Восстановление и обработка изображений в сканирующих система визуализации тепловых полей Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ёх

где —- скорость изменения магнитного т

сопротивления, то есть скорость, сообщаемая корпусу датчика в момент удара.

Определим, как связана эта скорость с измеряемой предударной скоростью бойка.

Согласно закону сохранения количества движения

и=т1(У1-Ц1) т,

(6)

где т- масса бойка,

т, - масса датчика без сердечника, У, и и, - скорости бойка до и после удара соответственно,

I/, - скорость корпуса после ударного взаимодействия.

Скорость бойка после удара можно найти из выражения для коэффициента восстановления к '■

11,-1},-кУ, (7)

Подставляя (7) в (6), имеем

(8)

С учетом выражения (8) функция преобразования индукционного датчика скорости будет иметь вид:

О)

Величина

с ууиР/т,(1+к)

представляет собой

чувствительность преобразователя.

Полученная функция преобразователя датчика учитывает влияние элементов, входящих в его конструкцию, и позволяет найти влияние того или иного параметра на величину выходного сигнала. Повысить чувствительность индукционного датчика можно, увеличив число витков измерительной катушки и намагничивающую силу питающей.

Из выражения (9) видно, что величина выходного ситала преобразователя зависит от массы бойка. На рис. 2 представлены экспериментальные зависимости Е=((У,)

Рис.1

Е ™

м&

6о

30

Ю

т,- ЗЬ.Ог

\Л11 ¿0.5 г

йг о,9 ц п а и 0 ы г) Рис.2

для индукционного датчика Д И-1. В опытах использовались алюминиевый (т =38,0 г) и эбонитовый (т=28,5 г) бойки.

Зависимость выходного сигнала преобразователя от массы бойка следует учитывать, например, при испытаниях отбойных молотков и перфораторов: для каждого типа ударного механизма будет своя функция преобразования.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.с. 2110072 МКИ в01 РЗ/12. Индукционный датчик ударной скорости машин / Стихановский Б.Н. И Открытия. Изобретения. 1998. № 12.

ДИДКОВСКАЯ Ирина Леонидовна

кафедры "Детали машин" ОмГТУ.

аспирант

А.А. ВАЛЬКЕ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА

Омский^осударственный ИЗОБРАЖЕНИЙ В СКАНИРУЮЩИХ технический университет СИСТЕМА< ВИЗУАЛИЗАЦИИ

УДК62,.372.542: 384.3 ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ_

ПРЕДСТАВЛЕНЫ ВЫВОДЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ПРАКТИЧЕСКИХ ОБОСНОВАНИЙ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ИЗОБРАЖЕНИЙ СКАНИРУЮЩИХ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ СИСТЕМ. ПОЛУЧЕНЫ ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЗВОЛЯЮЩИЕ КАК ВОССТАНОВИТЬ ИЗ ЦИФРОВЫХ МАССИВОВ РЕАЛЬНЫЕ НЕПРЕРЫВНЫЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ НА ПЛОСКОСТИ, ТАК И ВЕСТИ ЗАМЕРЫ ТЕМПЕРАТУРЫ В ЗАДАННЫХ ТОЧКАХ И ПРОИЗВОДИТЬ ПОСТРОЕНИЕ ВРЕМЕННЫХ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ТЕРМОГРАММ.

В настоящее время наиболее эффективными средствами теплового контроля являются тепловизионные системы различного типа. Эти системы представляют собой аппаратно-программые комплексы, в которых инфракрасное излучение объекта контроля. Регистрируемое первичным преобразователем, Дискретизируются по пространственным и временным переменным. Затем эти дискретные сигналы в виде

массивов чисел поступают в вычислительные системы цифровой обработки изображений.

В аппаратуре тепловизионного контроля, разрабатываемой на кафедре технологии электронной аппаратуры Омского государственного технического университета, регистрация инфракрасного излучения осуществляется при помощи неохлаждаемого селенисто-свинцового фотореэистора с электромеханическим

сканированием. Аппаратная реализация системы сканирования позволяет дискретизировать сигналы вдоль строки на 160 точек, при этом программой предусмотрено варьирование строк в кадре от 100 до 600. Амплитуда сигналов, пропорциональных контролируемой температуре, визуализируется на экране монитора в виде 16-цветовой градации, с цифровым разрешением 10-разрядного аналогоцифрового преобразователя.

Функционально тепловизионная система представлена первичными сканирующими преобразователями, Несовместимым компьютером и каналом сопряжения и связи.

Таким образом, при работе системы в компьютер поступают массивы чисел, которые необходимо обработать с целью восстановления реального теплового изображения объекта. Так как температурное поле представляет собой непрерывную функцию, а система тепловизионного контроля позволяет получить только дискретизированное представление температурного поля. Дискретизированное температурное поле можно представить набором дельта функций (рис. 1)

Js.____к-.......к____к

/ / /

У У

Рис. 1. Иллюстрация дискретизированного температурного поля

Тогда, если представить исходное непрерывное изображение некоторой функцией Р(х,у), то дискретное изображение может быть представлено как

Рд(х,у) = Р(х,у)р(х,у), (1)

где р(х,у) - пространственно-дискретизирующая функция, которая может быть представлена как

Р(Х'У):= £ £ 8(х:-.-Дх1ук*Ду)

(2)

i = -»о к =

где х|р yh - координаты точки

Дх, Ду - расстояние между точками дискретизации (рис. 1) 5 - дельта функция

Непрерывное изображение из функции F (1) можно получить путем линейной пространственной фильтрации. Если импульсный отклик интерполирующего фильтра описывается функцией R(x,y), то восстановленное непрерывное изображение будет описываться как:

Fe(x,y) = Ffl(x,y)R(x,y)

(3)

Очевидно, что импульсный отклик R(x,y) представляет собой двумерную интерполирующую функцию. Если обеспечить программную обработку дискретных сипналов, поступающих с первичных преобразователей по алгоритму (3), то можно получить непрерывное интерполированное изображение.

Очевидно, что качество интерполяции будет определяться выбранной частотной характеристикой восстанавливающего фильтра. Применение фильтра предполагает восстановление изображения при помощи одной или нескольких восстанавливающих интерполяционных функций. На рис. 2 приведены примеры одномерных интерполяционных функций [1],

Рис. 2. Примеры интерпроляционных функций

а - 5тс(х); б - прямоугольная; в - треугольная, г-колокообраэная, д- кубический В-сплайн, е - Гауссова

Наиболее точное восстановление, полученное при помощи функции з1пс(х) затруднено в силу ограниченных технических возможностей, т.к. для этого требуется бесконечная сумма этих функций. Наиболее простой с точки зрения технической реализации является прямоугольная интерполяционная функция, но она дает и максимальную ошибку восстановления. Следует отметить, что в разрабатываемой тепловизионной системе речь идет не об аппаратной фильтрации электрических сигналов, а о реализации функций фильтров программным путем.

Прямоугольная интерполяционная функция описывается следующим образом:

[ 1/(Тх,Ту), | х | < Тх/2, | у | <Ту/2

К„(*.У) = (4)

[ 0 , 1x1 >Тх/2, |у| >Ту/2,

где Тх, Ту - период дискретизации по соответствующей координате

Треугольная функция интерполяции, для которой импульсный отклик определяется как свертка двух прямоугольных интерполяционных функций равна:

R(x,y):=

Rj, (t1,t2)-R0 (х- il,у - t2)dTldx2, (5)

0

Интерполяция в соответствии с выражением (4) не обеспечивает необходимую четкость восстановления изображения, интерполяция по выражению (5) требует больших объемов вычислений, что затрудняет обработку изображений в темпе процесса. В этой связи по критериям достаточной точности и времени обработки изображения в темпе процесса была выбрана билинейная интерполяция, сводящаяся к последовательной линейной интерполяции между парами точек, расположенных на прямых, параллельных осям координат. При этом интерполяция будет вычисляться следующим образом:

4х* уо) :~f(vyo) Ц\У):=Г(*,У0) +

t f(Vyo)-f(yyo) x-*l>

X— *D

f(x'yi)~ tlx,yo)

y-yn

На рис. 3 приведены результаты интерполяции изображения области локального нагрева, восстановленные при помощи билинейной интерполяции (рис. За) и прямоугольной интерполяционной функции (рис. 36).

900 J L т «С

Рис.3

Предложенная интерполяция кроме получения изображения в темпе процесса позволяет получить интерполяционные функции по осям X и Y, пригодные для практического использования. На рис. 4а приведен график температуры контролируемого поля по оси X для заданного сечения I - I по оси Y. На рис. 46 приведен график температуры контролируемого поля по оси Y для заданного сечения II-II по оси X.

На основании описанного алгоритма восстановления изображений на языке С++ под Dos и Windows были написаны подпрограммы обработки числовых массивов, встроенные в программное обеспечение системы тепловизионного контроля, прошедшей производственные испытания на Павлодарском алюминиевом заводе.

а)

900 +Т"С

100

б) рис.4 ЛИТЕРАТУРА

1. У. Прэтт. Цифровая обработка изображений: пер с англ.-М. Мир: 1982 г. кн 1.

ЗАХАРЕНКО Владимир Андреевич - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология электронной аппаратуры» Омского государственного технического университета.

ВАЛЬКЕ Алексей Александрович - аспирант кафедры «Технология электронной аппаратуры» Омского государственного технического университета.

В. А. ЗАХАРЕНКО, А. Г. ШКАЕВ Омский государственный технический университет

УДК 621.384.3:536.52

В технике пирометрии, как при поверке пирометров, так и непосредственно в конструкциях, широко применяются источники опорного излучения [1]. Эти источники представляют собой модели черного тела, температура которых поддерживается на заданном уровне. В отдельных случаях опорный источник представляет собой лампу накаливания [2], запитанную от стабилизированного источника напряжения.

Очевидно, что погрешность пирометров при этом будет определяться параметрами стабильности опорного излучателя. В этой связи предлагается при конструировании опорных излучателей исходить из требований к погрешности пирометра, при этом основным метрологическим критерием является требование к погрешности отклонения от заданного потока излучения опорного излучателя, которая должна быть не менее чем в три раза меньше, чем погрешность пирометра [3]. Следовательно, задавшись погрешностью пирометра, можно найти диапазон допустимых изменений потока, излучаемого опорным источником и, соответственно, точностью поддержания температуры излучающей полости модели черного тела.

В работе поставлена задача разработки опорного

К ВОПРОСУ КОНСТРУИРОВАНИЯ ОПОРНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ В ПИРОМЕТРИИ_

В СТАТЬЕ ПРИВЕДЕНЫ РАСЧЕТЫ ПО ОБОСНОВАНИЮ ТРЕБОВАНИЙ К ТОЧНОСТИ ПОДДЕРЖАНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПОЛОСТИ МОДЕЛИ ЧЕРНОГО ТЕЛА, ИСПОЛЬЗУЕМОЙ КАК ОПОРНЫЙ ИЗЛУЧАТЕЛЬ ДЛЯ ПИРОМЕТРОВ. ПРЕДЛОЖЕНЫ КОНСТРУКЦИЯ МОДЕЛИ И ЭЛЕКТРОННАЯ СХЕМА СТАБИЛИЗАЦИИ ТЕМПЕРАТУРЫ, ПРИВЕДЕНЫ РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ.

источника для пирометров, объектом контроля для которых являются поверхности с температурой Т=250 °С с погрешностью 5= +1%. При этом предполагается, что температура Т0 приемника излучения пирометра составляет 20 °С.

Тогда поток Р, поступающий от объекта контроля на приемник излучения можно рассчитать как

_ _ SL S2 / . Л SL-S2

i(X,T)dX-

гС(Х,Т0)

dXl.

(1)

где: Б1 - площадь излучателя; Б2 - площадь приемника; [_ - расстояние между приемником и излучателем;

г

Jo

r(X.T)dj_ плотность потока излучателя;

ю(х,

т„ dX.

плотность излучения окружающей среды; ст=5,6697-1012 Вт/ (см2К4) - постоянная Стефана-Больцмана.

При этом плотность потока излучения, в соответствии с функцией Планка, рассчитывается как

г(Х,Т) := С, (Х)

_2

1-т

(2)