RU2315353C1 - Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex - Google Patents
Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315353C1 RU2315353C1 RU2006133566/09A RU2006133566A RU2315353C1 RU 2315353 C1 RU2315353 C1 RU 2315353C1 RU 2006133566/09 A RU2006133566/09 A RU 2006133566/09A RU 2006133566 A RU2006133566 A RU 2006133566A RU 2315353 C1 RU2315353 C1 RU 2315353C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- scanning
- focusing
- shells
- optical axis
- video camera
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F42—AMMUNITION; BLASTING
- F42B—EXPLOSIVE CHARGES, e.g. FOR BLASTING, FIREWORKS, AMMUNITION
- F42B35/00—Testing or checking of ammunition
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V10/00—Arrangements for image or video recognition or understanding
- G06V10/10—Image acquisition
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
- G06V20/00—Scenes; Scene-specific elements
- G06V20/60—Type of objects
- G06V20/66—Trinkets, e.g. shirt buttons or jewellery items
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретения относятся к области оптико-электронного приборостроения и могут быть использованы в сканирующих устройствах современных автоматизированных баллистических идентификационных комплексов для записи и ввода в систему изображений микрорельефа боковых поверхностей стреляных пуль и дна стреляных гильз.The invention relates to the field of optoelectronic instrumentation and can be used in scanning devices of modern automated ballistic identification systems for recording and entering into the micro-relief image system of the side surfaces of fired bullets and the bottom of fired cartridges.
Уровень техникиState of the art
В настоящее время весьма актуальной является задача обеспечения контроля за оборотом огнестрельного оружия.Currently, the task of ensuring control over the circulation of firearms is very urgent.
Одним из условий для успешного решения поставленной задачи является наличие высокопроизводительных аппаратно-программных средств, позволяющих получать цифровые изображения больших массивов стреляных пуль и гильз для формирования центральной пулегильзотеки и выполнять идентификацию баллистических объектов.One of the conditions for the successful solution of the problem is the availability of high-performance hardware and software that allows you to receive digital images of large arrays of fired bullets and cartridges for the formation of a central bulletproof library and identify ballistic objects.
Известен криминалистический микроскоп сравнения типа МКС-1 (Скворцов Г.Е. и др. "Микроскопы", Ленинград, 1969 г.). Прибор позволяет эксперту получить в поле зрения совмещенные изображения двух сравниваемых объектов, идентифицировать их и, при необходимости, получить фотографическим путем твердую копию. Этот метод достаточно трудоемок и непроизводителен, так как микроскоп дает резкое изображение лишь небольшого фрагмента цилиндрической поверхности пули, а просмотр всей поверхности пуль и поиск на них идентичных микротрасс требуют больших затрат времени и чрезвычайно высокой квалификации эксперта.Known forensic microscope comparison type MKS-1 (Skvortsov G.E. and others. "Microscopes", Leningrad, 1969). The device allows the expert to obtain combined images of two compared objects in the field of view, to identify them and, if necessary, to obtain a hard copy by photographic means. This method is quite laborious and unproductive, since the microscope gives a sharp image of only a small fragment of the cylindrical surface of the bullet, and viewing the entire surface of the bullets and searching for identical microtracks on them requires a lot of time and an extremely high qualification of an expert.
Известен способ получения изображения полной развертки цилиндрической поверхности пуль и гильз фотографическим путем. Он состоит в том, что равномерно вращающийся вокруг своей оси объект фотографируют через щелевой затвор на равномерно перемещающуюся фотопленку или фотопластинку, скорость транспортирования которой синхронизирована со скоростью движения изображения в фокальной плоскости. При этом в каждый момент времени на пленке регистрируется узкий фрагмент цилиндрической поверхности, определяемый увеличением и шириной экспозиционной щели и мало отличающийся от плоскости. В результате последовательной фиксации этих фрагментов на пленке синтезируется полное изображение развертки. Этот способ реализован в установках "Развертка" и РФ-4, разработанных НИИ спецтехники МВД России, которые позволяют получить на фотопластинке изображение разверток цилиндрических тел диаметром 4-100 мм с увеличением 0,5 или 2Х.A known method of obtaining a full-scan image of the cylindrical surface of bullets and shells in a photographic manner. It consists in the fact that an object uniformly rotating around its axis is photographed through a slit shutter onto a uniformly moving film or photographic plate, the transport speed of which is synchronized with the speed of the image in the focal plane. Moreover, at each instant of time, a narrow fragment of a cylindrical surface is detected on the film, which is determined by the increase and width of the exposure slit and differs little from the plane. As a result of sequential fixation of these fragments on the film, a full scan image is synthesized. This method is implemented in the “Reamer” and RF-4 installations developed by the Scientific Research Institute of Special Equipment of the Ministry of Internal Affairs of Russia, which allow obtaining on the photographic plate an image of the reamers of cylindrical bodies with a diameter of 4-100 mm with an increase of 0.5 or 2X.
Недостатком этих приборов является низкая разрешающая способность, которая позволяет видеть лишь общую картину развертки с макрофрагментами цилиндрической поверхности, например форму полей нарезов на отстрелянных из нарезного оружия пулях. Для фиксации микроцарапин шириной от 5 мкм необходимо вести работу при увеличении 30-50Х.The disadvantage of these devices is the low resolution, which allows you to see only the overall picture of the sweep with macro-fragments of the cylindrical surface, for example, the shape of the rifling fields on the bullets shot from rifled weapons. To fix micro-scratches with a width of 5 microns or more, it is necessary to work with an increase of 30-50X.
Кроме того, в устройстве не предусмотрена автоматическая фокусировка объектива при работе с деформированными объектами, какими обычно являются отстрелянные пули. Так, при увеличении 2Х допускается отклонение от идеального цилиндра не более 0,2 мм, что снижает достоверность полученной информации с реального объекта.In addition, the device does not automatically focus the lens when working with deformed objects, which are usually shot bullets. So, with an increase of 2X, a deviation from the ideal cylinder of not more than 0.2 mm is allowed, which reduces the reliability of the information received from the real object.
Известен также способ получения изображения развертки пуль и гильз нарезного стрелкового оружия. Он состоит в том, что телекамерой с ПЗС-матрицей, используя при этом систему автофокусировки, проецирующую световой штрих на объект, снимают последовательно отдельные прямоугольные фрагменты поверхности, оцифровывают получаемые изображения с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) и записывают в памяти ЭВМ с возможностью последующего синтеза полной развертки. Этот способ реализован в комплексе аппаратуры IBIS (Integrated Ballistics Identification Sistem) канадской фирмы Forensic Technology (WAI) inc. (IBIS Training Manual, 1995, Руководство по работе с аппаратурой).There is also a method of obtaining an image of the development of bullets and sleeves rifled small arms. It consists in the fact that with a CCD camera, using an autofocus system projecting a light bar onto an object, individual rectangular fragments of the surface are taken sequentially, the resulting images are digitized using an analog-to-digital converter (ADC) and recorded in a computer memory with the possibility of subsequent synthesis of a full scan. This method is implemented in the complex of equipment IBIS (Integrated Ballistics Identification Sistem) of the Canadian company Forensic Technology (WAI) inc. (IBIS Training Manual, 1995, Hardware Guide).
Комплекс включает оптико-электронную систему (синтез микроскопа и телевизионной CCD-камеры) и мощную ЭВМ со специализированным программным обеспечением. Применение камеры с ПЗС-матрицей позволяет представлять изображение в цифровой форме и в дальнейшем обрабатывать его на ЭВМ. Предусмотрена также система автофокусировки, выполненная в виде двух установленных под углом 45° к поверхности снимаемого фрагмента лазеров, формирующих на ней световой штрих, компьютерный анализ изображения которых на ПЗС-матрице позволяет определить величину дефокусировки. Освещение объекта осуществляется либо направленным, либо кольцевым источниками света на лампах накаливания. Исследуемая пуля устанавливается донышком на горизонтальном шпинделе с помощью специального клеящего состава.The complex includes an optical-electronic system (synthesis of a microscope and a television CCD camera) and a powerful computer with specialized software. The use of a camera with a CCD matrix allows you to represent the image in digital form and subsequently process it on a computer. An autofocus system is also provided, made in the form of two lasers installed at an angle of 45 ° to the surface of the shot fragment, forming a light stroke on it, computer analysis of the images of which on the CCD allows determining the amount of defocusing. Illumination of the object is carried out either by directional or ring light sources on incandescent lamps. The test bullet is installed on the horizontal spindle with a special adhesive.
Недостатками этого способа и реализующей его системы являются:The disadvantages of this method and its implementing system are:
- низкая достоверность полного изображения рельефа развертки деформированных пуль и гильз. При наличии деформаций в цилиндрической части пули, например в эллипсоидальном сечении, при повороте пули, во-первых, изменяется ее текущий (для снимаемого фрагмента) радиус, а во-вторых, для большинства фрагментов имеет место разворот снимаемой поверхности относительно нормали к оси объектива. При этом, поскольку снимаются фрагменты одинаковой ширины (по дуге), то при синтезе полного изображения развертки неизбежны пропуски или повторы отдельных элементов, а также искажения масштаба для неперпендикулярных к оси объектива фрагментов;- low reliability of the full image of the relief sweep of deformed bullets and cartridges. In the presence of deformations in the cylindrical part of the bullet, for example, in an ellipsoidal section, when the bullet is rotated, firstly, its current (for the removed fragment) radius changes, and secondly, for most fragments, the removed surface rotates relative to the normal to the axis of the lens. Moreover, since fragments of the same width are taken (along the arc), when synthesizing a full scan image, omissions or repetitions of individual elements, as well as scale distortions for fragments not perpendicular to the lens axis are inevitable;
- высокая инерционность осветителя на лампах накаливания, что ведет при необходимости постоянных включений-выключений к увеличению времени съема информации;- high inertia of the illuminator on incandescent lamps, which leads, if necessary, constant on-off to increase the information retrieval time;
- неудобство установки и центрировки исследуемой пули.- the inconvenience of installing and centering the studied bullet.
Известен способ идентификации нарезного оружия по следам на пулях (RU заявка на изобретение №2001124145, G01N 21/84, 2001.08.29). Способ включает расположение и перемещение при фокусировании оптической системы относительно пули, ось которой перпендикулярна оптической оси системы, и формировании серии изображений, по которым определяется рельеф поверхности пули. Перед формированием серии изображений боковой поверхности пули ее помещают на поворотное устройство с помощью устройства крепления, имеющего возможность наклона по двум осям, линейно независимым друг с другом и с осью вращения поворотного устройства, производят регулировку положения пули так, чтобы ось пули приблизительно совпадала с осью вращения поворотного устройства, поворачивают поворотное устройство с одновременным измерением угла его поворота относительно первоначального положения и производят регистрацию с помощью фоточувствительного устройства, например видеокамеры настроечной серии изображений, захватывающих, по меньшей мере, три грани нарезов, расположенных не менее чем на половине длины окружности пули и, по меньшей мере, три цилиндрических фрагмента поверхности пули, образованные полями ствола при прохождении пули через канал ствола, расположенные не менее чем на половине длины окружности пули, измеряют расстояние от некоторой фиксированной плоскости до поверхности пули, определяют положение граней нарезов и углы их наклона относительно некоторой неподвижной оси, по различию углов наклона граней нарезов вычисляют угол наклона оси пули относительно оси вращения поворотного устройства, а по различию расстояний от фиксированной плоскости до цилиндрических фрагментов поверхности пули вычисляют радиальное смещение оси пули относительно оси вращения поворотного устройства, по полученным данным об угловом и радиальном смещениях определяют компенсирующие воздействия и подают их на устройство крепления пули, после чего формируют серии изображений боковой поверхности пули для последующей идентификации оружия.A known method for identifying rifled weapons in the wake of bullets (RU application for invention No. 2001124145, G01N 21/84, 2001.08.29). The method includes positioning and moving when focusing the optical system relative to the bullet, the axis of which is perpendicular to the optical axis of the system, and forming a series of images by which the surface relief of the bullet is determined. Before forming a series of images of the side surface of the bullet, it is placed on the rotary device using a fastening device that can be tilted along two axes linearly independent with each other and with the axis of rotation of the rotary device, the position of the bullet is adjusted so that the axis of the bullet approximately coincides with the axis of rotation rotary device, rotate the rotary device while measuring the angle of rotation relative to the initial position and register using photosensor a device, for example a video camera, of a training series of images capturing at least three faces of grooves located at least half the circumference of the bullet and at least three cylindrical fragments of the surface of the bullet formed by the fields of the barrel when the bullet passes through the barrel channel, located at least half the circumference of the bullet, measure the distance from a fixed plane to the surface of the bullet, determine the position of the edges of the rifling and the angles of their inclination relative to some fixed axis, the difference in the angles of inclination of the edges of the rifles calculate the angle of inclination of the axis of the bullet relative to the axis of rotation of the rotary device, and the difference in distances from the fixed plane to the cylindrical fragments of the surface of the bullet calculate the radial displacement of the axis of the bullet relative to the axis of rotation of the rotary device, according to the data obtained on the angular and radial displacements determine the compensating effects and feed them to the bullet mount device, after which a series of images of the side surface of the bullet is formed for the last Blowing the identification weapon.
Известен способ получения изображения развертки поверхности пуль и гильз нарезного стрелкового оружия и устройство для получения изображения развертки цилиндрических тел (RU 2130628, G02B 21/36, 1997.08.06). Способ предполагает получение изображения развертки поверхности пуль и гильз нарезного стрелкового оружия, в том числе и деформированных, с высокой разрешающей способностью, минимальными искажениями и возможностью записи в цифровом виде. С помощью телекамеры с ПЗС-матрицей, используя при этом систему автофокусировки, проецирующую световой штрих на объект, снимают последовательно отдельные прямоугольные фрагменты поверхности, оцифровывают получаемые изображения и записывают в памяти ЭВМ с возможностью последующего синтеза полной развертки. Исследуемый объект позиционируют в исходное положение, перед съемкой каждого кадра производят поворот объекта на постоянный, точно воспроизводимый угол, фокусируют телекамеру с помощью системы автофокусировки, затем по величине дефокусировки вычисляют текущий радиус объекта и определяемую им ширину фрагмента, обеспечивающую последующий синтез изображения развертки без пропусков и переналожений. Определяют угол отклонения поверхности фрагмента от нормали к оптической оси телекамеры, поворачивают на этот угол ПЗС-матрицу телекамеры вокруг оси, параллельной оси вращения объекта и лежащей в плоскости матрицы, и производят съемку и запись фрагмента, включая поочередно правый и левый осветители. При этом требуемую ширину записываемого фрагмента поверхности обеспечивают изменением числа считываемых столбцов элементов ПЗС-матрицы, а угол отклонения поверхности фрагмента от нормали к оптической оси объектива определяют по развороту светового штриха на объекте, формируемого излучателем системы автофокуса, путем компьютерного анализа его изображения на ПЗС-матрице. Устройство, реализующее способ, содержит осветители, объектодержатель, механизмы продольного сканирования, поворота объекта и фокусировочной подвижки, систему автофокусировки, телевизионную камеру с ПЗС-матрицей, АЦП и ЭВМ. При этом привод фокусировочной подвижки снабжен датчиком позиционирования в исходное положение, ПЗС-матрица установлена с возможностью поворота вокруг оси, лежащей в ее плоскости и параллельной оси исследуемого объекта, и снабжена приводом для вращения с шаговым электродвигателем, а осветитель объекта выполнен в виде пары попеременно включающихся площадных малоинерционных широкоапертурных источников рассеянного света, например светодиодных матриц. Объектодержатель выполнен в виде съемного узла, представляющего собой установленные соосно в общем корпусе, снабженном направляющими, поворотный столик с зубчатой полумуфтой и подпружиненный прижим со свободно вращающейся центрировочной зубчатой коронкой, причем на установочной поверхности столика нанесено рифление, а в полумуфте предусмотрено центрирующее отверстие для сопряжения с осью привода вращения объекта.There is a method of obtaining a scan image of the surface of bullets and shells of rifled small arms and a device for obtaining a scan image of cylindrical bodies (RU 2130628, G02B 21/36, 1997.08.06). The method involves obtaining a surface image of the bullets and shells of rifled small arms, including deformed ones, with high resolution, minimal distortion and the ability to record in digital form. Using a CCD camera, using an autofocus system that projects a light bar onto an object, individual rectangular fragments of the surface are taken sequentially, the resulting images are digitized and recorded in a computer memory with the possibility of subsequent full-scan synthesis. The object under study is positioned in its original position, before shooting each frame, the object is rotated at a constant, precisely reproduced angle, the camera is focused using the autofocus system, then the current radius of the object and the fragment width determined by it are calculated using the defocusing function, which ensures subsequent synthesis of the scan image without gaps and relocation. The angle of the fragment surface deviation from the normal to the optical axis of the camera is determined, the CCD matrix of the camera is rotated around this axis around an axis parallel to the axis of rotation of the object and lying in the plane of the matrix, and the fragment is recorded and recorded, including alternately the right and left illuminators. In this case, the required width of the recorded surface fragment is provided by changing the number of readable columns of the elements of the CCD matrix, and the angle of deviation of the fragment surface from the normal to the optical axis of the lens is determined by the rotation of the light bar on the object formed by the emitter of the autofocus system, by computer analysis of its image on the CCD matrix . A device that implements the method includes illuminators, an object holder, mechanisms for longitudinal scanning, object rotation and focusing movement, an autofocus system, a television camera with a CCD matrix, ADC and computer. In this case, the drive of the focusing slide is equipped with a positioning sensor in its initial position, the CCD is mounted rotatably around an axis lying in its plane and parallel to the axis of the object under study, and is equipped with a drive for rotation with a stepper motor, and the illuminator of the object is made in the form of a pair of alternately switched on areal low-inertia wide-aperture scattered light sources, for example, LED arrays. The object holder is made in the form of a removable assembly, which is mounted coaxially in a common housing equipped with guides, a rotary table with a gear half-coupling and a spring-loaded clamp with a freely rotating centering gear crown, and on the mounting surface of the table there is a groove, and a half-hole is provided with a centering hole for interfacing with the axis of the drive rotation of the object.
Дальнейшее усовершенствование известных решений описано в способе получения изображения развертки поверхности деформированных цилиндрических объектов (RU 2155378, G06K 9/60, 1999.01.26).Further improvement of the known solutions is described in the method for obtaining a surface scan image of deformed cylindrical objects (RU 2155378, G06K 9/60, 1999.01.26).
Способ заключается в том, что телекамерой с ПЗС-матрицей, используя проектирующую оптическую систему, систему автофокусировки, проецирующую световой штрих на объект, и систему позиционирования объекта в исходное положение, и осветители, снимают последовательно отдельные кадры поверхности, поворачивая объект на постоянный точно воспроизводимый угол, оцифровывают получаемые изображения и записывают в памяти ЭВМ с последующим синтезом полной развертки, при этом перед записью каждого кадра поверхности исследуемого объекта, соответствующего одному угловому шагу, после предварительного фокусирования объекта производят компьютерный анализ изображения на объекте светового штриха, выделяют границы фрагментов записи поверхности объекта, отстоящих от плоскости наилучшей фокусировки на расстояния, кратные величине глубины резкости проектирующей оптической системы, затем последовательно производят запись фрагментов, каждый раз перемещая объект вдоль оптической оси на величину, равную глубине резкости, корректируют разворот поверхности объекта, анализируя изображение светового штриха внутри каждого фрагмента, и синтезируют из фрагментов запись полного кадра, а для синтеза полной развертки определяют положение границы кадра, являющейся общей с последующим кадром записи, а по ней определяют ширину смежных полукадров текущего и последующего кадра. При этом при синтезе изображения полного кадра границы фрагментов определяют по столбцам ПЗС-матрицы, проходящим через точки пересечения кривой светового штриха и строки ПЗС-матрицы, соответствующие проекциям на ПЗС-матрицу линий пересечения светового штриха и плоскостей, перпендикулярных оптической оси проектирующей системы, и расположенных симметрично относительно плоскости наилучшей фокусировки, и находящихся друг от друга на расстоянии, равном глубине резкости, а для последующего синтеза полной развертки границу кадра определяют, например, измеряя радиус вращения точки объекта, расположенной на оптической оси, после поворота объекта на угол, равный половине углового шага.The method consists in the fact that a camera with a CCD matrix, using a projecting optical system, an autofocus system that projects a light bar onto an object, and an object positioning system in its original position, and illuminators, shoot individual surface frames sequentially by rotating the object at a constant, accurately reproduced angle digitize the resulting image and record it in the computer memory with subsequent synthesis of a full scan, while before recording each frame of the surface of the object under study, corresponding At a single angular step, after preliminary focusing of the object, a computer analysis of the image on the light stroke object is performed, the boundaries of the recording fragments of the surface of the object separated from the plane of the best focusing by distances that are multiples of the depth of field of the projecting optical system are selected, then the fragments are recorded sequentially, each time moving object along the optical axis by an amount equal to the depth of field, adjust the turn of the surface of the object, analyzing the image with a line stroke inside each fragment, and a full-frame record is synthesized from the fragments, and for the full-scan synthesis, the position of the frame border, which is common with the subsequent recording frame, is determined, and the width of adjacent half-frames of the current and subsequent frame is determined from it. In this case, when synthesizing an image of a full frame, the fragment boundaries are determined by the columns of the CCD matrix passing through the intersection points of the light bar curve and the rows of the CCD matrix corresponding to the projections on the CCD matrix of the lines of intersection of the light bar and planes perpendicular to the optical axis of the projecting system and located symmetrically relative to the plane of best focus, and located at a distance equal to depth of field from each other, and for the subsequent synthesis of a full scan, the frame boundary is determined t, for example, by measuring the radius of rotation of the object point on the optical axis of the object after rotation through an angle equal to half the angular pitch.
Известное решение принято в качестве прототипа изобретения.The known decision is made as a prototype of the invention.
К недостаткам известного способа и устройства можно отнести следующие:The disadvantages of the known method and device include the following:
- длительность времени фокусировки оптической системы на выбранном для сканирования элементе поверхности цилиндрического или плоского объекта,- the duration of the focusing time of the optical system on the selected for scanning surface element of a cylindrical or flat object,
- наличие погрешностей позиционирования оптической оси видеокамеры на объекте.- the presence of errors in the positioning of the optical axis of the video camera on the object.
Вышеперечисленные недостатки приводят к уменьшению контрастности и четкости изображения (качество изображения) развертки поверхности деформированных цилиндрических объектов. Кроме того, снижается производительность работы баллистического идентификационного комплекса при сканировании больших массивов стреляных пуль и гильз.The above disadvantages lead to a decrease in contrast and image clarity (image quality) of the surface scan of deformed cylindrical objects. In addition, the performance of the ballistic identification complex decreases when scanning large arrays of fired bullets and cartridges.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Таким образом, задачи, на решение которых направлены изобретения, заключаются в повышение точности и уменьшении времени автоматической фокусировки оптической системы на выбранном для сканирования элементе поверхности цилиндрического или плоского объекта (стреляных пуль и гильз).Thus, the tasks to which the invention is directed are to increase the accuracy and reduce the time of automatic focusing of the optical system on the selected surface element of a cylindrical or flat object (fired bullets and cartridges).
Поставленные задачи решены следующим образом. Способ сканирования изображений микрорельефа боковых поверхностей стреляных пуль и гильз включает сканирование посредством видеокамеры с ПЗС-матрицей отдельных прямоугольных фрагментов боковой поверхности объекта, дальнейшую обработку полученной информации и последующий синтез полной развертки, при этом фокусировку объектива видеокамеры с ПЗС-матрицей на выбранном для сканирования элементе поверхности объекта производят ее поступательным перемещением вдоль оптической оси объектива, а на боковой поверхности объекта одновременно формируют два световых штриха, которые на ПЗС-матрице изображены в виде двух отрезков изогнутой формы, расположенных по разные стороны от линии наилучшей фокусировки, причем вершины упомянутых отрезков отстоят от упомянутой линии на величины А и В, затем по значениям величин А и В определяют величину расфокусировки Х по формулеThe tasks are solved as follows. A method for scanning microrelief images of the side surfaces of fired bullets and shells involves scanning through a camera with a CCD matrix of individual rectangular fragments of the side surface of the object, further processing the received information and subsequent synthesis of the full scan, while focusing the lens of the camera with a CCD matrix on the selected surface element object produce its translational movement along the optical axis of the lens, and on the side surface of the object simultaneously two light strokes are formed, which are depicted on the CCD as two segments of curved shape located on opposite sides of the line of best focus, with the vertices of the said segments spaced from the said line by A and B, then the values of A and B determine the value defocus X according to the formula
X=A·[1+(B-A)/(B+A)]/tg(α),X = A · [1+ (B-A) / (B + A)] / tg (α),
где α - угол наклона щелевых осветителей к оптической оси объектива видеокамеры,where α is the angle of inclination of the slit illuminators to the optical axis of the lens of the camera,
определяют β - угол наклона деформированного элемента сканируемой поверхности, по формулеdetermine β - the angle of the deformed element of the scanned surface, according to the formula
β=arctg[(B+A)/(B-A)·tg(α)]β = arctg [(B + A) / (B-A) · tg (α)]
после чего определяют величину расфокусировки и единожды производят корректировку положения каретки фокусировки до совпадения вершин упомянутых отрезков, далее повторяют процесс фокусировки для других положений боковой поверхности объекта.after which the amount of defocusing is determined and once the position of the focusing carriage is adjusted until the vertices of the said segments coincide, then the focusing process is repeated for other positions of the side surface of the object.
Устройство сканирования изображений микрорельефа боковых поверхностей стреляных пуль и гильз автоматизированного баллистического идентификационного комплекса, содержащее осветители, объектодержатель, механизмы продольного сканирования, поворота объекта и фокусировочного узла, систему фокусировки, видеокамеру с ПЗС-матрицей, АЦП и ЭВМ, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительным щелевым осветителем, который расположен оппозитно основному щелевому осветителю относительно оптической оси объектива видеокамеры, при этом видеокамера с ПЗС-матрицей и закрепленными на ней осветителем, основным и дополнительным щелевыми осветителями, установлена с возможностью продольного перемещения вдоль оптической оси объектива видеокамеры.A device for scanning microrelief images of the side surfaces of fired bullets and shells of an automated ballistic identification complex, containing illuminators, an object holder, mechanisms for longitudinal scanning, rotation of an object and a focusing unit, a focusing system, a video camera with a CCD, ADC and computer, characterized in that it is equipped with an additional slot illuminator, which is located opposite to the main slot illuminator relative to the optical axis of the lens of the camera, while the video Amer with a CCD matrix and a fixture fixed to it, a primary and secondary slot illuminators, is installed with the possibility of longitudinal movement along the optical axis of the camera lens.
Предлагаемые изобретения поясняются чертежами.The proposed invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 изображен общий вид устройства; на фиг.2 - оптическая схема расположения элементов конструкции; на фиг.3а - схема расфокусировки изображения на величину X, 3б - расположение световых штрихов на ПЗС-матрице при расфокусированном положении объекта; на фиг.4 - расположение световых штрихов на ПЗС-матрице при сфокусированном положении объекта; на фиг.5 показаны две деформированные поверхности, расположенные под углами β1 и β2.Figure 1 shows a General view of the device; figure 2 is an optical arrangement of structural elements; on figa - scheme of defocusing the image by the value of X, 3b - the location of the light strokes on the CCD matrix with the defocused position of the object; figure 4 - the location of the light strokes on the CCD matrix with the focused position of the object; figure 5 shows two deformed surfaces located at angles β 1 and β 2 .
Предлагаемое устройство входит в состав автоматизированного баллистического идентификационного комплекса.The proposed device is part of an automated ballistic identification complex.
Оно состоит из следующих основных узлов и элементов:It consists of the following main nodes and elements:
- объектодержателя 1, соединенного с двигателем вращения объекта 2 через муфту 3;- object holder 1 connected to the rotation motor of the object 2 through the coupling 3;
- видеокамеры 4 с ПЗС матрицей 5, с закрепленными на ней осветителем 6, основным щелевым осветителем 7 и дополнительным щелевым осветителем 8, который расположен оппозитно основному щелевому осветителю относительно оптической оси объектива видеокамеры;-
- каретки фокусировки 9, которая через винтовую пару 10 и муфту 11 соединена с двигателем фокусировки 12;- focusing carriage 9, which is connected through a screw pair 10 and a clutch 11 to the focusing motor 12;
- каретки сканирования 13 с датчиком позиционирования 14, которая через винтовую пару 15 и муфту 16 соединена с двигателя сканирования 17.- scan carriage 13 with a positioning sensor 14, which through a screw pair 15 and a clutch 16 is connected to the scan engine 17.
На каретке фокусировки 9 расположен датчик грубого позиционирования 18, а на валу двигателя фокусировки - датчик точного позиционирования каретки 19.A rough positioning sensor 18 is located on the focusing carriage 9, and an accurate positioning sensor of the carriage 19 is located on the shaft of the focusing engine.
Оптическая система устройства отъюстирована так, чтобы оси основного и дополнительного щелевого осветителей пересекались на оптической оси объектива видеокамеры в фокальной плоскости объектива (в области пространства предметов) (фиг.2).The optical system of the device is aligned so that the axis of the primary and secondary slit illuminators intersect on the optical axis of the lens of the camera in the focal plane of the lens (in the area of the space of objects) (figure 2).
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Исследуемый объект устанавливают на объектодержатель 1. Далее с помощью шагового двигателя 12, который вращает винтовую пару 10 через муфту 11, каретку фокусировки 9 перемещают в исходное состояние, что автоматически контролируется по датчикам грубого 18 и точного 19 позиционирования.The object under study is installed on the object holder 1. Next, using a stepper motor 12, which rotates the screw pair 10 through the clutch 11, the focusing carriage 9 is moved to its original state, which is automatically controlled by coarse 18 and accurate 19 positioning sensors.
С помощью шагового двигателя 2 объект разворачивают на требуемый угол. Затем шаговым двигателем 17, который вращает винтовую пару 15 через муфту 16, каретку сканирования 13 перемещают в заданное положение и контролируют с помощью датчика 14. Включают видеокамеру 4 и производят фокусировку ее объектива на выбранном для сканирования элементе поверхности объекта в следующей последовательности:Using a stepper motor 2, the object is rotated to the desired angle. Then, with a stepper motor 17, which rotates the screw pair 15 through the clutch 16, the scan carriage 13 is moved to a predetermined position and monitored by the sensor 14. The
- включают основной 7 и дополнительный 8 щелевые осветители, лучи которых формируют на объекте световые штрихи, которые на ПЗС-матрице 5 изображаются в виде двух изогнутых отрезков (фиг.3б);- include the main 7 and additional 8 slit illuminators, the rays of which form light strokes on the object, which are depicted in the form of two curved segments on the CCD matrix 5 (Fig.3b);
- в случае расфокусировки на величину Х (фиг.3а) изогнутые отрезки отстоят от линии наилучшей фокусировки на величины А и В, значения которых автоматически определяют при обработки цифрового изображения данных штрихов с помощью программного обеспечения;- in the case of defocusing by the value of X (figa), the curved segments are separated from the line of best focus by the values of A and B, the values of which are automatically determined when processing a digital image of the data of the strokes using software;
- по значениям величин А и В определяют величину расфокусировки Х по формуле- the values of the quantities A and B determine the amount of defocus X by the formula
где α - угол наклона щелевых осветителей к оптической оси объектива видеокамеры (задаются и выдерживаются конструктивно), угол наклона деформированного элемента сканируемой поверхности β определяется по формулеwhere α is the angle of inclination of the slit illuminators to the optical axis of the lens of the video camera (set and maintained structurally), the angle of inclination of the deformed element of the scanned surface β is determined by the formula
- по значению величины расфокусировки X, рассчитанному по формуле (1), вырабатывают соответствующий сигнал управления, по которому шаговый двигатель фокусировки 12, вращая винтовую пару 10 через муфту 11, один раз (без дополнительных подвижек как в протопите) перемещает каретку фокусировки 9 на заданную величину X;- according to the value of the defocusing value X calculated by the formula (1), a corresponding control signal is generated, according to which the stepping focusing motor 12, rotating the screw pair 10 through the clutch 11, once (without additional movements as in the prototype) moves the focusing carriage 9 to the preset value of X;
- после фокусировки анализируют положение изображений изогнутых отрезков на ПЗС-матрице, положение которых при сфокусированном положении объекта показаны на фиг.4.- after focusing, analyze the position of the images of the curved segments on the CCD matrix, the position of which with the focused position of the object is shown in figure 4.
Затем производят видеосъемку (фотографирование) сфокусированного элемента поверхности объекта в следующей последовательности: выключают щелевые осветители 7 и 8, включают осветители 6, видеокамерой 4 производят съемку сфокусированного элемента поверхности, изображение которого с ПЗС-матрицы 5 передают в компьютер для дальнейшей обработки и анализа.Then, video recording (photographing) of the focused element of the surface of the object is carried out in the following sequence: the slotted
Далее повторяют процесс фокусировки для других положения поверхности объекта.Next, the focusing process is repeated for other positions of the surface of the object.
К преимуществам изобретений, которые позволили решить поставленные задачи, можно отнести следующие:The advantages of the inventions that made it possible to solve the set tasks include the following:
1. Двигатель фокусировки 12 перемещает по направляющим типа «ласточкин хвост» видеокамеру, а не объектодержатель, как в прототипе, что уменьшает (на 10-15% по сравнению с аналогами и прототипом) погрешности позиционирования оптической оси видеокамеры на объекте.1. The focusing engine 12 moves along the guides of the “dovetail” type, rather than the object holder, as in the prototype, which reduces (by 10-15% in comparison with analogs and prototype) positioning errors of the optical axis of the camera on the object.
2. Введен дополнительный щелевой осветитель 8, применение которого совместно с основным осветителем 7 позволяет повысить точность (на 5-25%) и уменьшить время фокусировки (на 35-80%) объектива видеокамеры на выбранном для сканирования участке поверхности объекта, что в свою очередь повышает контрастность и четкость изображения (качество изображения) на ПЗС-матрице 5 видеокамеры.2. An additional slit illuminator 8 was introduced, the use of which together with the
Поясним это на примере. При автофокусировке, принятой в прототипе, используется один щелевой осветитель, который формирует на поверхности объекта один световой штрих. Величина расфокусировки X1 определяется углом наклона оси щелевого осветителя к оптической оси объектива видеокамеры α и величиной А (максимальное расстояние штриха относительно линии наилучшей фокусировки) и рассчитывается по формулеLet us illustrate this with an example. When autofocus, adopted in the prototype, uses one slit illuminator, which forms one light stroke on the surface of the object. The amount of defocusing X 1 is determined by the angle of inclination of the axis of the slit illuminator to the optical axis of the camera lens α and the value A (maximum stroke distance relative to the line of best focusing) and is calculated by the formula
Видно, что данная формула дает правильный результат для величины X1, если поверхность практически не деформирована, то есть когда угол разворота элемента поверхности к оптической оси объектива видеокамеры β близок к 90° (фиг.5). Если угол β меньше 90°, то величина А не определяет однозначно величину расфокусировки X1. На фиг.5 для примера показаны две деформированные поверхности (расположенные под углами β1 и β2 соответственно), которые при одинаковой величине расфокусировки X1 имеют разные расстояния штриха от оптической оси объектива: A1 и A2 соответственно. Очевидно, что при наличии одного щелевого осветителя принципиально невозможно по значению А точно определить величину X1, пользуясь формулой (3).It can be seen that this formula gives the correct result for the value of X 1 if the surface is practically not deformed, that is, when the angle of rotation of the surface element to the optical axis of the camera lens β is close to 90 ° (Fig. 5). If the angle β is less than 90 °, then the value of A does not uniquely determine the amount of defocusing X 1 . Figure 5 shows, by way of example, two deformed surfaces (located at angles β 1 and β 2, respectively), which, for the same defocus value X 1, have different stroke distances from the optical axis of the lens: A 1 and A 2, respectively. Obviously, in the presence of a single slot illuminator, it is fundamentally impossible to precisely determine the value of X 1 from the value of A using the formula (3).
Ошибку Δ способа прототипа в определении величины расфокусировки по сравнению с предлагаемым в данном патенте можно оценить (в %) какThe error Δ of the prototype method in determining the amount of defocus compared to that proposed in this patent can be estimated (in%) as
где X вычисляется по формуле (1), а X1 - по формуле (3).where X is calculated by formula (1), and X 1 is calculated by formula (3).
Результаты расчета ошибки Δ зависимости от соотношений величин А и В и угла β сведены в таблицу.The results of calculating the error Δ depending on the ratio of the values of A and B and angle β are summarized in the table.
Видно, что ошибка при уменьшении угла наклона элемента поверхности β увеличивается. Для точной фокусировки по способу прототипа необходимо провести ряд приближений, каждый раз включая щелевой осветитель и определяя величину А, что значительно увеличивает время фокусировки. Предлагаемые изобретения определяют точно величину расфокусировки за одну итерацию независимо от степени деформации сканируемой поверхности (независимо от угла β).It can be seen that the error increases with a decrease in the angle of inclination of the surface element β. For accurate focusing by the prototype method, it is necessary to carry out a number of approximations, each time turning on the slit illuminator and determining the value of A, which significantly increases the focusing time. The present invention determines exactly the amount of defocusing in one iteration, regardless of the degree of deformation of the scanned surface (regardless of angle β).
3. Позволяет вычислить по формуле (2) угол наклона β элемента деформированной поверхности сканируемого объекта, что дает дополнительную информацию для построения трехмерной модели его поверхности. Способ и устройство прототипа не позволяет этого сделать в принципе.3. Allows you to calculate by the formula (2) the angle of inclination β of the element of the deformed surface of the scanned object, which provides additional information for constructing a three-dimensional model of its surface. The method and device of the prototype does not allow this in principle.
Claims (2)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133566/09A RU2315353C1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex |
| PCT/RU2007/000493 WO2008048143A1 (en) | 2006-09-19 | 2007-09-14 | Method and device for scanning microrelief images of bullets and cartridges |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006133566/09A RU2315353C1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2315353C1 true RU2315353C1 (en) | 2008-01-20 |
Family
ID=39108792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006133566/09A RU2315353C1 (en) | 2006-09-19 | 2006-09-19 | Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2315353C1 (en) |
| WO (1) | WO2008048143A1 (en) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5390108A (en) * | 1991-05-24 | 1995-02-14 | Forensic Technology Wai Inc. | Computer automated bullet analysis apparatus |
| RU2155378C1 (en) * | 1999-01-26 | 2000-08-27 | Дереновский Михаил Ефимович | Method for production of scanning image of surface of strained cylindrical objects |
| RU2221219C2 (en) * | 2001-08-29 | 2004-01-10 | Общество с ограниченной ответственностью "СОНДА" | Method for identification of rifled firearm according to traces on bullets |
-
2006
- 2006-09-19 RU RU2006133566/09A patent/RU2315353C1/en not_active IP Right Cessation
-
2007
- 2007-09-14 WO PCT/RU2007/000493 patent/WO2008048143A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2008048143A1 (en) | 2008-04-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109859272B (en) | Automatic focusing binocular camera calibration method and device | |
| EP3098638A1 (en) | Adaptive autofocusing system | |
| CN109297680B (en) | Method and device for detecting optical axis deviation error value | |
| CN1127557A (en) | 3D printer with direct key-subject alignment | |
| CN111080705B (en) | Calibration method and device for automatic focusing binocular camera | |
| US11490068B2 (en) | Adaptive 3D-scanner with variable measuring range | |
| US20120300065A1 (en) | Optical device for measuring and identifying cylindrical surfaces by deflectometry applied to ballistic identification | |
| CN107063644B (en) | Finite object distance distortion measuring method and system | |
| RU2315353C1 (en) | Method for scanning images of micro-relief of side surfaces of fired bullets and shells and device for scanning images of fired bullets and shells of automated ballistic identification complex | |
| RU2018137090A (en) | METHOD FOR AUTOMATIC REVOLUTION OF ZERO LINES OF AIMING OF OPTICAL-ELECTRON CHANNELS OF ARCHITECTURES OF ARMORED WEAPONS | |
| US9253472B2 (en) | Method and apparatus for macro photographic stereo imaging | |
| US5633717A (en) | Method for monitoring and adjusting the position of an object under optical observation for imaging | |
| RU2130628C1 (en) | Method for scanning surface of bullets and shells of rifle guns, device for scanning cylindrical bodies | |
| JP2688925B2 (en) | 3D image display device | |
| Zographos et al. | Ballistics identification using line-scan imaging techniques | |
| RU2317583C1 (en) | Method for producing a broach image of side surface of a deformed object having shape close to cylindrical | |
| US11525994B2 (en) | Adapter, microscope adjustment method, microscope system, and storage medium | |
| RU2120104C1 (en) | Gear for identification of projectiles of firearms | |
| RU2212651C1 (en) | Device for producing surface sweep image of objects close to cylinder or to plane | |
| RU2155378C1 (en) | Method for production of scanning image of surface of strained cylindrical objects | |
| RU2221219C2 (en) | Method for identification of rifled firearm according to traces on bullets | |
| CN115031580B (en) | High-precision gun correction method, processing device and high-precision gun correction system | |
| US4897539A (en) | Process for photogrammetric determination of a static object with the use of at least one optoelectrical surface sensor | |
| WO1999028698A9 (en) | Standard image capture microscope for forensic identification of firearm ammunition | |
| RU63556U1 (en) | LIGHTING DEVICE FOR RECEIVING A CYLINDER BODY IMAGE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100920 |