучей около поверхности тела возникает дифракция, и на экране на интерференционные полосы накладываются полосы от дифракции. Вследствие этого интерференционные методы применимы тогда,