EA028418B1

EA028418B1 - Способ измерения профиля микрообъектов для криминалистических экспертиз

Info

Publication number: EA028418B1
Application number: EA201500825A
Authority: EA
Inventors: Владимир Леонидович Козлов
Original assignee: Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority date: 2015-07-14
Filing date: 2015-07-14
Publication date: 2017-11-30
Also published as: EA201500825A1

Abstract

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для измерения профиля и линейных размеров микрообъектов по их цифровым фотографическим изображениям при проведении криминалистических экспертиз. Задача изобретения - обеспечение возможности измерения профиля и линейных размеров микрообъектов при проведении криминалистических экспертиз. Поставленная задача решается путем того, что в способе измерения профиля микрообъектов для криминалистических экспертиз, заключающемся в получении двух цифровых фотографических изображений измеряемого объекта с использованием перемещения объекта в пространстве по горизонтали на известное расстояние и определении сдвига между изображениями заданной точки объекта на первом и втором снимках, при этом дальность Rдо заданной точки объекта определяют из выражениягде L - перемещение объекта по горизонтали, Δx- сдвиг между изображениями измеряемой точки в пикселях по горизонтали на первом и втором снимках, f - фокусное расстояние объектива, ω- расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы по горизонтали; профиль объекта определяют по разности расстояний до выделенных точек, а высоту Hи ширину Di-го объекта определяют из выраженийгде x, y- размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно.

Description

Изобретение относится к области информационно-измерительных систем и предназначается для измерения профиля и линейных размеров микрообъектов по их цифровым фотографическим изображениям при проведении криминалистических экспертиз.

Известен способ измерения расстояний на цифровой фотокамере [1], содержащий две цифровые фотокамеры, соединенные с блоком процессора и блоком индикации. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями объекта. Недостатком этого способа является сложность в эксплуатации, невысокая точность измерений и невозможность измерения профиля и линейных размеров микрообъектов при проведении криминалистических экспертиз.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ измерения расстояний на цифровой фотокамере [2], основанный на использовании цифровой стереофотокамеры, блока компенсации параллакса, контроллера, блока процессора, блока индикации. Дальность до объекта определяется по сдвигу между изображениями объекта, при этом необходимо знать расстояние между объективами и фокусное расстояние объективов камер. Недостатком этого способа является невысокая точность измерений и невозможность измерения профиля и линейных размеров микрообъектов при проведении криминалистических экспертиз.

Задача изобретения - обеспечение возможности измерения профиля и линейных размеров микрообъектов при проведении криминалистических экспертиз.

Решение поставленной задачи позволит использовать предлагаемое изобретение для измерения высот неровностей профиля и линейных размеров микроследов на объектах по их цифровым фотографическим изображениям при проведении криминалистических экспертиз.

Поставленная задача решается путем того, что в способе измерения профиля микрообъектов для криминалистических экспертиз, заключающемся в получении двух цифровых фотографических изображений измеряемого объекта с использованием перемещения объекта в пространстве по горизонтали на известное расстояние и определении сдвига между изображениями заданной точки объекта на первом и втором снимках; при этом дальность К₁ до заданной точки объекта определяют из выражения

где Ь - перемещение объекта по горизонтали,

Ах; - сдвиг между изображениями измеряемой точки в пикселях по горизонтали на первом и втором снимках,

Р - фокусное расстояние объектива, ω_χ - расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы по горизонтали; профиль объекта определяют по разности расстояний до выделенных точек, а высоту И; и ширину

О, ΐ-го объекта определяют из выражений

где х;, у; - размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно.

Свойство, появляющееся у заявляемого объекта, это обеспечение возможности измерения профиля и линейных размеров микрообъектов, обусловленное тем, что в предложенном способе формируется стереоизображение измеряемого объекта и обеспечивается измерение дальности до любой заданной точки объекта, при этом по разности расстояний до заданных точек осуществляется измерение профиля микрообъекта.

Сущность способа измерений поясняется с помощью чертежа, на котором представлена функциональная схема измерителя профиля и линейных размеров микрообъектов по цифровым изображениям.

Система, реализующая заявляемый способ, содержит: измеряемый объект 1, блок микроперемещения 2, цифровой микроскоп 3, состоящий из системы линз 4 и фотоприемной матрицы 5, контроллер 6, процессор 7, блок индикации 8.

Сущность способа заключается в следующем. С помощью цифрового микроскопа 3 на фотоприемной матрице 5 формируется первое цифровое изображение измеряемого объекта. Затем с помощью блока микроперемещения измеряемый микрообъект передвигается в пространстве по горизонтали на расстояние Ь, и затем формируется второе его цифровое изображение. Полученные два цифровых изображения микрообъекта поступают в процессор, где производится измерение его профиля и линейных размеров по следующему алгоритму. На первом изображении в блоке индикации указывается точка объекта (т. А, см. чертеж), до которой необходимо измерить расстояние. Координата этой точки на фотоприемной матрице по оси X имеет значение х₁ (см. чертеж). Размер окна сканирования с расположением этой точки выбирают таким образом, чтобы разность расстояний до отдельных фрагментов объекта, попадающих в окно, была меньше инструментального разрешения по дальности. Автоматически окно сканирования с такими же координатами формируется и на втором снимке, при этом координата т. А на этом снимке будет х'₁. Затем в процессоре осуществляется сканирование одного окна относительно другого по горизонтали и вертикали, при этом вычисляется значение двухмерной нормированной корреляционной функции между

- 1 028418 выделенными изображениями в соответствии с выражением

где Ιί - сигнал окна сканирования первого изображения;

Ι₂ - сигнал окна сканирования второго изображения;

Хтах,Утах - размер сканирующего окна по горизонтали и вертикали, соответственно;

Лх, Лу - сдвиг по горизонтали и вертикали, соответственно,

- средние значения сигнала в первом и втором окне сканирования, соответственно;

п=1, 2.

Из приведенного выражения следует, что сканирование осуществляется по горизонтали и вертикали, что компенсирует возможное отклонение перемещения объекта от горизонтальной линии. По положению максимального значения нормированной корреляционной функции (1) определяют сдвиг между изображениями Лх_А=х'₁-х₁. Так как все точки объекта в выделенном окне находятся на одинаковом расстоянии и осуществляется нормировка по величине среднего значения сигнала, то достигается максимальное значение корреляционной функции, и при полном совпадении изображений корреляционная функция (1) будет равна единице.

Так как сканирование одного окна относительно другого осуществляется со сдвигом на один пиксель вдоль осей координат, то положение максимума корреляционной функции и, следовательно, сдвиг между изображениями определяется также с точностью в один пиксель. Этот фактор значительно ограничивает точность измерения расстояний. Для повышения точности необходимо определять положение максимума корреляционной функции (сдвига Лх) в пределах одного пикселя.

Для уточнения величины сдвига Лх в субпиксельном диапазоне используется билинейная интерполяция сигнала с заданным шагом, алгоритм которой заключается в следующем. Обычно область уточнения выбирается шириной и высотой в 2 пикселя. В точке максимального значения корреляционной функции 1(х, у), полученного на этапе грубой оценки с точностью в один пиксель, строится сетка ячеек, соответствующих узлам интерполяции, и ведется повторное сканирование с шагом равным Н=1/к пикселя, где к- целое число (к=5-20). Таким образом, вычисляется значение корреляционной функции для к²узлов сетки. Интенсивность 1(х+Ш, у+дН) узла сетки вычисляется из выражения

Ι(χ + ΐΗ, у + у'А) = (1 - /А)(1 - у/ζ) · 7(х, у) + (1 - у'А)/А · Ι(χ +1, у) + +(1 - /А)уА · 1(х, у +1) + </А² · 7(х +1, у +1), где Н=1/к - шаг сетки;

У - горизонтальный и вертикальный индексы узла соответственно;

1(х,у) - максимальное значение корреляционной функции,

1(х+1, у), 1(х, у+1), 1(х+1, у+1) - значения интенсивности корреляционной функции в точках, ближайших к максимальному.

По максимальной величине 1(х+Ш, у+дН) определяется положение максимума корреляционной функции в пределах одного пикселя. Очевидно, что билинейная интерполяция дает разрешение в пределах одного пикселя, равное 1/к. Следовательно, если взять к=10-15, то разрешение при определении сдвига составит величину менее десятой доли пикселя.

Определив сдвиг между изображениями Лх_А, дальность К_А до выделенной т. А объекта можно определить из выражения

где к - перемещение объекта по горизонтали, £ - фокусное расстояние фотокамеры, о_х - расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы по горизонтали. Аналогичным образом определяется расстояние К_в до т. В объекта, имеющей координаты на первом и втором снимках х₂ и х'₂ соответственно. По положению максимального значения нормированной корреляционной функции (1) определяют сдвиг между изображениями Лх_в=х'₂-х₂, а дальность К_в до т. В определяется из выражения

По разности расстояний до указанных точек объекта (т. А и т. В) определяется профиль поверхности объекта ЛК=К_В-К_А.

Заявляемый способ также позволяет измерять высоту и линейные размеры объектов. Это осуществляется следующим образом. Определив значение расстояния до ΐ-го объекта Щ и размеры этого объекта на фотоприемной матрице х^ по горизонтали и у_А по вертикали, ширину объекта I), и высоту Н можно

- 2 028418 определить из выражении

Я. -X (5) / ' /

С помощью геометрии полученных изображении объектов система также может осуществить измерение расстоянии между объектами на цифровой фотографии. Корреляционная обработка изображений позволяет определить положение объекта на матрице с точностью лучше одного чувствительного элемента (пикселя). Знать точное значение расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы и значение фокуса объектива нет необходимости, так как эти значения можно определить при калибровке системы на точно известном расстоянии.

Таким образом, в заявляемом способе за счет использования микроперемещения измеряемого объекта и вычисления корреляционной функции двух цифровых фотографических изображений, полученных при перемещении объекта по горизонтали на известное расстояние, достигается измерение высот неровностей профиля и линейных размеров микроследов на объектах при проведении криминалистических экспертиз.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ измерения профиля микрообъектов для криминалистических экспертиз, заключающийся в получении двух цифровых фотографических изображений измеряемого объекта с использованием перемещения объекта в пространстве по горизонтали на известное расстояние и определении сдвига между изображениями заданной точки объекта на первом и втором снимках, при этом дальность Р, до заданной точки объекта определяют из выражения где Р - перемещение объекта по горизонтали,

Δχ, - сдвиг между изображениями измеряемой точки в пикселях по горизонтали на первом и втором снимках, £ - фокусное расстояние объектива, ω_χ - расстояния между чувствительными элементами фотоприемной матрицы по горизонтали; профиль объекта определяют по разности расстояний до выделенных точек, а высоту II, и ширину

О, ΐ-го объекта определяют из выражений где Χΐ у_х - размеры объекта на фотоприемной матрице по горизонтали и вертикали соответственно.