Оптико-электронный комплекс для определения параметров плоских и объемных фигур тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат наук Аунг Мьо Вин

• Аунг Мьо Вин
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Аунг Мьо Вин

ВВЕДЕНИЕ

1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И МЕТОДЫ ИХ

ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ

1.1. Лазеры, используемые в измерительных системах

1.2. Основные виды структурированного оптического излучения (СОИ)

1.3. Приемники оптического излучения

1.4. Структура и типы фотоприемных матриц

1.5. Принцип работы ПЗС - матриц

1.6. Приборы с зарядовой инжекцией (КМОП - матрицы)

1.7. Лазерные методы измерения параметров трехмерных объектов

1.8. Выводы по первой главе

2. АНАЛИЗ ОПТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ИССЛЕДУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ И ПОВОРОТА ПЛОСКОСТИ

2.1. Оптический метод визуализации твердых тел

2.2. Расчёт элемента плоскости при отражении пучка от диффузно рассеивающей поверхности

2.3. Визуализация поворота прямоугольной плоскости оптическим методом

2.4. Метод компьютерной обработки изображений

2.5. Методика регистрации дифракционных картин

2.6. Выводы по второй главе

3. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОГО КОМПЛЕКСА

3.1. Структура оптико-электронного комплекса

3.2. Оптическая измерительная система оптико-электронного комплекса

3.3. Характеристики элементов измерительной системы

3.4. Откалибрированный датчик фотодиода

3.5. Оптический измеритель мощности

3.6. Измеритель длины волны оптического излучения

3.7. Измерение длины волны излучения лазерного модуля

3.8. Измерение мощности лазерного модуля

3.9. Измерение параметров оптического излучения после ДОЭ

3.10. Выводы по третьей главе

4. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ДИФФУЗНО РАССЕИВАЮЩИХ ФИГУР

4.1. Визуализация геометрических параметров диффузно рассеивающих плоских фигур с помощью ТСИ

4.2. Экспериментальная установка для визуализации плоской фигуры и определения их параметров

4.3. Измерение смещения непрозрачного прямоугольного экрана

4.3.1. Результаты обработки измерения расстояния от края СОИ до непрозрачного экрана

4.4. Визуализация объемных объектов с помощью СОИ

4.5. Визуализация объемных фигур с помощью точечно структурированного оптического излучения

4.6. Визуализация диффузно рассеивающих плоских фигур с помощью точечно структурированного оптического излучения

4.7. Алгоритм цифровой обработки дифракционных картин

4.8. Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования

Для определения параметров диффузно рассеивающих плоских и объемных объектов, для их качественной и количественной визуализации на практике актуальным является применение оптических методов: прямого фотографирования, голографических, интерференционных и ряда других [1-3].

Каждый из этих методов имеет свои особенности и используется в конкретных ситуациях. Методы прямого фотографирования с последующей обработкой полученных изображений наиболее просты и широко распространены, однако требуют дополнительной калибровки для получения численных значений геометрических параметров фотографируемых плоских и объемных фигур. Голографические методы позволяют получать трехмерную визуализацию, однако сложны в реализации, интерференционные методы обладают недостаточной разрешающей способностью [1-3].

В настоящей работе для визуализации геометрических параметров

диффузно рассеивающих плоских и объемных фигур применяется

структурированное оптическое излучение в виде упорядоченной сетки

точечных источников излучения с заданными расстояниями между ними.

Исследуемые фигуры закрепляются на экране и освещаются точечно

структурированным оптическим излучением (ТСИ). Получаемое изображение

регистрируется цифровым фотоаппаратом, обрабатывается на компьютере и

отображается на экране. Данный метод получения фотографического

изображения исследуемой фигуры отличается от стандартного

фотографирования тем, что наряду с получением изображения фигуры,

регистрируется информация о расположении точечных источников излучения в

составе ТСИ. В дальнейшем изображение используется для определения

геометрических параметров исследуемых фигур.

4

Под термином «оптико-электронные комплексы исследования» понимаются системы, использующие фотоэлектронное преобразование с последующим измерением параметров электрического сигнала, несущего информацию об оптических характеристиках исследуемого объекта. Тонкие пучки формируются с помощью дифракционных оптических элементов (ДОЭ) и при распространении сохраняют свою заранее заданную поперечную структуру с высокой точностью для различных поверхностей.

В настоящее время хорошо разработана технология изготовления дифракционных оптических элементов высокого качества, которые широко используются в лазерной рефрактографии - современной измерительной технологии, предназначенной для визуальной и количественной диагностики процессов в объеме и пограничных слоях жидкостей [4-6]. Данный метод основан на зондировании исследуемой среды ТСИ, регистрации прошедшего среду излучения с помощью цифрового фотоаппарата и компьютерной обработке изображений. Формирование ТСИ позволяет обеспечить малую расходимость пучков. Это дает возможность использовать для описания ТСИ представления геометрической оптики.

Разработанный метод бесконтактного определения параметров плоских и объемных объектов, основанный на их зондировании ТСИ, предназначен для использования в различных областях современной науки и техники. Например, при создании автоматизированных систем бесконтактной классификации объектов по заданным параметрам с одновременным контролем качества их поверхности и определением координат обнаруженных дефектов. Систем, позволяющих проводить исследования объектов, находящихся под высоким напряжением, в труднодоступных местах и т.д. Что обуславливает актуальность применения разработанного метода.

Цель и основные задачи диссертации

Целью настоящей работы является создание оптико-электронного комплекса, основанного на освещении исследуемой фигуры лазерными пучками специальной формы. Структурированное оптическое излучение (СОИ) создается источником когерентного излучения с помощью дифракционных оптических элементов (ДОЭ).

Для достижения цели решены следующие задачи:

• создан измерительный комплекс и его различные модификации для визуализации плоских и объемных фигур,

• проведены исследования характеристик оптико -электронного измерительного комплекса,

• проведены экспериментальные исследования объектов и обработаны полученные изображения,

• разработанные алгоритмы реализованы в виде программ обработки картин визуализации,

• проведена оценка точности работы разработанного комплекса.

Научная новизна работы

Научная новизна исследования заключается в следующем:

■ разработан оптико-электронный комплекс для количественной визуализации геометрических параметров диффузно рассеивающих плоских фигур с использованием точечно структурированного оптического излучения (ТСИ), получаемого от источников когерентного излучения с помощью дифракционного оптического элемента (ДОЭ),

■ предложен алгоритм обработки картин визуализации для определения угла наклона поверхности исследуемого объекта,

■ разработана экспериментальная установка, реализующая предложенный метод, который позволяет бесконтактно измерять геометрические параметры исследуемых объектов,

■ предложен алгоритм компьютерной обработки изображений для определения геометрических параметров различных плоских фигур: периметра, площади, положения центра, ориентации и др.

Практическая ценность и использование результатов работы

Практическую значимость работы определяют следующие результаты.

1. Предложен и разработан оптико-электронный комплекс для измерения параметров плоских и объемных фигур.

2. Разработаны методы расчета расстояния между вертикальными прямыми на изображении плоскости и угла поворота плоскости оптическим методом.

3. Разработана и реализована экспериментальная установка для количественной визуализации параметров диффузно рассеивающих плоских и объемных фигур.

4. Разработаны программы обработки изображений для определения угла поворота плоскости.

5. Разработаны алгоритмы обработки изображений для получения геометрических параметров различных плоских фигур.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптико-электронный комплекс для определения параметров плоских и объемных фигур»

Апробация работы

Основные материалы, представленные в диссертации, были доложены и обсуждены на следующих конференциях:

1. XXI Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ, Москва, 2015 г.

2. XIII Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков", МЭИ, Москва, 2015 г.

3. XXII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ, Москва, 2016 г.

4. XXIII Международная научно-техническая конференция студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", МЭИ, Москва, 2017 г.

5. VI Международная конференция по фотонике и информационной оптике "Сборник научных трудов", НИЯУ МИФИ, Москва, 2017 г.

6. Международная научно-практическая конференция, "Проблемы и перспективы развития науки в России и мире", Уфа, 2017 г.

7. XIV Международная научно-техническая конференция "Оптические методы исследования потоков", МЭИ, Москва, 2017 г.

8. XXVIII Международная конференция по компьютерной графике и машинному зрению, Томск, 2018 г.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе: одна статья в реферируемом журнале, индексируемом в системе Scopus, 2 статьи в реферируемых журналах из списка ВАК, 5 публикаций в трудах конференций и 4 тезиса докладов на конференциях.

Структура и объем диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения.

Общий объем диссертации составляет 122 страницы печатного текста, 80 рисунков, 13 таблиц и 71 литературного источника.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Применение дифракционного оптического элемента (ДОЭ) для формирования структурированного оптического излучения (СОИ) позволяет проводить измерения геометрических параметров плоских объектов без использования дополнительной калибровочной мишени.

2. Разработанный алгоритм обработки полученных картин визуализации позволяет измерять угол наклона плоской поверхности исследуемого объекта в широком диапазоне углов от 39° до 79° с погрешностью не более 1,6%.

3. Разработанная экспериментальная установка, реализующая предложенный метод, позволяет бесконтактно измерять геометрические параметры исследуемых объектов с площадью до 100 см на расстоянии до одного метра.

4. Разработанный алгоритм обработки полученных картин визуализации позволяет определить геометрические параметры исследуемых объектов: площадь, периметр, положение в пространстве с погрешностью не более 0,9 %.

Личный вклад автора

Автором разработан оптико-электронный комплекс количественной визуализации исследуемых объектов при помощи ТСИ, получаемого с

помощью ДОЭ. Создана экспериментальная установка для визуализации плоских и объемных фигур. Разработан алгоритм обработки полученных картин визуализации при определении угла поворота поверхности исследуемого объекта. Разработан алгоритм обработки дифракционных картин для получения геометрических параметров различных исследуемых объектов. Проведены экспериментальные исследования и выполнена обработка полученных изображений.

Достоверность полученных результатов

Достоверность полученных результатов обусловлена использованием обоснованных алгоритмов: алгоритм обработки изображений угла поворота плоскости и алгоритм обработки изображений для получения геометрических параметров различных плоских фигур, а также подтверждена соответствием полученных выводов диссертационной работы с результатами моделирования и экспериментальных исследований.

Краткое содержание диссертации

Во введении обосновываются выбор научного направления, сформулированы цель и основные задачи работы. Показана актуальность и научная новизна исследований, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ характеристик ряда современных

лазеров, наиболее широко используемых в измерительных технологиях.

Показаны примеры применения лазеров для визуализации диффузно

рассеивающих предметов. Приведены примеры структурированного

оптического излучения (СОИ), получаемых с помощью дифракционных

оптических элементов (ДОЭ). Проведен анализ лазерных методов для

10

бесконтактного измерения профиля поверхности крупногабаритных объектов сложной формы.

Во второй главе получены цифровые фотографии дифракционных картин, формирующихся после прохождения оптического излучения через ДОЭ, при их наблюдении поверхности исследуемого объекта. Проведены расчёты расстояний между вертикальными прямыми на изображении плоскости, регистрируемого с помощью цифрового фотоаппарата. СОИ направляется на исследуемый объект и с помощью цифровой фотокамеры получается изображения плоскости при перпендикулярном наблюдении, а также при наблюдении объекта повернутого на заданный угол. Проведены теоретические расчеты угла поворота плоской поверхности с помощью ДОЭ. Разработан алгоритм обработки полученных картин визуализации, позволяющий измерять угол наклона плоской поверхности исследуемого объекта.

В третьей главе описан разработанный метод и созданная экспериментальная установка, содержащая источник оптического излучения, дифракционный оптический элемент для получения структурированного оптического излучения, экран, цифровой фотоаппарат. Разработана экспериментальная установка для создания оптико-электронного комплекса, использующая фотоэлектронное преобразование лазерного пучка с последующим измерением параметров электрического сигнала, несущего информацию об оптических характеристиках исследуемого объекта. Приведена схема экспериментальной установки для измерения характеристик оптико -электронной системы. Получены результаты измерений длины волны и мощности оптического излучения.

В четвертой главе приведены результаты экспериментов по измерению параметров ряда плоских и объемных фигур с помощью ТСИ, получаемого с помощью ДОЭ. Разработан метод и создана экспериментальная установка,

содержащая источник оптического излучения, дифракционный оптический элемент для получения структурированного оптического излучения, экран и цифровой фотоаппарат. Приведены результаты экспериментов по измерению параметров ряда плоских и объемных фигур при помощи точечно структурированного оптического излучения, получаемого с помощью дифракционных оптических элементов. Разработан алгоритм компьютерной обработки изображений для определения геометрических параметров различных плоских фигур.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

В приложении показаны характеристики отдельных элементов оптико-электронных приборов и текст компьютерной программы для обработки изображений картин визуализации.

ГЛАВА 1. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОПТИЧЕСКИХ ПРИБОРОВ И МЕТОДЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ В ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ 1.1. Лазеры, используемые в измерительных системах

Лазерный модуль (лазерный диодный модуль) - устройство, состоящее, как правило, из лазерного диода, оптических компонентов, формирующих лазерное излучение, и электронного компонента, осуществляющего питание и управление лазерным диодом [7]. В зависимости от назначения, излучение лазерного модуля может быть коллимированным или сфокусированным, иметь форму точки, линии или набора линий, креста, окружности, решётки и т.п.

Длина волны модуля варьируется в диапазоне от ультрафиолета до средней инфракрасной (ИК) области. Мощность излучения может быть постоянной либо модулироваться цифровыми или аналоговыми сигналами. Это только основные параметры лазерного модуля. В определённых случаях для сохранения длины волны излучения или выходной мощности с высокой точностью модуль может быть снабжен системой термостабилизации лазерного диода. Этот же механизм может использоваться для подстройки в небольших пределах рабочей длины волны модуля.

Применение лазерных измерительных технологий важно для многих областей промышленности [8]. К отраслям, в наибольшей степени нуждающимся в лазерных технологиях, относятся радиоэлектронная промышленность, телекоммуникации, металлургия, медицина и другие области.

В настоящее время интенсивное развитие твердотельных лазеров привело к созданию волоконных лазеров. В них накачка обеспечивается с помощью лазерных диодов (ЛД), которые обладают значительным коэффициентом полезного действия (КПД), малыми массой, габаритами и энергопотреблением, высокими эксплуатационными характеристиками. Лазерные диоды также,

используются для накачки волоконных лазеров [9,10] и усилителей лазерного излучения.

Газовые лазеры представляют собой один из наиболее широко распространенных типов квантовых генераторов [11]. Их отличительными особенностями являются: высокая стабильность частоты, временная и пространственная когерентность излучения, возможность регулировать мощность излучения в очень широких пределах. Эти приборы конструктивно просты и, благодаря возможности изменять характеристики газа и способы накачки, генерируют в очень широком спектральном интервале (150...10 000 нм). На рисунке 1.1 показан аргоновый лазер ЛГ 106 М4.

Рисунок 1.1 - Аргоновый лазер ЛГ 106 М4

В [12] представлен СО2 - лазерный модуль (углекислотный лазер) и опыт его использования для изготовления в керамических материалах отверстий и полостей. Лазеры на газовых смесях, в которых усиление света происходит за счет колебательных переходов в молекулах углекислого газа СО 2. СО2 - лазеры применяются в основном для обработки неметаллов - различных пластиков, оргстекла, дерева, керамических изделий в электронике - стержней, подложек

для микросхем, теплоизоляторов и тому подобных элементов. На рисунке 1.2 показан газовый гелий-неоновый лазер.

.

—г1^ ".""^ч 1 имшма ^ •ГК»« т"*и - аг.-.гО Ь

1 гмааг о

Рисунок 1.2 - Газовый гелий-неоновый лазер

Полупроводниковые лазеры являются незаменимыми комплектующими современных фотонных и оптоэлектронных систем высоко эффективными источниками оптического излучения в широком диапазоне длин волн [13,14]. Полупроводниковый лазер и оптическое волокно - важнейшие изобретения прошлого века, имевшие колоссальное влияние на техническое развитие общества и заслуженно отмеченные Нобелевскими премиями в 2000 и 2009 годах, соответственно. Эти типы лазеров широко используются в измерительных системах. Например:

- лазерные доплеровские измерительные скорости;

- лазерные дальномеры;

- лазерные угломеры;

- лазерные медицинские аппараты.

На рисунке 1.3 показан маломощный полупроводниковый лазер.

Рисунок 1.3 - Полупроводниковый лазер

1.2. Основные виды структурированного оптического излучения (СОИ)

Оптическим излучением называют электромагнитные колебания в диапазоне с условными границами от 1 нм до 1 мм [17]. Оптическое излучение имеет двойную природу и характеризуется энергией кванта или длиной волны. Длина волны является характеристикой волновой природы оптического излучения. Уравнение монохроматической волны можно представить в виде:

Е = Еф + ), (11)

где Е0 - амплитуда волны; V - частота колебаний; ф0 - начальная фаза волны. Длина волны излучения в вакууме связана с частотой колебаний X 0 = с/г, где с - скорость света.

Оптическое излучение можно разделить на диапазоны: ультрафиолетовый (УФ), видимый, инфракрасный (ИК). Видимое излучение характеризуется диапазоном длин волн от 0,38 мкм до 0,76 мкм и находится между УФ и ИК диапазонами. Большинство приёмников излучения работают в спектральной области вблизи видимого диапазона, которая делится на более узкие спектральные области. Спектральные диапазоны не имеют четких границ, и приведенное деление на диапазоны условно.

Структурированное оптическое излучение (СОИ) представляет собой пространственно модулированное по амплитуде излучение, получаемое с помощью классических оптических элементов, дифракционных оптических элементов (ДОЭ) и других систем [4-6].

Дифракционные оптические элементы (ДОЭ) имеют форму тонкой фазовой пластинки со специальным фазовым рельефом, выгравированным в ней. Дифракция оптического излучения таким оптическим элементом производит различные виды пространственно модулированного излучения, известного как

структурированное оптическое излучение. Оно используется как с газовыми, так и полупроводниковыми лазерами, генерирующими сильно астигматические пучки. В таблице 1.1. показаны основные виды структурированного оптического излучения.

Таблица 1.1 -Основные виды структурированного оптического излучения[4-6]

Линия Крест Горизонтальные линии

Вертикальные линии Сетка Круговая линия

О

Точка Точечная линия Точечная сетка

•

Комбинацией основных элементов излучения можно создавать и другие источники, адаптированные к структуре неоднородности и к форме поверхности тел, вблизи которых исследуются пограничные слои. Для диагностики объемных неоднородностей целесообразно создавать измерительные «сетки» из элементарных источников.

Очевидно, что идеализированное представление сечений СОИ в виде различных геометрических фигур справедливо в приближении геометрической оптики, поэтому при работе с реальными измерительными установками следует оценивать погрешность, обусловленную дифракционными эффектами. Например, плоско-структурированное оптическое излучение, называемое еще лазерной плоскостью (ЛП), в действительности представляет астигматический лазерный пучок эллиптического сечения, дифракционная расходимость которого определяется на основе известных методов современной оптики.

1.3. Приемники оптического излучения

Приемники оптического излучения (ПОИ) - устройство, предназначенное для преобразования энергии оптического излучения в другие виды энергии [16-18]. Приемник излучения является одним из важнейших элементов современной оптико-электронной системы, характеристики которой в значительной степени определяются свойствами ПОИ. Совершенствование технологии производства и создание новых типов приемников позволяет существенно улучшать параметры систем и устройств с их использованием.

Источники излучения излучают в некотором спектральном диапазоне. Распределение мощности излучения по длинам волн или частотам колебаний называют спектром излучения или спектральным составом излучения.

Монохроматическим называется излучение, характеризующееся одной длиной волны. Идеального монохроматического излучения в природе не существует, поэтому на практике под монохроматическим излучением понимают излучение, имеющее узкий интервал длин волн. Большинство излучателей испускают немонохроматическое излучение и имеют сложные спектры.

Оптическое излучение, взаимодействуя с чувствительным элементом приёмника, вызывает изменение его электрических, тепловых или других характеристик. Эти изменения затем преобразуются в электрический сигнал или наблюдаются визуально. На современном уровне интеграции зачастую сложно разделить приёмник излучения, его оптическую систему и электронную схему формирования сигнала, все эти компоненты могут быть выполнены внутри одной микросхемы или единого блока. Однако по степени интеграции приёмники излучения можно условно разделить на собственно приёмники, состоящие из приёмной площадки и корпуса с контактами, и фотоприемные модули, в состав которых входят схемы питания и управления, оптическая схема и т.п.

1.4. Структура и типы фотоприемных матриц

Фотоприемные матрицы (ФПМ) представляют собой решетчатую организацию массива ячеек, чувствительные элементы в котором располагаются на пересечении строк и столбцов [16-18]. ФПМ выполняет четыре основные задачи: генерирует заряд от падающих фотонов, собирает полученные заряды, переносит суммарный заряд и преобразует его в напряжение.

Одиночная ячейка ФПМ называется пикселем. Хотя структура пикселей зависит от типа сенсора, принципы их работы одинаковы. Падающий свет попадает на фоточувствительную зону пикселя, где генерирует фотоэлектроны (заряды), которые собираются в потенциальных ямах. Величина аккумулируемого заряда определяется числом падающих фотонов излучения. Таким образом, потенциальная яма содержит информацию о части изображения

в форме электрического заряда, порожденного падающим светом. Время, за которое собирается заряд, называется временем накопления заряда.

Для реализации ФПМ разработаны два типа структур: ПЗС (приборы с зарядовой связью) и ПЗИ (приборы с зарядовой инжекцией), которые в технической литературе часто называются КМОП (комплементарный металло -оксидный полупроводник) - по технологии их изготовления. Регистрацию излучения они выполняют одинаково, но различаются в методах переноса заряда и преобразования его в напряжение.

В особый класс приборов можно выделить сенсоры с внутренним усилением на базе ПЗС, использующие лавинный эффект для усиления выходного сигнала. Такие сенсоры обладают высокой чувствительностью однако не нашли широкого применения в связи с высокой себестоимостью изготовления и сложной схемой подключения.

1.5. Принцип работы ПЗС - матриц

Первые коммерчески доступные ПЗС - сенсоры появились в 1973 г. В настящее время ПЗС являются специализированными интегральными схемами (ИС), применяемыми для захвата изображения [18-20]. ПЗС - сенсоры выполняют меньше функций в ИС, чем КМОП - сенсоры, но относительная простота структуры позволяет обеспечить более высокое качество изображения.

Двумерные приемники изображения (ПЗС - матрицы) представляют собой двумерную систему светочувствительных ПЗС-ячеек и имеют довольно сложную организацию переноса заряда и считывания [19-21]. Наиболее простой с конструктивной точки зрения является полнокадровая ПЗС - матрица, которая показана на рисунке 1.4. Она содержит светочувствительные ячейки (пиксели) - рисунок 1.5 и электроды переноса, образующие в совокупности

параллельный регистр сдвига, а также выходной последовательный регистр, не чувствительный к свету и выполняющий только функции переноса.

Фотоны

Рисунок 1.4 - Ячейка ПЗС матрицы [21]

Рисунок 1.5 - Полнокадровая матрица [21]

Последовательный регистр сдвига является устройством с параллельным входом и последовательным выходом. Поэтому после считывания всех зарядов из регистра есть возможность сформировать непрерывный аналоговый сигнал на основе двумерного массива зарядов. В свою очередь, выходной параллельный поток для последовательного регистра сдвига (т.е. строки двумерного массива зарядов) обеспечивается совокупностью вертикально ориентированных последовательных регистров сдвига, называемых столбцами ПЗС - матрицы и составляющих параллельный регистр сдвига.

Такой тип матрицы нуждается в механическом затворе, перекрывающий световой поток после экспонирования. До полного закрытия затвора считывание зарядов начинать нельзя - при рабочем цикле параллельного регистра сдвига к заряду каждого из его пикселов добавятся лишние электроны, вызваны попаданием фотонов на открытую поверхность ПЗС - матрицы, что приведет к размыванию заряда. Также очевидно, что необходимо перекрывать световой поток идущий с объектива, до завершения процесса считывания, время которого ограничено скоростью работы как параллельного, так и последовательного регистра сдвига. От скорости считывания также зависит интервал между экспонированием.

Специально для видеотехники был разработан новый тип матриц с буферизацией столбцов показанный на рисунке 1.6, в котором интервал между экспонированием непрерывного потока света был минимизирован. В данной схеме используется буферный (закрытый от света) параллельный регистр сдвига, столбцы которого «перетасованы» между столбцами основного регистра.

Рисунок 1.6 - Матрица с буферизацией столбцов [21]

В результате рядом с каждым столбцом основного регистра находится столбец буфера, а сразу же после экспонирования заряды перемещаются не сверху вниз, а слева направо и всего за один рабочий цикл попадают в буферный регистр, целиком и полностью освобождая потенциальные ямы для следующего экспонирования.

Буферизация столбцов позволяет также реализовать электронный затвор, с помощью которого можно отказаться от механического перекрытия светового потока. С помощью электронного затвора можно получить сверхкороткие (до 1/10000 секунды) значения выдержки, недостижимые для механического затвора.

1.6. Приборы с зарядовой инжекцией (КМОП - матрицы)

Приборы с зарядовой инжекцией (ПЗИ), которые также называются КМОП- матрицами [16,18], являются твердотельными приёмниками

изображения с координатной выборкой, в которых для считывания, хранения и сканирования используется инжекция и перенос зарядового пакета внутри отдельных ячеек. Данная структура позволяет производить выборку информационного заряда от любой ячейки, используя лишь один перенос.

Теоретические исследования ПЗИ были выполнены практически одновременно с ПЗС, однако первые коммерческие сенсоры появились в 1993 г. Внутри каждого пикселя имеется усилитель, что дает возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе, как показано на рисунке 1.7.

Рисунок 1.7 - Типичная структура схема КМОП - матрицы: структура размещения вспомогательных цепей в микросхеме [18]

Кроме снижения шумов, такая структура реализует произвольный доступ к каждой ячейке матрицы. С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселей, что позволяет увеличить скорость считывания отдельного фрагмента по сравнению с ПЗС - сенсорами, требующими считывания полного кадра.

Вдобавок к усилителю внутри пикселя усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала, что позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях

плохого освещения. Каждый столбец обычно имеет свой собственный аналогово - цифровой преобразователь (АЦП) для дальнейшей цифровой обработки сигнала. Внутри матрицы обычно формируются дополнительные схемы аналоговой и цифровой обработки сигнала и схемы синхронизации для реализации алгоритмов обработки сигнала внутри матрицы в реальном времени рисунок 1.7. Однако все дополнительные цепи приводят к тому, что у КМОП-сенсоров традиционно возникают такие трудности, как высокий уровень шума, ток утечки и остаточный заряд.

Приборы с зарядовой инжекцией отличаются высокой устойчивостью к перезасветке и могут использоваться даже при 1000 - кратных перезасветках. Однако наиболее привлекательная их особенность это возможность программирования различных функций.

1.7. Лазерные методы измерения параметров трехмерных объектов

В [23-25] представлен оптоэлектронный метод бесконтактного измерения профиля поверхности крупногабаритных объектов сложной формы, отличающийся высокой надежностью, устойчивостью к изменениям оптических свойств поверхности объектов в широких пределах. Для бесконтактных измерений профиля поверхности трехмерных объектов наиболее перспективными являются методы, рассмотрены в [26-28]. Они основаны на освещении структурированным светом и наблюдении исследуемого объекта.

Метод проекции интерференционных полос как один из наиболее доступных методов измерения координат объектов и сцен, которую можно применить при решении обратных задач в динамическом голографическом дисплее, где измерение координат необходимо для вычисления дифракционных структур при восстановлении объемных изображений [29].

Если поверхность объекта является оптически гладкой, то можно использовать более точные методы, такие как лазерные интерферометрия. При интерференционных измерениях в качестве эталона используется длина волны, которая является физической константой [30-33].

Информацию о поверхности объекта можно получить посредством восстановления фазы объектного волнового фронта, регистрируя интенсивности в пространственной и частотной областях. Схема установки структурированного освещения приведена на рисунке 1.8. Установка состоит из проектора и камеры, оси которых направлены на исследуемый объект и расположены под некоторым углом друг к другу [34].

Рисунок 1.8 - Схема установки структурированного освещения: A - проектор,

B - исследуемый объект, C - камера [34]

Примеры поверхностей, смоделированных в пакете 3D Studio Max, показаны на рисунке 1.9. Результат восстановление формы поверхностей представлен на рисунке 1.10.

Из рисунка 1.10 видно, что форма поверхностей успешно восстановлена для тех областей, которые достаточно освещены, включая области с полутоновыми значениями яркости. Поскольку восстановление проведено только для одного ракурса при фиксированных геометрических соотношениях в системе освещения-наблюдения, не восстановлена форма затененных участков. Это недостаток преодолевается при совместной обработке данных, полученных для нескольких ракурсов освещения-наблюдения, например, при использовании нескольких видеокамер или при вращении объекта.

Рисунок 1.9 - Примеры поверхностей, освещенных одним из паттернов [34]

Рисунок 1.10 - Результат восстановления смоделированных поверхностей [34]

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Аунг Мьо Вин, 2019 год

Список литературы

1. Джоунс Р., Уайкс К. Голографическая и спекл-интерферометрия. Пер. с англ. - М.: Мир, 1986. - 328 с.

2. Блейкер А. Применение фотографии в науке. М.: Мир, 1980. - 248 с.

3. Евтихиев Н.Н., Евтихиева О.А., Компанец И.Н. и др. Информационная оптика/ М.: Издательство МЭИ, 2000. - 612 с.

4. Rinkevichyus B.S., Evtikhieva O.A., Raskovskaya I.L. Laser Refractography. New York, Springer, 2011. - 189 р.

5. Евтихиева О.А., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Лазерная рефрактография. М: Физматлит, 2008. - 176 с.

6. Евтихиева О.А., Расковская И.Л., Ринкевичюс Б.С. Основы лазерной рефрактографии: учебное пособие/ под ред. Ринкевичюса Б.С. - М.: Издательство МЭИ, 2012. - 84 с.

7. Андриевский А., Андриевский В.Ф. Лазерные диодные модули: ввод излучения в волокно и фиксация деталей модулей, ФОТОНИКА, номер: 3 (63), г. 2017, с. 74-79.

8. Ланин Владимир, Вашурова Татьяна, Лазерные диодные системы для пайки электронных модулей, технологии в электронной промышленности, Номер: 2 (46), г. 2011, с. 28-32.

9. Волков В., Лазерные диоды для накачки волоконных лазеров, Полупроводниковая светотехника, Том: 4, Номер: 30, г. 2014, с. 33-39.

10. Лазерные диоды, их матрицы и модули. Каталог Российского федерального лазерного центра — Всероссийского НИИ технической физики им. академика Е. И. Забабахина. Г. Смежинск Челябинской обл. 2013. www.i-mash.ru/predpr/1217.

11. Лосев В.Ф., Мощные газовые лазеры: учебное пособие - Томск: Издательство Томского политехнического университета, 2009. - 110 с.

12. Конюшин А.В., Бережной К.В., Пентегов С.Ю., Лазерный модуль для обработки неметаллов, ФОТОНИКА, Номер: 3 (57), г. 2016, С. 64-69.

13. Деребезов И.А., Гайслер В.А., Бакаров А.К., Калагин А.К., Торопов А.И., Качанова М.М., Гаврилова Т.А., Медведев А.С., Ненашева Л.А., Шаяхметов В.М., Семенова О.И., Грачев К.В., Сандырев В.К., Третьяков Д.Б., Бетеров И.И., Энтин В.М., Рябцев И.И., Одномодовые лазеры с вертикальным резонатором для миниатюрных атомных стандартов частоты, Автометрия. 2009. Т. 45. № 4. С. 95-101.

14. Буничев А.П., Микаелян Г.Т., Панарин В.А., Соколов С.Н., Мощные диодные лазерные линейки и матрицы, Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России, г. 2012. № 4. с. 15-21.

15. Сойфера В.А. Дифракционная оптика и нанофотоника / Под ред. —М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. — 608 с. — ISBN 978-5-9221-1571-1.

16. Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Челибанов В.П. Приемники излучения. СПБ.: Папирус, 2003.

17. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л. Приемники оптического излучения. М.: Радио и связь, 1987.

18. Орлов Д.А. Приемники оптического излучения учеб. пособие/ - М.: Издательство МЭИ, 2010. - 80 с.

19. Бык А., Бычков П., Гончаров В., Кравцевич И., Кравцевич Л., Сиколенко А. Анализатор параметров лазерного излучения на основе ПЗС-матрицы. Фотоника. 2008. № 5 (11). С. 34-35.

20. Пресс Ф. П. Фоточувствительные приборы с зарядовой связью. М.: Радио и Связь, 1991.

21. Марин Милчев, Сердце цифровой фотокамеры: ПЗС-матрица, https://www.ferra.ru.

22. Меховский Е.А., Черняк М.Е. Сравнение радиационных эффектов космического пространства в КМОП- и ПЗС-матрицах. XVIII Международная телекоммуникационная конференция молодых ученых и студентов "Молодежь и Наука" Тезисы докладов. Ответственный редактор О.Н. Голотюк. 2015. С. 96-97.

23. Двойнишников С.В., Куликов Д.В., Меледин В.Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного восстановления профиля поверхности трехмерных объектов сложной формы // Метрология. - 2010. - №. 4. - С. 15-27.

24. Двойнишников С.В., Аникин Ю.А., Кабардин И.К., Куликов Д.В., Меледин В.Г., Оптоэлектронный метод бесконтактного измерения профиля поверхности крупногабаритных объектов сложной формы // Измерительная техника. 2016. № 1. С. 17-21.

25. Двойнишников С.В., Меледин В.Г., Шпольвинд К.В. Метод компенсации нелинейности тракта источник приемник оптического излучения при 3 D-измерениях на основе фозовой триангуляции // Измерительная техника. 2012 г. № 2. С 12-16.

26. Zhang S. Recent progress on real-time 3D-shape measurement using digital fringe projection techniques // Opt. Laser Eng. 2010 V. 48. N. 2. P. 149-158.

27. Chen F., Brown G.M., Song M. Overview of three dimensional shape measurement using optical methods // Opt. Eng. V. 39. N. 1. P. 10- 12.

28. Вишняков Г.Н., Левин Г.Г., Наумов А.А. Измерение поверхности трехмерных объектов методом проекции интерференционных полос // Оптика и спектроскопия. 1998 г. Т. 85. № 6. С. 1015-1017.

29. Сайнов В.Х., Харизанова Ж.И., Стойкова Е.В., Озактас М.Х., Онурал Л., Техника восстановления формы поверхности для измерения координат, Оптический журнал, Том 73, № 7, г. 2006, с. 49-54.

30. Гужов В.И. Методы измерения 3 D-профиля объектов. Контактные, триангуляционные системы и методы структурированного освещения. Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. 82 с.

31. Гужов В.И. Методы измерения 3D-профиля объектов. Фазовые методы. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. 83с.

32. Gushov V.I., Solodkin Yu.N. Automatic Processing of Fringe Patterns in Integer Interferometers// Optics and Lasers in Engineering. - 1991. - Vol.14, Issues 4-5. P.311-324.

33. Гужов В.И., Плешкевич А., Поздняков Г., Сажин И., Исследование напряженно-деформированного состояния объектов методом структурированного освещения, Автоматика и программная инженерия. 2017. № 3 (21). с. 77-85.

34. Щекин С.Б., Восстановление формы трехмерных объектов методами структурированного освещения, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2007. № 43. с. 301-307.

35. Salvi J., Pages J., Batlle J. Pattern codification strategies in structured light systems //Pattern Recognition. 2004. V.37(4). P. 827-849.

36. Фурса М.В., Реконструкция сложных трехмерных объектов методом структурированного освещения, Автометрия. 2008. Т. 44. № 1. с. 118-126.

37. Волкович А.Н., Жук Д.В., Тузиков А.В., Восстановление трехмерных моделей объектов по стереоизображениям с учетом распараллеливания, Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. 2008. № 58. с. 3-10.

38. Самойленко М.В., Восстановление формы трехмерного объекта по двухмерным изображениям, Научно -технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 6. С. 1074-1083.

39. Вин А.М., Карпов А.В., Ринкевичюс Б.С., Оптический метод визуализации и измерения смещения трёхмерных объектов // Тринадцатая Международная научно-техническая конференция «Оптические методы исследования потоков». Москва, 2015 г. - с. 502 - 511.

40.Вин А.М., Ринкевичюс Б.С, Оптический метод измерения смещения непрозрачного экрана // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика: Двадцать первая междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: Тез. Докл. В 4 т. Т. 1 М.: Издательский дом МЭИ, 2015. - с 115-116.

41.Вин А.М., Ринкевичюс Б.С, Оптическая визуализация трехмерных обьектов // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика: Двадцать вторая Междунар. Науч.-Техн. Конф. Студентов и Аспирантов (25—26 февраля 2016 г., Москва): Тез. докл. В 3 т. Т. 1. М.: Издательский дом МЭИ, 2016. — с 111-112.

42. Сойфер В.А., Безус Е.А., Быков Д.А., Досколович Л.Л., Ковалев А.А. и др. Дифракционная оптика и нанофотоника. М.: Физматлит, 2014. - 608 с.

43. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1973.

44. Вест Ч. Голографическая интерферометрия: Пер. с англ. М.: Мир, 1982. 504 с.

45.Нгуен В. Т., Ринкевичюс Б. С., Толкачев А. В. Двухлучевые лазерные интерферометры; Ред. Ринкевичюс Б. С.; Нац. исслед. ун-т "МЭИ" . - М. : Издательский дом МЭИ, 2011 . - 80 с. - ISBN 978-5-383-00685-6 .

46.Поройков А. Ю. Метод корреляции фоновых изображений для анализа смещений крупномасштабных поверхностей. Москва, 2012. - 146 с.

47. Нагибина И. М., Большаков О. П., Ильинская Т. А. Способ записи голографического оптического элемента для определения формы поверхности. Труды ИТМО, 1989; медицинский институт им. акад. И. П. Павлова. 1989.

48. Носков М. Ф. Способ интерференционного измерения формы поверхности оптических деталей. Сибирская Государственная Геодезическая Академия. 2007. Патент 2305254.

49. Вин А.М., Карпов А.В., Ринкевичюс Б.С., Визуализация поворота плоскости оптическим методом // Проблемы и перспективы развития науки в россии и мире: Сборник статей Международной научно - практической конференции. (15 февраля 2017 г., г.Екатеринбург). В 4 ч. Ч.4/ - Уфа: Аэтерна, 2017. с. 6-13.

50.Сойфера В.А. Методы компьютерной обработки изображений/ Под ред. - М.: Физматлит. 2001.-784 с.-КБК 5-9221-0180-3.

51. Яне Б. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2007. 583 с.

52. Вин А.М., Павлов И.Н., Ринкевичюс Б.С., Визуализация геометрических параметров диффузно рассеивающих плоских тел с помощью структурированного оптического излучения: Научная визуализация, 2017, Том 9, № 2. с. 43 - 48.

53. Вин А.М., Павлов И.Н., Ринкевичюс Б.С., Оптико-электронный комплекс для визуализации формы шероховатой поверхности с помощью структурированного оптического излучения: Труды XIV Международной научно-технической конференции. «Оптические методы исследования потоков». - М. Издательство Перо, Москва, 2017 г. с. 389 - 393.

54. Оптико-электронные приборы и системы. Теория и методы энергетического расчета: учебное пособие / В.М. Тымкул, Л.В. Тымкул. - Новосибирск: СГГА. - 2005. - 215 с.

55.Вин А.М., Павлов И.Н., Ринкевичюс Б.С., Визуализация формы и деформации шероховатой поверхности с помощью структурированного оптического излучения // VI Международная конференция по фотонике и информационной оптике: Сборник научных трудов. М.: НИЯУ МИФИ, 2017. - с. 634-635.

56. Вин А.М., Визуализация объёмных объектов с помощью структурированного оптического излучения // 28-я Международная конференция по компьютерной графике и машинному зрению, Томск, 24-27 сентября 2018 г. с. 40-42.

57.ЬИрБ://,№№№.пе,№рог1;.сот/р/818-8Ь--ОВ

58.Описание физического принципа работы приборов серии WS, http://www.angstrom-ltd.ru/ws_info.html.

59. Саакян С.А., Саутенков В.А., Вильшанская Е.В., Васильев В.В., Зеленер Б.Б., Зеленер Б.В., Контроль частоты перестраиваемых лазеров с помощью частотно-калиброванного лямбда-метра в эксперименте по приготовлению ридберговских атомов в магнитооптической ловушке, Квантовая электроника. 2015. Т. 45. № 9. С. 828-832.

60. Вин А.М., Павлов И.Н., Ринкевичюс Б.С., Количественная визуализация трехмерных объектов с помощью точечно структурированного оптического излучения // Естественные и технические науки, 2018 г., № 8 (122), с. 163167.

61. Вин А.М., Поройков А.Ю., Ринкевичюс Б.С., Визуализация диффузно рассеивающих плоских фигур с помощью точечно труктурированного оптического излучения // Законодательная и прикладная метрология, 2018 г., № 4, с. 23-26.

62. Вин А.М., Поройков А.Ю., Ринкевичюс Б.С., Количественная визуализация физических фигур с помощью точечно структурированного оптического

излучения // 28-я Международная конференция по компьютерной графике и машинному зрению, Томск, 24-27 сентября 2018 г. с. 107-110.

63. Красильников Н.Н. Метод получения 3D изображений, основанный на диффузном отражении света сканируемыми объектами // Обработка информации и управление. 2010. № 1. С. 7-11.

64. Красильников Н. Н., Красильникова О. И., Получение трехмерного изображения объекта путем измерения интенсивности диффузного отражения света различными точками его поверхностию // С. 7-11.

65. Базылев Н.Б., Фомин Н.А. Количественная визуализация течений, основанная на спекл-технологии. Минск: Белорусская наука, 2016. -392 с. ISBN 978-985-08-2065-5.

66. Гарибальди А.В., Кулеш В.П. Бесконтактные измерения с высокой плотностью точек и формирование трёхмерных числовых моделей тел сложной формы // Измерительная Техника. 2011. № 1.С. 19-22.

67. Salvi J., Armangue X., Batlle J. A comparative review of camera calibrating methods with accuracy evaluation // Pattern recognition. - 2002. - Vol. 35. - №. 7. - Pp. 1617-1635.

68. Otsu N. A threshold selection method from gray-level histograms // IEEE transactions on systems, man, and cybernetics. -1979. -Vol. 9. -№. 1. - Pp. 62-66.

69. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: ТЕХНОСФЕРА, 2012. 1104 с.

70. Шапиро Л., Стокман Д. Компьютерное зрение. БИНОМ. Лаб. знаний, 2006. 752 с.

71. Вин А.М., Ринкевичюс Б.С. Метод определения диформации твёрдых тел // Радиоэлектроника, Электротехника и Энергетика: Двадцать третья междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов: (Москва, 02-03 марта 2017 г.): Тез. Докл. В 3 т. Т. 1 М.: Издательский дом МЭИ, - c. 110-111.

Измерители длины волны (WS-5)

Точность измерения прибора 3000 мГц

Точность измерения через многомодовый световод 3 ГГц

Разрешение 1 ГГц

Точность измерения ширины линии 2 ГГц

Максимально измеряемая ширина линии 50 ГГц

Спектральное разрешение решетки, Х/ДХ До 20000

Скорость вычисления длинны волны, измерений/секунду 600

Калибровка встроенный источник

Интервал калибровки ~1 месяц (Автоматически)

Размеры, Длина*Ширина*Высота 360 x 120 x 120

Интерфейс подключения High-speed USB 2.0 connection

Диаметр вводного волокна 400 мкм

Питание <2.3 Вт, питание через USB кабель

Измерители длины волны (WS-7)

Точность измерения прибора 60 мГц

Точность измерения через многомодовый световод 150 мГц

Разрешение 10 мГц

Точность измерения ширины линии 200 мГц

Максимально измеряемая ширина линии 10 мГц

Спектральное разрешение решетки, Х/ДХ Не доступно

Скорость вычисления длинны волны, измерений/секунду 400

Калибровка встроенный источник

Интервал калибровки ~ 14 дней

Размеры, Длина*Ширина*Высота 360 x 200 x 120

Интерфейс подключения High-speed USB 2.0 connection

Диаметр вводного волокна 400 мкм или одномодовое

Питание <2.3 Вт, питание через USB кабель

Технические характеристики фотоаппарата Nikon l Jl

Тип камеры беззеркальная со сменной оптикой

Поддержка сменных объективов байонет Nikon 1

Общее число пикселов 12 млн

Число эффективных пикселов 10,1 млн

Максимальное разрешение 3872x2592

Тип матрицы КМОП

Размер 1"

Чувствительность 100 - 3200 ISO, Auto ISO

Расширенные значения ISO ISO 6400

Скорость съемки 60 кадр./сек

Максимальная серия снимков 13 для JPEG, 13 для RAW

Формат кадра (фотосъемка) 4:3, 3:2, 16:9

ЖК-экран 460000 точек, 3 дюйма

Форматы изображения JPEG (3 уровня сжат.), RAW

Интерфейсы USB 2.0, видео, HD-видео, HDMI, аудио

Видеокодеки MPEG4

Максимальное разрешение роликов 1920x1080

Максимальная частота кадров видеоролика 1200 кадров/с

Максимальная частота кадров при съемке HD-видео 50/60 кадров/с при разрешении 1280x720, 25/30 кадров/с при разрешении 1920x1080

Характеристики мощности 1918-С

Частота дискретизации (кГц) 100

Тариф измерения (кГц) 4

Частота обновления дисплея (Гц) 20

Максимальная скорость повторения (кГц) 2 (Пироэлектрические Детекторы )

Максимальная скорость повторения (кГц) 4 (Фотодиодных детекторов)

Разрешение (%от полной шкалы) 0.0004

Точность CW (%) ±0,1

Точность (%) ±1 (внедрение)

Максимальный входной ток детектора (мА) 25

Максимальное входное напряжение детектора (В) 130

Аналоговый выход 0-1 В, 0-2 В, или 0-5 В в 1 МО

ПРИЛОЖЕНИЕ (Д) Листинг функции обработки изображений визуализации

function angle = FindSquareAngle(fileName, sideNumbers, showIntermidieteResults, showPair, saveResultToFile)

m0 = imread(fileName);

ml = double(m0(:,:,2));

if (showIntermidieteResults)

figure, colormap(gray), imagesc(ml);

end

B = ordfilt2(m1, 20, ones(15, 15)); thresh = multithresh(B, 2); L = imquantize(B, thresh); if (showIntermidieteResults)

figure, colormap(gray), imagesc(B); figure, imagesc(L); end

[N, M] = size(ml); m2 = zeros(N, M); squareLIndex = 1; for i = 1:N for j = 1:M

if (L(i,j) == squareLIndex) m2(i,j) = 255;

else

m2(ij) = 0; end end end

m2 = imclearborder(m2); if (showIntermidieteResults) figure, colormap(gray), imagesc(m2); end

se = strel('disk',9); for i = 1:3

m3 = imclose(m2, se); end

m3 = imfill(m3,'holes');

if (showIntermidieteResults) figure, colormap(gray), imagesc(m3); end

m4 = m3;

m5 = bwmorph(m4,'remove'); se = strel('disk',5); m5 = imdilate(m5, se);

if (showIntermidieteResults) figure, colormap(gray), imagesc(m5);

end

[L num] = bwlabel(m5, 8);

s = regionprops(L, m1, 'Area', 'Centroid', 'Orientation', 'Perimeter');

[H,T,R] = hough(m5,'RhoResolution',2,'Theta', -90:0.5:89.5);

P = houghpeaks(H, sideNumbers, 'Threshold', 0.3*max(H(:)), 'NHoodSize', max(2*ceil(size(H)./[40, 10]./2) + 1, 1));

if (showIntermidieteResults)

figure, imshow(H,[],'XData',T,'YData',R,'InitialMagnification','fit'); colormap(jet), axis on, axis normal, hold on %;imagesc(H), hold on plot(T(P(:,2)),R(P(:,1)),'s','color','white'); end

lines = houghlines(m5, T, R, P);%,'FillGap',5,'MinLength',7); fg = figure('Position', [100 100 900 800]); if showPair

colormap(gray), imshowpair(m1, m0, 'montage'), hold on else

colormap(gray), imagesc(m1), hold on end

max_len = 0; for k = 1:length(lines) xy = [lines(k).point1; lines(k).point2]; plot(xy(:,1), xy(:,2), 'LineWidth', 3, 'Color', 'green'); plot(xy( 1,1), xy(1,2), 'x', 'LineWidth', 3, 'MarkerSize', 10, 'Color', 'yellow');

plot(xy(2,1), xy(2,2), 'x', 'LineWidth', 3, 'MarkerSize', 10, 'Color', 'yellow');

118

len = norm(lines(k).point1 - lines(k).point2); if ( len > max_len) max_len = len; xy_long = xy; end end

plot(s( 1).Centroid( 1), s(1).Centroid(1), 'o', 'LineWidth', 3, 'MarkerSize', 10, 'Color', 'red');

koef = 1;% / 3 % mm / pxl

area_koef = 1;% / (3A2) % mmA2 / pxlA2

if (saveResultToFile)

set(fg,'PaperPositionMode','auto');

if (showPair)

saveas(gcf,[fileName, '_pair_result.jpg'],'jpg');

else

saveas(gcf,[fileName, '_result.jpg'],'jpg'); end end end

function [pairT, pairR] = findPairsInHPeaks(T, R, P) minTdelta = 5; N = length(P); k = 1; for i = 1:N

for j = i+1:N if (abs(T(P(i,2))-T(P(j,2))) < minTdelta) pairT(k,1) = T(P(i,2)); pairT(k,2) = T(P(j,2));

pairR(k,1) = R(P(i,1)); pairR(k,2) = R(P(j,1)); if (k == 2)

return; else

k = k + 1; break; end end end end end

function [xc, yc] = FindCenter(m, threshold) [M, N] = size(m); minI = M; minJ = N; maxI = 0; maxJ = 0; for i = 1 :M

for j = 1:N

if ( m(i,j) > threshold) if (maxI < i) maxI = i; end

if (maxJ < j) maxJ = j; end

if (minI > i) minI = i; end

if (minJ > j) minJ = j; end end end end ic = 0;

jc = 0;

mc = 0;

for i = minI:maxI for j = minJ:maxJ temp = m(i,j);

ic = ic + temp*i; jc = jc + temp*j; mc = mc + temp; end end

xc = round(ic / mc); yc = round(jc / mc); end