Высокоразрешающая система наблюдения крупногабаритных изделий Текст научной статьи по специальности «Медицинские технологии»

УДК 681.7:004.4

1 12 1 12 А.Г. Верхогляд , В.В. Габриэлян ’ , С.В. Каличкин , М.Ф. Ступак ’

1 КТИ НП СО РАН, 2 НГУ, Новосибирск

ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩАЯ СИСТЕМА НАБЛЮДЕНИЯ КРУПНОГАБАРИТНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Продумано и реализовано техническое решение по созданию системы видеонаблюдения для регистрации изображений объектов размером ~ 3*7 м2 с

возможностью регистрации элементов объекта с размером ~ 0.1 мм при изменении расстояния до точек объекта в пределах 1 - 10 м. Результаты предварительных экспериментов показали возможность создания автоматической системы для наблюдения крупногабаритных объектов (характерный размер несколько десятков м2) с возможностью автоматического выделения элементов с характерным размером ~ 0.1 мм.

A.G. Verkhogliad1’ V.V. Gabrielyan12’ S.V. Kalichkin1’ M.F. Stupak1’2

1 Technological Design Institute of Scientific Instrument Engineering of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (TDI SIE SB RAS), 2 Novosibirsk State University (NSU), Novosibirsk, Russia

HIGH-RESOLUTION SYSTEM FOR LARGE-SIZED ARTICLES OBSERVATIONS

The technical solution on the creation of video-observation system for registration the objects’ images of about 3*7 m2 with possible registration the object’s elements with the dimension of 0.1mm under the measurement of distance up to the points of object within the limits of 1-10 m has been realized. The results of preliminary experiments have shown the capability of automatic system creation for observation the large-sized objects of some tens of m2 with possibility of automatic marking of elements with character dimension of 0.1 mm.

1. Введение

При изготовлении крупногабаритных прецизионных (характерный размер ~ 10 м) изделий зачастую необходимо решить задачу видеонаблюдения их поверхности с высоким пространственным разрешением в реальном времени. Это необходимо, в первую очередь, для контроля технологического процесса. При этом необходимо на всей поверхности изделия отслеживать детали с характерным размером ~ 0.1 мм. Задача усложняется тем, что в ходе технологического процесса изделие изменяет свое пространственное положение, а система видеонаблюдения остается неподвижной. В ходе выполнения данной работы ставилась задача поиска технического решения по созданию системы видеонаблюдения для регистрации изображений объектов

л

размером ~ 3*7 м с возможностью регистрации элементов объекта с размером ~ 0.1 мм при изменении расстояния до точек объекта в пределах 1 - 10 м. Время обзора поверхности не должно превышать 4 сек.

2. Требования к системе видеонаблюдения

2.1.Выбор фотокамеры

На рис. 1 приведено схематическое изображение наблюдаемого объекта.

Рис. 1. Схематическое изображение наблюдаемого объекта с разбиением на

области покадровой съемки

Размер поля зрения фотокамеры - D на объекте, в некотором направлении, задается выражением:

D = d*L/f, (1)

где d - размер матрицы фотокамеры в данном направлении, L - расстояние до элемента объекта, f - фокусное расстояние объектива фотокамеры.

При заданном минимальном размере Ax разрешимого на объекте элемента поле зрения равно:

D = Ax*n, (2)

где n - число пикселей матрицы фотокамеры в данном направлении. Учитывая требования по быстродействию (из них следует, что размер поля зрения должен быть не менее 800 мм * 600 мм), получим следующие параметры матрицы видеокамеры:

Размер матрицы, мм 22.3 * 14.9

Число эффективных пикселей, шт. 15 * 106

Размер единичного пикселя, мкм 4.7 * 4.7

Таким требованиям удовлетворяет фотокамера CANON типа EOS 500D с объективом с переменным фокусным расстоянием, лежащим в пределах от 18 до 200 мм.

2.2. Разрешение объектива

При идеальной настройке на резкость, идеально рассчитанном и изготовленном (а сейчас большинство профессиональных объективов по своим характеристикам близко к теоретическому пределу) объективе размер минимально разрешимого элемента фотографируемого объекта на основании выражений (1), (2) получается следующим:

Ах = х0 х L/f,

где Ах - минимальный размер разрешимого элемента, х0 - характерный размер единичного пикселя, f - максимально возможное фокусное расстояние объектива. Подставив значения величин, получим, что наша видеокамера позволяет разрешать со 100% контрастностью элементы фотографируемого объекта, находящиеся на максимально большом расстоянии с размерами вплоть до 0.2 мм. При понижении контраста имеется возможность разрешения более мелких элементов.

2.3.Возможность компенсации геометрических искажений и “сшивки” отдельных кадров

Программное обеспечение системы обязано производить сшивку отдельных кадров в единый файл и обеспечивать компенсацию полученных геометрических искажений.

3. Результаты предварительных экспериментов и их обсуждение

При экспериментальной реализации поставленной задачи использовалась фотокамера CANON типа EOS 500D с объективом с переменным фокусным расстоянием в пределах от 18 до 200 мм. На рис. 2 приведен пример видеоизображения сетки, состоящей из линий шириной 0.1 мм, полученного с помощью выбранной фотокамеры с расстояния в 10 м.

Рис. 2. Вид видеоизображения сетки с шириной линий 0.1 мм

Разработанное программное обеспечение позволило производить успешную сшивку отдельных кадров в единый файл данных. Ниже на рис. 3 приведен пример изображения поверхности, сшитый из 21 фрагмента.

Рис. 3. Изображение поверхности, сшитое из 21 фрагмента

В настоящее время ведутся исследования с целью решения следующих задач:

- Устранение геометрических искажений на окончательном изображении;

- Разработка и изготовление автоматической системы определения расстояний до элементов наблюдаемого объекта;

- Повышение быстродействия системы (время съема и сшивки всех кадров менее 4 мин.).

Таким образом, результаты предварительных экспериментов показали возможность создания автоматической системы для наблюдения

крупногабаритных объектов (характерный размер несколько десятков м2) с возможностью автоматического выделения элементов с характерным размером ~ 0.1 мм.

4. Заключение

Продумано и реализовано техническое решение по созданию системы видеонаблюдения для регистрации изображений объектов размером ~ 3*7 м с возможностью регистрации элементов объекта с размером ~ 0.1 мм при изменении расстояния до точек объекта в пределах 1 - 10 м. Результаты предварительных экспериментов показали возможность создания автоматической системы для наблюдения крупногабаритных объектов (характерный размер несколько десятков м2) с возможностью автоматического выделения элементов с характерным размером ~ 0.1 мм.

© А.Г. Верхогляд, В.В. Габриэлян, С.В. Каличкин, М.Ф. Ступак, 2010