Главная    |    E-mail            
Интернет-журнал ТелеФото Техника
Интернет-журнал ТелеФото Техника
Интернет-журнал ТелеФото Техника Научно-технический интернет-журнал        Свидетельство о регистрации Эл № ФС 77-31314      
  Содержание
Главная страница
Обращение редакции
Цели и задачи журнала
Аспирантам и докторантам

  Разделы журнала
Общие вопросы техники телевидения и цифровой фотографии
Формирователи видеосигнала в телекамерах и цифровых фотоаппаратах
Обработка видеосигнала
Системы технического зрения
Измерительные телевизионные системы
Телевизионные системы безопасности
Обработка цифровых фотографий

  Авторам
Требования к статьям
Условия публикации

  Дополнительно
Архив новостей
Форум
Редколлегия
Контакты
Партнёры
Данные о регистрации

  Рассылка новостей

Новости, публикации, информация...
 
Отписаться от рассылки >>

 
Выставки, конференции, семинары

    8 июля 2015 года
 
Конференция «Видеонаблюдение: аналитика, облака и не только».
Конференция «Видеонаблюдение: аналитика, облака и не только»....
читали: 1242 / Подробнее...

    24 октября 2014 года
 
Открытие Международного конгресса оптических наук «Оптика-XXI век»
Открытие Международного конгресса оптических наук «Оптика-XXI век»...
читали: 401 / Подробнее...


Новые книги и журналы

    23 декабря 2013 года
 
Моя азбука видеонаблюдения. Александр Попов.
Моя азбука видеонаблюдения. Александр Попов....
читали: 434 / Подробнее...

    23 декабря 2013 года
 
Системы видеонаблюдения. Основы построения, проектирования и эксплуатации, Пескин А.Е.
Системы видеонаблюдения. Основы построения, проектирования и эксплуатации, Пескин А.Е....
читали: 372 / Подробнее...

Все новости / По разделам
 

 


Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru
  ЭВС-комплексные системы безопасности. Разработка и производство ТВ камер. Мегапиксельные телевизионные камеры с интерфейсом USB 2.0. Цифровые системы видеонаблюдения. Оборудование для банков и экспертно-криминалистические комплексы. Системы доступа. Тест-драйв. Форум.
 

    Содержание / публикации 29.04.2017 

Измерительные телевизионные системы
На главную / Новости / Все статьи раздела

Дата публикации  :  14.04.2008  |  Просмотров  :  7197  |  Для печати
Автор(ы)  :  Ярышев С.Н., Горбачев А.А., Краснящих А.В., Тимофеев А.Н.

Особенности обработки измерительной информации в распределённой оптико-электронной системе с двумя управляемыми источниками

 Страницы : 1 2

Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

Рассматриваются варианты реализации алгоритма определения координат на матрице приборов с зарядовой связью. Предлагается методика пересчета координат, полученных в измерительном приборе, в систему, связанную с контролируемым объектом, для распределенной оптико-электронной системы, основанной на контрольном элементе с парой полупроводниковых излучающих диодов.

Все более широкое применение при бесконтактном измерении смещений контролируемых объектов находят распределенные оптико-электронные системы, состоящие из нескольких измерительных каналов. Каждый из таких каналов включает в себя базовый блок с матричным приемником излучения и контрольный элемент (КЭ), выполненный в виде излучателя или отражателя [1,2]. Высокая точность линейных измерений в таких системах обеспечивается геометрическими характеристиками растра приемников с зарядовой связью (ПЗС). Эта особенность позволяет, несмотря на дискретный характер ПЗС-структуры в плоскости анализа изображения, регистрировать линейные смещения изображения с погрешностью до десятых и сотых долей пространственного периода элементов [3,4].

Целью статьи является показать особенности пересчета приборных координат в систему, связанную с объектом контроля в измерительном канале распределенной оптико-электронной системы контроля смещений, основанной на использовании контрольного элемента с парой полупроводниковых излучающих диодов (ПИД).

Задачу определения смещения КЭ, жестко закрепленного на контролируемом объекте, с помощью матрицы ПЗС в общем случае можно разбить на несколько независимых этапов:

  • предварительная фильтрация полученного изображения;
  • выделение изображения КЭ;
  • определение координат изображения на матрице ПЗС;
  • пересчет полученных координат из системы координат связанной с плоскостью изображений в систему координат, связанную с пространством предметов.

В рассматриваемом канале на этапе предварительной фильтрации решается обычная задача подавления шумов и повышения отношения сигнал/шум, в то время как на этапе выделения изображения КЭ производится обнаружение объекта и грубая оценка его параметров. После нахождения изображения КЭ вокруг него выделяется область, которая позволяет уменьшить количество обрабатываемых данных. Далее производится определение координат КЭ на ПЗС приемнике, а затем процедура их восстановления.

Одним из первых этапов обработки изображений в цифровых оптико-электронных системах является дискретизация исходных изображений по пространственным координатам, а так же квантование по уровню отсчетных значений яркости или освещенности его отдельных элементов [5].

Обычно, в качестве модели распределения освещенности по изображению точечного излучателя рассматриваются некоторые функциональные зависимости типа косинусной или функции Гаусса. Зависимость в виде гауссоиды вращения, при моделировании используется наиболее широко, так как ближе других к действительности и позволяет аналитически оценить погрешность определения координат изображения.

Рис. 1. Распределение освещенности на фоточувствительной площадке ПЗС и формирование зарядового рельефа

На рис. 1 представлено распределение двумерной непрерывной функции освещенности в плоскости анализа E(x,y) вдоль оси X. Эта функция преобразуется фотоприемником на ПЗС в дискретную функцию U(i,j), которая после процесса квантования по уровню преобразуется в матрицу [Eij].

Позиционную чувствительность ПЗС матрицы можно повысить за счет интерполяции сигналов, снимаемых со смежных элементов.

Одним из наиболее простых интерполяционных алгоритмов определения координат точечного объекта является алгоритм энергетического центра ("центра тяжести") [3].

При малых отношениях сигнал/шум наиболее предпочтительными являются другие алгоритмы. Сущность таких алгоритмов после определения координат элемента с максимальным уровнем сигнала сводиться к следующему:

  • осуществляется восстановление путем интерполяции непрерывной функции U(x,y), адекватной распределению освещенности в плоскости анализа E(x,y);
  • производится вычисление частных производных ∂U(x,y)/∂x и ∂U(x,y)/∂y с последующим вычислением оценок в результате решения уравнений (1):

, . (1)

Восстановление двумерной функции U(x,y) требует выполнения большого числа вычислительных операций, поэтому для уменьшения количества вычислений, возможно, производить интерполирование таблично заданных функций UYm(x) и UXm(y), то есть значения выбираются из столбца и строки содержащей элемент с максимальной освещенностью. Поиск экстремума в таком случае можно производить, например, методами дихотомии, золотого сечения, по знаку первой производной и т.д.

Для создания измерительной системы, адаптивной к изменению дистанции необходимо иметь априорную информацию о расстоянии между измерительным блоком и КЭ, либо иметь некоторый эталон смещения КЭ [6].

В качестве базового варианта рассмотрим коллимационный вариант реализации оптической части измерительного канала и метод определения координат КЭ 2 (рис. 2), т.к. полученные выкладки будут иметь место и в других случаях реализации оптической части измерительного канала. В таком варианте в качестве контрольного элемента используется пара ПИД 1, а в качестве приемника оптического излучения используется матричный ФПЗС 4 с объективом 3. Следует помнить, что фотоприемник имеет матричную структуру с конечными размерами фоточувствительных элементов и промежутками нечувствительности между ними. В момент измерения программа включает поочередно только один из пары излучающих диодов 1 (рис. 2).

Рис. 2. Общая схема оптической части измерительного канала оптико-электронной системы

Координаты середины отрезка между ПИД 1, принимаемые как координаты КЭ 2 (x,y), установленного на объекте контроля, связаны с координатами изображения КЭ 2 (x’ ,y’ ) следующими выражениями:

и , (2)

где L - расстояние от контрольного элемента до объектива, f’ - заднее фокусное расстояние объектива системы.

В рассматриваемом случае в формуле (2) присутствует выражение (L/f ’ -1), которое не позволяет реализовать автоматически калибрующуюся измерительную систему, без введения в нее дополнительных устройств изменения дистанций до КЭ и фокусного расстояния. Фокусное расстояние в конкретной системе изменяется мало, однако дистанция от КЭ до измерительного блока может изменяться в широких пределах, и это необходимо учитывать в процессе измерения смещений. Для устранения этого предлагается использовать схему, в которой КЭ представлен в виде пары точечных источников, расположенных в одной плоскости, расстояние между которыми известно с большой точностью (или может быть выяснено в процессе юстировки системы).

В распределенной оптико-электронной системе используется КЭ с парой точечных источников, расстояние между которыми известно [7]. По величине этого расстояния осуществляется автокалибровка смещения КЭ измерительной системы.

Расстояние между ПИД 1 B известно с определенной точностью. База B и её изображение B’ связаны соотношением:

. (3)

Из рис. 3 по теореме Пифагора получим для B′ выражение:

, (4)

где (x′1,y′1) и (x′2,y′2) - координаты центров изображения точечных объектов, входящих в состав КЭ 2, B′ - сформированная измерительная база, B′х и B′у - проекции измерительной базы на координатные оси X и Y соответственно, a - угол между измерительной базой и координатной осью Х, а рх - горизонтальный размер фоточувствительной площадки одного элемента матричного приемника с включенной зоной нечувствительности, расположенной слева (либо справа) от элемента, ру - вертикальный размер фоточувствительной площадки одного элемента матричного приемника с включенной зоной нечувствительности, расположенной снизу (либо сверху) от элемента.

Рис. 3. Схема наложения системы координат плоскости анализа на матричную структуру

Таким образом, из (3) и (4) получим:

. (5)

Из выражения (5) видно, что значение величины (L/f ’ -1) можно получить в процессе измерений без введения дополнительного канала измерения дистанций, если величина B известна до начала измерений. В этом случае B′ вычисляется из соотношения (4) в процессе измерений координат ПИД 1 (рис. 2), входящих в состав КЭ 2.

 Страницы : 1 2

Автор(ы)  :  Ярышев С.Н., Горбачев А.А., Краснящих А.В., Тимофеев А.Н.

Внимание ! Использование любых текстовых или графических материалов(а так-же их фрагментов) с сайта http://www.telephototech.ru возможно с разрешения администрации сайта с обязательным указанием ссылок на первоисточник и авторов статей и публикаций !

 

Добавить отзыв/комментарий к статье
Всего комментариев 2 / Читать все комментарии к публикации >>

Введите число *: 43+38=
Имя *:
Комментарий к статье *