RU2273822C2

RU2273822C2 - Electro-optic device for reading stamp from pipe

Info

Publication number: RU2273822C2
Application number: RU2002127296/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Федорович Ширанков (RU); Александр Федорович Ширанков; Роман Анатольевич Перковский (RU); Роман Анатольевич Перковский; Алексей Михайлович Хорохоров (RU); Алексей Михайлович Хорохоров; Александр Игоревич Гаврилов (RU); Александр Игоревич Гаврилов; Николай Павлович Надымов (RU); Николай Павлович Надымов; Александр Борисович Рогов (RU); Александр Борисович Рогов; Сергей Николаевич Попонин (RU); Сергей Николаевич Попонин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ИНОКАР"
Priority date: 2002-10-14
Filing date: 2002-10-14
Publication date: 2006-04-10
Also published as: RU2002127296A

Abstract

FIELD: systems for identification of objects.

SUBSTANCE: device can be used for reading out stamp applied onto surface of pipe. Device has optical head connected with computer through image introducing printed circuit board. Optical head has two optical channels. First channel has first projection objective with linear magnification of Bet₁, focal length f₁, angle of field of view tgW₁ and relative distortion δYob₁ within whole angle of field of view and first CCD linear array which is disposed along pipe. Second optical channel has second projection objective with linear magnification Bet₂, focal length f₂, angle of field of view tgW₂ and relative distortion δYob₂within whole angle of field of view and second CCD linear array disposed in perpendicular to axis of pipe. The following conditions are met: Bet₁= αN₁/Dmax, Bet₂>5Bet₁, tgW₁=Dmax/L, tgW₂=0,2Dpipe/L, αN₁≤2f'₁tgW₁, d₂≤2f'₂tgW₂, δYob₁<1/N₁, δYob₂<1/N₂, where α is distance between substrates of first CCD linear array, L is distance from optical head to pipe, d₂ is length of second CCD linear array, N₁ and N₂ are number of elements in first and second CCD linear arrays, Dmax is width of scanned area at the surface of pipe.

EFFECT: improved precision.

2 dwg

Description

Изобретение относится к сканирующим устройствам для идентификации объектов и может быть использовано для считывания нанесенного на поверхность трубы клейма, например, в условиях цеха при ремонте труб.The invention relates to scanning devices for identifying objects and can be used to read the mark applied to the surface of the pipe, for example, in a workshop when repairing pipes.

Известно устройство для считывания клейма с поверхности трубы (US 4701869), включающее перемещаемую вдоль поверхности трубы оптическую головку, связанную с ЭВМ.A device for reading the stigma from the surface of the pipe (US 4701869), including moving along the surface of the pipe optical head associated with a computer.

Недостатком указанного устройства является низкая точность считывания и получение искаженного изображения клейма.The disadvantage of this device is the low accuracy of reading and obtaining a distorted image of the mark.

Техническим результатом изобретения является повышение точности за счет исключения влияния неравномерности линейной скорости перемещения оптической головки вдоль поверхности трубы в направлении сканирования и получение неискаженного изображения клейма.The technical result of the invention is to increase accuracy by eliminating the influence of uneven linear velocity of the optical head along the surface of the pipe in the scanning direction and obtaining an undistorted image of the mark.

Указанный технический результат достигается тем, что в оптико-электронном устройстве для считывания клейма с трубы, содержащем связанную с ЭВМ оптическую головку, оптическая головка связана с ЭВМ через плату ввода изображения в ЭВМ и содержит два оптических канала, первый из которых содержит первый проекционный объектив с линейным увеличением Bet₁, фокусным расстоянием f₁, углом поля зрения tg W₁ и относительной дисторсией δУоб₁ во всем угле поля зрения и первую ПЗС линейку, расположенную вдоль оси трубы, а второй оптический канал содержит второй проекционный объектив с линейным увеличением Bet₂, фокусным расстоянием f₂, углом поля зрения tg W₂ и относительной дисторсией δУоб₂ во всем угле поля зрения и вторую ПЗС линейку, расположенную перпендикулярно оси трубы, причем выполняются условия:The specified technical result is achieved by the fact that in the optical-electronic device for reading the stigma from the pipe containing the optical head connected to the computer, the optical head is connected to the computer through the image input board in the computer and contains two optical channels, the first of which contains the first projection lens with linear magnification Bet ₁ , focal length f ₁ , field of view angle tg W ₁ and relative distortion δУоб ₁ in the entire angle of the field of view and the first CCD line located along the axis of the pipe, and the second optical channel contains the second projection lens with a linear magnification Bet ₂ , focal length f ₂ , the field of view angle tg W ₂ and relative distortion δУоб ₂ in the entire angle of the field of view and the second CCD line, located perpendicular to the axis of the pipe, and the conditions are met:

где

Where

а - расстояние между площадками первой ПЗС линейки,a is the distance between the sites of the first CCD line,

L - расстояние от оптической головки до трубы,L is the distance from the optical head to the pipe,

N₁ и N₂ - число элементов соответственно в первой и второй ПЗС линейках,N ₁ and N ₂ - the number of elements, respectively, in the first and second CCD lines,

Дмах - ширина сканируемой области на поверхности трубы,Dmah - the width of the scanned area on the surface of the pipe,

d₂ - длина второй ПЗС линейки.d ₂ - the length of the second CCD line.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, на которых изображены соответственно вид сверху на трубу и оптическую головку и блок-схема алгоритма считывания.The invention is illustrated in figure 1 and figure 2, which depict, respectively, a top view of the pipe and optical head and a block diagram of the reading algorithm.

Оптико-электронное устройство для считывания клейма с трубы содержит связанную с ЭВМ (не показана) через плату ввода изображения (не показана) оптическую головку 1 (ОГ), которая содержит два оптических канала. Первый канал содержит первый проекционный объектив 2 с линейным увеличением Bet₁, фокусным расстоянием f₁, углом поля зрения tg W₁ и относительной дисторсией δУоб₁ во всем угле поля зрения и первую ПЗС линейку 3, расположенную вдоль оси трубы 6, а второй оптический канал содержит второй проекционный объектив 4 с линейным увеличением Bet₂, фокусным расстоянием f₂, углом поля зрения tg W₂ и относительной дисторсией δУоб₂ во всем угле поля зрения и вторую ПЗС линейку 5, расположенную перпендикулярно оси трубы 6. ПЗС линейки работают синхронно и расположены под прямым углом. На первую линейку 3, ориентированную вдоль трубы 6, проецируется изображение участка поверхности трубы, на котором нанесено клеймо. При вращении трубы 6 через плату ввода изображение построчно считывается в компьютер, что позволяет получить полное развернутое изображение участка трубы. Изображение, полученное таким образом, является пропорциональным, т.к. шаг точек изображения вдоль трубы определяется только шагом светочувствительных элементов в линейке и увеличением объектива, а шаг точек изображения поперек оси трубы зависит от увеличения объектива, диаметра и скорости вращения трубы. Скорость же вращения в силу различных факторов непостоянна.The optical-electronic device for reading the stigma from the pipe contains connected to a computer (not shown) through the input card image (not shown) optical head 1 (OG), which contains two optical channels. The first channel contains the first projection lens 2 with a linear magnification Bet ₁ , focal length f ₁ , field of view angle tg W ₁ and relative distortion δУоб ₁ in the entire angle of the field of view and the first CCD line 3 located along the axis of the pipe 6, and the second optical channel It comprises a second projection lens 4 with the linear increasing Bet _2, a focal length f _2, a field of view tg W ₂ and relative distortion δUob ₂ around the visual field angle and a second CCD line 5 disposed perpendicularly to the axis of the pipe 6. The CCD line work synchronously Ferran ozheny at right angles. On the first ruler 3, oriented along the pipe 6, an image of a portion of the surface of the pipe on which the mark is applied is projected. When the pipe 6 is rotated through the input board, the image is read out line by line into the computer, which allows you to get a full expanded image of the pipe section. The image obtained in this way is proportional, because the step of the image points along the pipe is determined only by the step of the photosensitive elements in the ruler and the increase in the lens, and the step of the image points across the axis of the pipe depends on the increase in the lens, the diameter and speed of rotation of the pipe. The rotation speed due to various factors is variable.

Для получения пропорционального изображения используется второй канал с ПЗС линейкой 5, ориентированной перпендикулярно оси трубы. Задача дополнительной линейки 5 - определить истинное расстояние между соседними строками в искаженном изображении, полученном с первой линейки 3. Для этого на линейку 5 проецируется увеличенное по сравнению с изображением для первой линейки 3 изображение поверхности трубы 6. При вращении трубы последовательные изображения линии, расположенной поперек оси трубы, получаемые со второй линейки 5, также вводятся в ЭВМ через плату ввода изображения.To obtain a proportional image, a second channel is used with a CCD line of 5 oriented perpendicular to the axis of the pipe. The task of the additional line 5 is to determine the true distance between adjacent lines in the distorted image obtained from the first line 3. To do this, an image of the pipe surface 6, which is larger in comparison with the image for the first line 3, is projected onto the line 5. During rotation of the pipe, successive images of the line located across the axis of the pipe obtained from the second line 5 is also entered into the computer through the image input board.

Сигналы считываются с обеих линеек синхронно с частотой 50 Гц для исключения влияния ламп освещения.Signals are read from both bars synchronously with a frequency of 50 Hz to eliminate the influence of light bulbs.

Для получения пропорционального изображения поверхности трубы в программе на ЭВМ сначала определяются расстояния между основными строками изображения, считанного с первой линейки 3. Так как скорость вращения трубы 6 непостоянна и зависит от диаметра, то для получения пропорционального изображения необходимо определить сдвиг поверхности трубы за время считывания каждой строки. Это делается по анализу соседних изображений с ПЗС линейки 5. Изображения линии, расположенной поперек трубы, в соседних кадрах будут сдвинуты друг относительно друга на шаг между считываниями. Величина этого шага определяется корреляционным методом для каждых соседних строк изображения с линейки 5. После этого из непропорционального изображения с линейки 3 формируется пропорциональное изображение, в котором шаг между точками одинаков поперек и вдоль оси трубы.To obtain a proportional image of the pipe surface in a computer program, the distances between the main lines of the image read from the first ruler 3 are first determined. Since the rotation speed of the pipe 6 is variable and depends on the diameter, to obtain a proportional image, it is necessary to determine the shift of the pipe surface during the reading time of each strings. This is done by analyzing neighboring images from a CCD of line 5. Images of a line located across the pipe in adjacent frames will be shifted relative to each other by a step between readings. The magnitude of this step is determined by the correlation method for each adjacent line of the image from line 5. After this, a proportional image is formed from the disproportionate image from line 3, in which the step between the points is the same across and along the axis of the pipe.

В результате сканирования с первой ПЗС линейки 3 в ЭВМ с помощью специальной программы формируется матрица Yi непропорционального изображения поверхности трубы 6. После корреляционной обработки сигналов с линеек 3 и 5 определяется вектор AJ истинных расстояний δi между соседними строками Yi, при этом для получения матрицы Xi, содержащей М строк пропорционального изображения трубы, применяется алгоритм, приведенный на фиг.2. Параметр алгоритма А=a/Bet₁.As a result of scanning from the first CCD of line 3 into a computer using a special program, a matrix Yi is formed of a disproportionate image of the pipe surface 6. After correlation processing of signals from lines 3 and 5, the vector AJ of true distances δi between adjacent rows Yi is determined, in order to obtain the matrix Xi, containing M lines of the proportional image of the pipe, the algorithm shown in FIG. 2 is applied. Algorithm parameter A = a / Bet ₁ .

Для получения клейма в виде последовательности букв и цифр полученное пропорциональное полутоновое изображение обрабатывается с помощью специальной программы методом пространственной корреляции с заранее известным изображением из базы данных. При состоянии базы данных для каждого символа из типового реального изображения выделяется прямоугольная область, которая соответствует изображению заданной буквы или цифры. Программа ЭВМ позволяет построчно вывести на дисплей или передать в ЭВМ верхнего уровня считанное клеймо в текстовом виде.To obtain a stamp in the form of a sequence of letters and numbers, the resulting proportional grayscale image is processed using a special program using the spatial correlation method with a previously known image from the database. Under the state of the database, a rectangular area is selected for each character from a typical real image, which corresponds to the image of a given letter or number. The computer program allows line-by-line display or transfer to the top-level computer a read mark in text form.

Выполнение в устройстве приведенных условий (1)-(8), характеризующих требования к параметрам проекционных объективов и ПЗС линеек, обеспечивает получение неискаженного изображения клейма, что повышает точность считывания информации, содержащейся в нанесенном на поверхности трубы клейме.Fulfillment of the conditions (1) - (8) in the device, which characterize the requirements for the parameters of projection lenses and CCD rulers, provides an undistorted image of the mark, which increases the accuracy of reading information contained in the mark applied to the pipe surface.

Claims

An optical-electronic device for reading a mark from a pipe, containing an optical head connected to a computer, characterized in that the optical head is connected to the computer via an image input card in the computer and contains two optical channels, the first of which contains the first projection lens with linear magnification Bet ₁ , a focal length f _1, a field of view tg W ₁ and the relative distortion δUob ₁ throughout the field of view angle, and a first CCD line disposed along the tube axis, and a second optical path comprises a second projection lens l -linear increase Bet _2, a focal length f _2, a field of view tg W ₂ and relative distortion δUob ₂ around the visual field angle and a second CCD line disposed perpendicular to the pipe axis, the following conditions are satisfied

where a is the distance between the sites of the first CCD line;

L is the distance from the optical head to the pipe;

N ₁ and N ₂ are the number of elements in the first and second CCD arrays, respectively;

Dmah is the width of the scanned area on the surface of the pipe;

d ₂ - the length of the second CCD line.