RU2469265C1 - Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects - Google Patents
Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469265C1 RU2469265C1 RU2011125261/28A RU2011125261A RU2469265C1 RU 2469265 C1 RU2469265 C1 RU 2469265C1 RU 2011125261/28 A RU2011125261/28 A RU 2011125261/28A RU 2011125261 A RU2011125261 A RU 2011125261A RU 2469265 C1 RU2469265 C1 RU 2469265C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- radiation
- thermal
- linear dimensions
- objects
- image
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного измерения размеров и визуализации профиля сплошной поверхности трехмерных объектов.A device for non-contact measurement of the linear dimensions of three-dimensional objects relates to measuring technique and can be used for remote measurement of dimensions and visualization of the profile of a solid surface of three-dimensional objects.
Известно устройство для бесконтактного измерения линейных размеров объектов объемной формы (патент на изобретение RU №2316727 C1). Устройство для бесконтактного контроля и распознания трехмерных объектов методом структурированной подсветки содержит источник структурированной подсветки, формирующей изображение структурированной подсветки в виде множества полос на поверхности объекта контроля, который может быть выполнен, например, в виде источника света и транспаранта, содержащего изображение параллельных полос (но полосы могут быть, например, в виде концентричных колец), блок регистрации изображения полос, искаженных рельефом поверхности объекта, который может быть выполнен в виде телевизионной камеры, регистрирующей изображения поверхности контролируемого объекта и структурированной подсветки на нем, N-канальный цифровой электронный блок обработки изображения полос, искаженных рельефом, содержащий модуляторы, генераторы опорных сигналов, запоминающие устройства, электронные цифровые блоки интерполяции и блок определения координат рельефа поверхности контролируемого объекта.A device for non-contact measurement of the linear dimensions of objects of volumetric shape (patent for invention RU No. 2316727 C1) is known. A device for contactless control and recognition of three-dimensional objects by the method of structured illumination contains a structured illumination source that forms an image of structured illumination in the form of many stripes on the surface of the control object, which can be performed, for example, in the form of a light source and a banner containing an image of parallel stripes (but stripes can be, for example, in the form of concentric rings), an image registration unit for bands distorted by the surface relief of an object, which can t be made in the form of a television camera that records images of the surface of the controlled object and structured illumination on it, an N-channel digital electronic unit for processing the image of bands distorted by the relief, containing modulators, reference signal generators, storage devices, electronic digital interpolation units and a coordinate determination unit the surface topography of the controlled object.
Недостатками данного устройства являются высокая погрешность контроля и ограниченные функциональные возможности. Высокая погрешность измерения обусловлена тем, что при направлении на поверхность контролируемого объекта структурированной подсветки в виде множества параллельных полос возникает изображение полос, в котором искажения, вызванные глубокими впадинами, высокими выпуклостями и, тем более, сквозными отверстиями, невозможно идентифицировать из-за разрывов в изображении линий. Поскольку высота профиля определяется по величине искажений линий, отсутствие в изображении собственно линий из-за наличия отверстий не позволяет распознать отверстия на контролируемой поверхности.The disadvantages of this device are the high control error and limited functionality. The high measurement error is due to the fact that when the structured illumination is directed to the surface of the controlled object in the form of many parallel stripes, an image of the bands appears in which distortions caused by deep depressions, high bulges and, especially, through holes, cannot be identified due to gaps in the image lines. Since the height of the profile is determined by the magnitude of the distortion of the lines, the absence of lines in the image due to the presence of holes does not allow to recognize holes on the controlled surface.
Известно устройство для контроля объектов сложной формы (патент на изобретение RU №2099759 C1). Устройство содержит первую и вторую оптоэлектронные головки, установленные по разные стороны от контролируемого объекта и состоящие каждая из источника излучения, двух объективов и многоэлементного фотоприемника, блок разверток, первый и второй выходы которого соединены соответственно с первыми и вторыми входами многоэлементных фотоприемников первой и второй оптоэлектронных головок.A device for monitoring objects of complex shape (patent for the invention RU No. 2099759 C1) is known. The device contains the first and second optoelectronic heads mounted on opposite sides of the controlled object and each consisting of a radiation source, two lenses and a multi-element photodetector, a scan unit, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the multi-element photodetectors of the first and second optoelectronic heads .
Недостатками этого устройства являются: 1) относительно низкое быстродействие устройства, что связано с тем, что формирование кодов X1 и Х2 на выходе осуществляется последовательно во времени - сначала формируется X1, затем Х2. 2) относительно узкие функциональные возможности, связанные с тем, что на выходе устройства отсутствует информация о толщине контролируемого объекта.The disadvantages of this device are: 1) the relatively low speed of the device, which is due to the fact that the formation of codes X1 and X2 at the output is carried out sequentially in time - first X1 is formed, then X2. 2) relatively narrow functionality associated with the fact that at the output of the device there is no information about the thickness of the controlled object.
Наиболее близким изобретением по наибольшему количеству сходных признаков, технической сущности, схемному решению и достигаемому при использовании техническому результату является устройство, выбранное в качестве прототипа (патент на изобретение RU №2099759 C1). Устройство для тепловизионного распознавания формы объекта содержит объектив, сканирующее устройство, приемник теплового излучения, усилитель, видеоконтрольное устройство, устройство синхронизации, запоминающее устройство и блок обработки информации, в устройство введен вращающийся ИК линейный поляризатор, который устанавливается перпендикулярно оптической оси устройства в любом месте по ходу теплового излучения от объекта до приемника этого излучения.The closest invention to the greatest number of similar features, technical nature, circuit design and achieved by using the technical result is a device selected as a prototype (patent for invention RU No. 2099759 C1). A device for thermal imaging of object shape recognition contains a lens, a scanning device, a thermal radiation receiver, an amplifier, a video monitoring device, a synchronization device, a storage device and an information processing unit, a rotating IR linear polarizer introduced into the device, which is mounted perpendicular to the optical axis of the device anywhere along the way thermal radiation from the object to the receiver of this radiation.
В устройстве распознавания формы объекта (патент на изобретение RU №2099759) предлагается формировать два поляризационных тепловизионных изображения с линейными азимутами 0° и 45° с последующей обработкой полученных сигналов по предложенному алгоритму. Тепловое излучение от объекта и окружающего его фона проходит ИК-поляризационную насадку, азимут поляризации которой установлен и зафиксирован при угле 0°, и объектив. С помощью сканирующего устройства излучение от элементов поверхности объекта направляется на приемник излучения, который формирует выходной сигнал U1(N, K). Далее этот сигнал усиливается в усилителе и подается на видеоконтрольное устройство, на экране которого формируется визуализированное поляризационное тепловизионное изображение объекта с азимутом поляризации 0°. Для синхронизации оптико-механического сканирования поверхности объекта с электронным сканированием элементов изображения в схеме имеется блок синхронизации. В запоминающем устройстве сигналы U1(N, K) запоминаются. После этого азимут поляризационной насадки устанавливается и фиксируется при угле 45°. При этом угле азимута поляризации насадки аналогично получаются, оцифровываются и запоминаются сигналы U2(N, K) для всех N×K элементов кадра. В результате формируются два поляризационных тепловизионных изображения, которые накоплены в запоминающем устройстве и обрабатываются в блоке обработки информации.In the device for recognizing the shape of an object (patent RU No. 2099759), it is proposed to form two polarized thermal imaging images with linear azimuths of 0 ° and 45 ° with subsequent processing of the received signals according to the proposed algorithm. Thermal radiation from the object and the background surrounding it passes through an IR polarizing nozzle, the polarization azimuth of which is set and fixed at an angle of 0 °, and the lens. Using a scanning device, radiation from surface elements of the object is directed to a radiation receiver, which generates an output signal U 1 (N, K). Further, this signal is amplified in an amplifier and fed to a video monitoring device, on the screen of which a visualized polarized thermal imaging image of an object with a polarization azimuth of 0 ° is formed. To synchronize the optical-mechanical scanning of the surface of the object with electronic scanning of image elements, the circuit has a synchronization block. In the storage device, the signals U 1 (N, K) are stored. After that, the azimuth of the polarizing nozzle is set and fixed at an angle of 45 °. At this angle of azimuth of the polarization of the nozzle, the U 2 (N, K) signals for all N × K frame elements are similarly obtained, digitized, and stored. As a result, two polarized thermal imaging images are formed, which are stored in the storage device and processed in the information processing unit.
Недостатком данного устройства является то, что для измерения линейных размеров объемных объектов необходимо запомнить и сохранить два тепловизионных изображения и на их основе восстанавливать трехмерное изображение исследуемого объекта, что замедляет процесс измерений и не позволяет проводить их в реальном масштабе времени.The disadvantage of this device is that to measure the linear dimensions of three-dimensional objects, it is necessary to remember and save two thermal imaging images and based on them to restore a three-dimensional image of the investigated object, which slows down the measurement process and does not allow them to be carried out in real time.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание устройства для дистанционного измерения параметров объекта по его собственному тепловому оптическому излучению на основе регистрации и обработки одного тепловизионного изображения.The problem to which the invention is directed, is to provide a device for remote measurement of the parameters of an object by its own thermal optical radiation based on the registration and processing of a single thermal image.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в трехмерной визуализации объекта в реальном масштабе времени, расширении информативности тепловизионного канала тепловизоров.The technical result achieved in solving the problem lies in three-dimensional visualization of the object in real time, expanding the information content of the thermal imaging channel of thermal imagers.
Поставленная задача достигается устройством для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов, состоящим из оптической системы, матричного приемника излучения, блока усиления, блока обработки информации, согласно изобретению введением в него комбинированного инфракрасного поляризационного фильтра перпендикулярно оптической оси устройства перед матричным приемником излучения.The task is achieved by a device for non-contact measurement of the linear dimensions of three-dimensional objects, consisting of an optical system, a matrix radiation receiver, an amplification unit, an information processing unit, according to the invention by introducing a combined infrared polarizing filter into it perpendicular to the optical axis of the device in front of the matrix radiation receiver.
На фигуре 1 изображена схема устройства для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов.The figure 1 shows a diagram of a device for non-contact measurement of the linear dimensions of three-dimensional objects.
Устройство содержит комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр 1, за которым расположен объектив 2, после которого находится матричный приемник излучения (МПИ) 3, сигнал, формируемый которым поступает в расположенный за ним блок усиления 4, блок обработки информации 5 и устройство вывода информации 6.The device contains a combined infrared polarizing filter 1, behind which there is a lens 2, after which there is a matrix radiation receiver (MPI) 3, the signal generated by which is fed to the amplification unit 4 located behind it, the information processing unit 5 and the information output device 6.
В качестве комбинированного поляризационного фильтра используется последовательно расположенные ахроматическая пластинка λ/4 с углом ориентации быстрой оси Θ=45° и линейный инфракрасный поляризатор с азимутом α=0°. Матрицы пропускания пластинки λ/4 и линейного поляризатора имеют вид:A sequentially arranged achromatic plate λ / 4 with an orientation angle of the fast axis Θ = 45 ° and a linear infrared polarizer with an azimuth of α = 0 ° are used as a combined polarizing filter. The transmission matrices of the λ / 4 plate and the linear polarizer have the form:
где τλ/4, τn - энергетический коэффициент пропускания пластинки λ/4 и поляризатора.where τ λ / 4 , τ n is the energy transmittance of the λ / 4 plate and the polarizer.
Работа устройства заключается в следующем: тепловое излучение исследуемого объекта проходит комбинированный инфракрасный поляризационный фильтр 1 и фокусируется объективом 2 на матричный приемник излучения 3, сигнал от МПИ поступает на вход блока усиления 4, из которого поступает в блок обработки информации 5, производится обработка и вычисление декартовых координат, две из трех декартовых координат определяются размерами теплового изображения, а вычисление третьей координаты осуществляется за счет функциональной зависимости степени поляризации теплового излучения каждого из элементов изображений от угла ориентации излучающей площадки относительно направления ее наблюдения и передается на устройство вывода информации 6.The operation of the device is as follows: the thermal radiation of the studied object passes through a combined infrared polarization filter 1 and is focused by the lens 2 on the radiation matrix receiver 3, the signal from the MPI is fed to the input of the amplification unit 4, from which it is fed to the information processing unit 5, the Cartesian data are processed and calculated coordinates, two of the three Cartesian coordinates are determined by the size of the thermal image, and the third coordinate is calculated due to the functional dependence of the degree polarization of thermal radiation of each of the image elements from the orientation angle of the emitting area relative to the direction of its observation and is transmitted to the information output device 6.
Устройство для бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов может быть использовано в измерительной технике для измерения размеров и визуализации профиля измеряемой поверхности трехмерных объектов. Главное преимущество предлагаемого устройства для реализации способа бесконтактного измерения линейных размеров трехмерных объектов перед известными устройствами заключается в трехмерной визуализации объекта в реальном масштабе времени в отсутствии необходимости обеспечивать подсветку измеряемого объекта, что упрощает использование и реализацию устройства, а также значительно расширяет сферу его использования в науке и технике.A device for non-contact measurement of the linear dimensions of three-dimensional objects can be used in measuring equipment for measuring dimensions and visualizing the profile of the measured surface of three-dimensional objects. The main advantage of the proposed device for implementing the method of non-contact measuring the linear dimensions of three-dimensional objects over known devices is the three-dimensional visualization of the object in real time in the absence of the need to provide illumination of the measured object, which simplifies the use and implementation of the device, and also significantly expands the scope of its use in science and technique.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125261/28A RU2469265C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011125261/28A RU2469265C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469265C1 true RU2469265C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255805
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011125261/28A RU2469265C1 (en) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469265C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138162A (en) * | 1988-12-16 | 1992-08-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for producing enhanced images of curved thermal objects |
| RU2024212C1 (en) * | 1991-04-03 | 1994-11-30 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Method of infra-red imaging identification of shape of objects |
| RU2099759C1 (en) * | 1993-07-23 | 1997-12-20 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Infrared imaging method of object from identification and device for its realization |
| RU2141735C1 (en) * | 1995-07-11 | 1999-11-20 | Сибирская государственная геодезическая академия | Method for infrared recognition of object shape |
-
2011
- 2011-06-17 RU RU2011125261/28A patent/RU2469265C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5138162A (en) * | 1988-12-16 | 1992-08-11 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method and apparatus for producing enhanced images of curved thermal objects |
| RU2024212C1 (en) * | 1991-04-03 | 1994-11-30 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Method of infra-red imaging identification of shape of objects |
| RU2099759C1 (en) * | 1993-07-23 | 1997-12-20 | Новосибирский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии | Infrared imaging method of object from identification and device for its realization |
| RU2141735C1 (en) * | 1995-07-11 | 1999-11-20 | Сибирская государственная геодезическая академия | Method for infrared recognition of object shape |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10043290B2 (en) | Image processing to enhance distance calculation accuracy | |
| Yu et al. | Full-frame, high-speed 3D shape and deformation measurements using stereo-digital image correlation and a single color high-speed camera | |
| CN106772310B (en) | A kind of objective identification devices and methods therefor based on calculating ghost imaging | |
| US10348985B2 (en) | Turbulence-free camera system and related method of image enhancement | |
| US20130222551A1 (en) | Mapping detecting and tracking objects in an arbitrary outdoor scene using active vision | |
| TW202024582A (en) | Pulse repetition frequency detector, tracker, and decoder systems and imaging devices | |
| JP2009300268A (en) | Three-dimensional information detection device | |
| US20070273894A1 (en) | Method and apparatus for remote spatial calibration and imaging | |
| WO2010092368A3 (en) | Apparatus and method for viewing an object | |
| US20140192161A1 (en) | Three-dimensional reconstruction of a millimeter-wave scene by optical up-conversion and cross-correlation detection | |
| US20190197764A1 (en) | Three-dimensional imaging method and system | |
| WO2019125427A1 (en) | System and method for hybrid depth estimation | |
| CN111936829A (en) | Acoustic analysis device and acoustic analysis method | |
| JP2008216127A (en) | Distance image generation device, distance image generation method, and program | |
| JP2014157106A (en) | Shape measurement device | |
| JP2017037053A (en) | High-speed measuring method and device by using many cameras | |
| RU2469265C1 (en) | Device for contactless measurement of linear dimensions of 3d objects | |
| US20180115766A1 (en) | 3d image reconstruction based on lensless compressive image acquisition | |
| JP2016531470A (en) | TV multi-angle method for acquisition, transmission and reception of stereo information about viewing location, and its automatic measurement of eye-point system | |
| CN111272101A (en) | Four-dimensional hyperspectral depth imaging system | |
| JP2014238299A (en) | Measurement device, calculation device, and measurement method for inspected object, and method for manufacturing articles | |
| CN103558160A (en) | Method and system for improving resolution ratio of spectral imaging space | |
| Zhu et al. | Three-dimensional measurement of fringe projection based on the camera response function of the polarization system | |
| CN211205210U (en) | Four-dimensional hyperspectral depth imaging system | |
| Jawad et al. | Measuring object dimensions and its distances based on image processing technique by analysis the image using sony camera |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180618 |