RU2698743C1 - Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions - Google Patents
Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions Download PDFInfo
- Publication number
- RU2698743C1 RU2698743C1 RU2018145140A RU2018145140A RU2698743C1 RU 2698743 C1 RU2698743 C1 RU 2698743C1 RU 2018145140 A RU2018145140 A RU 2018145140A RU 2018145140 A RU2018145140 A RU 2018145140A RU 2698743 C1 RU2698743 C1 RU 2698743C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rod
- size
- calibration
- photosensitive element
- shadow
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
- G01B11/024—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by means of diode-array scanning
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. The invention relates to instrumentation.
Предлагаемый способ может быть использован для точной калибровки оптических измерителей линейных размеров, реализованных на основе линейного массива светочувствительных элементов (линейного сенсора), в частности для калибровки оптических измерителей осадков.The proposed method can be used for accurate calibration of optical meters of linear dimensions, implemented on the basis of a linear array of photosensitive elements (linear sensor), in particular for the calibration of optical precipitation meters.
Известны способы калибровки, когда для определения калибровочных характеристик оптических измерителей линейных размеров применяли шары определенного диаметра [1, 2], либо непрозрачные диски различного диаметра [3], либо, искусственно получаемые капли известного размера [4].Known methods of calibration, when to determine the calibration characteristics of optical measuring instruments of linear dimensions, balls of a certain diameter were used [1, 2], or opaque disks of various diameters [3], or artificially obtained drops of a known size [4].
Общий недостаток приведенных способов заключается в трудоемкости выполнения калибровки, обусловленной необходимостью проведения большого количества измерений.A common disadvantage of the above methods is the complexity of the calibration, due to the need for a large number of measurements.
Из известных способов калибровки наиболее близким к предлагаемому является способ калибровки оптического измерителя осадков [5]. Способ заключается в получении поправок, вычисляемых при сравнении измеренных линейных размеров эталонного объекта (цилиндрического стержня) в условно выделенных участках оптического канала прибора и истинного значения размера этого объекта (диаметра стержня).Of the known calibration methods, the closest to the proposed method is the calibration of the optical precipitation meter [5]. The method consists in obtaining corrections calculated by comparing the measured linear dimensions of the reference object (cylindrical rod) in conventionally selected sections of the optical channel of the device and the true value of the size of this object (diameter of the rod).
Для осуществления известного способа поперечное сечение оптического канала прибора условно разбивают по ширине на участки, в каждом из которых может быть затенено известное количество светочувствительных элементов линейного сенсора. Далее стержень круглого поперечного сечения горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока, после чего рассчитывают значения поправки для каждого из выделенных участков исходя из сопоставления среднего измеренного диаметра стержня, полученного при перемещении в соответствующем участке, с реальным размером.To implement the known method, the cross section of the optical channel of the device is conventionally divided into widths into sections, in each of which a certain number of photosensitive elements of the linear sensor can be obscured. Next, the rod of circular cross section is horizontally moved through the optical channel perpendicular to the direction of the light flux, after which the correction values for each of the selected sections are calculated based on the comparison of the average measured diameter of the rod obtained by moving in the corresponding section with the actual size.
Основным недостатком данного способа калибровки является возникновение погрешности измерений, вызванной двумя факторами: во-первых - тем, что полученные значения поправок считаются постоянными в пределах выделенных участков оптического канала, во-вторых - тем, что процедура калибровки эталонными объектами определенного размера обеспечивает приемлемую точность определения размеров объектов только в узком диапазоне размеров, близких к размеру эталонного объекта (например, процедура калибровки оптического осадкомера объектом с размером 5 мм не обеспечивает достаточной точности определения размеров малых частиц осадков - до 2 мм и менее, и крупных частиц - 7 мм и более [2]).The main disadvantage of this calibration method is the occurrence of measurement error caused by two factors: firstly, the obtained correction values are considered constant within the selected sections of the optical channel, and secondly, the calibration procedure with standard objects of a certain size provides an acceptable accuracy of determination sizes of objects only in a narrow range of sizes close to the size of the reference object (for example, the procedure for calibrating an optical sediment meter with an object with a
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является получение эффективного размера каждого светочувствительного элемента линейного сенсора - характеристики, соответствующей линейному размеру участка тени, попадающего на данный светочувствительный элемент. При этом сумма эффективных размеров всех элементов, составляющих конкретное теневое изображение, должна с высокой точностью совпадать с реальным размером создавшего это теневое изображение эталонного объекта.The problem to which this invention is directed is to obtain the effective size of each photosensitive element of a linear sensor — a characteristic corresponding to the linear size of a portion of a shadow falling onto a given photosensitive element. At the same time, the sum of the effective sizes of all the elements making up a particular shadow image must coincide with high accuracy with the actual size of the reference object that created this shadow image.
Технический результат - снижение погрешности измерения, вызванной неоднородностью светового потока, и устранение зависимости величины этой погрешности от размеров эталонного объекта.The technical result is the reduction of the measurement error caused by the heterogeneity of the light flux, and the elimination of the dependence of the magnitude of this error on the size of the reference object.
Технический результат достигается тем, что для калибровки оптического измерителя размеров осуществляют измерение линейных размеров теней непрозрачного стержня круглого поперечного сечения, который горизонтально перемещают через оптический канал перпендикулярно к направлению светового потока с сохранением ортогональности оси стержня относительно плоскости оптического канала на всем пути стержня, а затем на основании анализа количества и положения затененных элементов сопоставляют размер тени с диаметром стержня.The technical result is achieved in that for calibrating an optical size meter, linear dimensions of the shadows of an opaque rod of circular cross section are measured, which are horizontally moved through the optical channel perpendicular to the direction of the light flux while maintaining the orthogonality of the axis of the rod relative to the plane of the optical channel along the entire path of the rod, and then on Based on the analysis of the number and position of the shaded elements, the size of the shadow is compared with the diameter of the rod.
В отличие от известного технического решения, в предлагаемом способе для анализа формируют двумерный массив калибровочных данных из единиц и нулей, соответствующих затененным и незатененным светочувствительным элементам линейного сенсора, столбцы i соответствуют порядковым номерам светочувствительных элементов, строки j - индекс номера измерения, осуществляемого при смещении начала и/или конца тени на один светочувствительный элемент. Для получения эффективного размера светочувствительного элемента нужно сначала вычислить среднее значение размера элемента для каждого теневого изображения (строки), в формировании которого участвует данный светочувствительный элемент, а затем провести усреднение по всем этим теневым изображениям (строкам).In contrast to the known technical solution, in the proposed method for analysis, a two-dimensional array of calibration data is formed from units and zeros corresponding to the shaded and unshaded photosensitive elements of the linear sensor, columns i correspond to serial numbers of photosensitive elements, row j is the index of the measurement number carried out at the beginning offset and / or the end of the shadow on one photosensitive element. To obtain the effective size of the photosensitive element, you must first calculate the average value of the element size for each shadow image (row) in the formation of which the given photosensitive element is involved, and then average all these shadow images (rows).
Среднее значение размера светочувствительного элемента в теневом изображении (строке) j вычисляется по формуле:The average size of the photosensitive element in the shadow image (line) j is calculated by the formula:
где d - диаметр стержня [мм]; kij - значение из массива калибровочных данных; i - индекс, соответствующий номеру светочувствительного элемента, j - индекс, соответствующий номеру измерения.where d is the diameter of the rod [mm]; k ij is the value from the array of calibration data; i is the index corresponding to the number of the photosensitive element, j is the index corresponding to the number of the measurement.
Дальнейшее усреднение значений по теневым изображениям (столбцам) производится по формуле:Further averaging on shadow images (columns) is performed according to the formula:
Таким образом:In this way:
В результате, после осуществления калибровки, результат измерения объекта dиз будет рассчитываться по формуле:As a result, after calibration, the measurement result of the object d from will be calculated by the formula:
где m и n порядковые номера светочувствительных элементов начала и конца тени, соответственно. Таким образом, сумма эффективных размеров dиз всех элементов, составляющих конкретное теневое изображение, должна с высокой точностью совпадать с реальным размером создавшего это изображение эталонного объекта.where m and n are the serial numbers of the photosensitive elements of the beginning and end of the shadow, respectively. Thus, the sum of the effective dimensions d of all the elements making up a particular shadow image must coincide with high accuracy with the actual size of the reference object that created this image.
Данный результат достигается за счет точного определения вклада каждого светочувствительного элемента в размер формируемой тени с учетом неоднородности светового потока. Высокая точность определения эффективного размера элемента в свою очередь достигается за счет вычисления среднего размера светочувствительного элемента в каждом теневом изображении, полученном при перемещении эталонного объекта в процессе калибровки и дальнейшем усреднении этой величины по всем теневым изображениям, в формировании которых принимал участие данный светочувствительный элемент.This result is achieved by accurately determining the contribution of each photosensitive element to the size of the formed shadow, taking into account the heterogeneity of the light flux. High accuracy in determining the effective element size, in turn, is achieved by calculating the average size of the photosensitive element in each shadow image obtained by moving the reference object in the calibration process and further averaging this value over all shadow images in the formation of which this photosensitive element took part.
Пример реализации способа поясняется рисунками.An example implementation of the method is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показано вертикальное сечение оптического канала и положение стержня 1 относительно светового потока 2 и линейного сенсора 3. В момент времени t0 стержень находится вне оптического канала, поэтому световой поток беспрепятственно достигает всех светочувствительных элементов линейного сенсора. Процесс калибровки начинается в момент времени t1, когда тень от стержня имеет максимальный размер и при этом затеняет первый светочувствительный элемент линейного сенсора. Процесс калибровки считается завершенным, когда зарегистрировано затенение последнего элемента сенсора (ts). В процессе перемещения стержня фиксируется два параметра: изменение общего количества затененных элементов линейного сенсора и регистрируются их порядковые номера. Эти параметры формируют массив калибровочных данных. В общем случае, при движении стержня слева направо увеличение количества освещенных элементов слева от стержня, например на единицу, сопровождается сдвигом тени на один элемент с сохранением количества затененных элементов, как показано на фиг. 1 в промежуток времени t1-t2. Однако в силу влияния неоднородности светового потока размер тени (соответственно и количество затененных элементов) при дальнейшем перемещении стержня может меняться.In FIG. 1 shows the vertical section of the optical channel and the position of the
Для иллюстрации рассмотрим калибровку оптического измерителя размеров с линейным сенсором, состоящим из 18-ти светочувствительных элементов с горизонтальным размером 0,25 мм каждый, калибруемого стержнем с диаметром d=2 мм. На фиг. 2 представлен пример массива калибровочных данных, где единицами и нулями обозначены, соответственно, затененные и незатененные светочувствительные элементы линейного сенсора, столбцы i соответствуют порядковым номерам светочувствительных элементов, строки j - индекс номера измерения, осуществляемого при смещении начала и/или конца тени на один светочувствительный элемент. Пусть при перемещении стержня происходит затенение от 7 до 9 светочувствительных элементов (см. значение ), тогда каждый светочувствительный элемент дает вклад в формирование от 1 до 8 теневых изображений (см. значение ). Для получения эффективного размера светочувствительного элемента светочувствительного элемента нужно сначала вычислить среднее значение размера элемента для каждого изображения (строки), в формировании которого участвует данный светочувствительный элемент, а затем провести усреднение по всем этим теневым изображениям (строкам). Таким образом эффективный размер i-го элемента будет равен:To illustrate, consider the calibration of an optical size meter with a linear sensor consisting of 18 photosensitive elements with a horizontal size of 0.25 mm each, calibrated by a rod with a diameter of d = 2 mm. In FIG. Figure 2 shows an example of an array of calibration data, where the shaded and unshaded photosensitive elements of the linear sensor are indicated by units and zeros, columns i correspond to the serial numbers of the photosensitive elements, row j is the index of the measurement number, when the beginning and / or end of the shadow is shifted by one photosensitive element. Let shading from 7 to 9 photosensitive elements occur when moving the rod (see value ), then each photosensitive element contributes to the formation of 1 to 8 shadow images (see value ) To obtain the effective size of the photosensitive element of a photosensitive element, you must first calculate the average value of the size of the element for each image (row) in the formation of which this photosensitive element is involved, and then averaging over all these shadow images (rows). Thus, the effective size of the i-th element will be equal to:
Вычисленные значения эффективного размера для каждого светочувствительного элемента представлены в нижней строке таблицы. Видно, что значения эффективных размеров близки к горизонтальному размеру светочувствительного элемента, но не совпадают с ним, что отражает результат процесса калибровки, призванного повысить точность совпадения измеряемой величины с реальным размером создавшего теневое изображение эталонного объекта.The calculated effective size values for each photosensitive element are presented in the bottom row of the table. It can be seen that the effective dimensions are close to the horizontal size of the photosensitive element, but do not coincide with it, which reflects the result of the calibration process, which is designed to increase the accuracy of the measured value coinciding with the actual size of the reference object that created the shadow image.
Литература:Literature:
1. Kruger A., Krajewski W.F. Two-Dimensional Video Disdrometer: A Description // J. Atmos. Ocean. Technol. 2002. V. 19. P. 602-617.1. Kruger A., Krajewski W.F. Two-Dimensional Video Disdrometer: A Description // J. Atmos. Ocean Technol. 2002. V. 19. P. 602-617.
2. Азбукин А.А., Кальчихин В.В., Кобзев А.А., Корольков В.А., Тихомиров А.А. Определение калибровочных характеристик оптико-электронного измерителя атмосферных осадков // Оптика атмосферы и океана. 2014. Т. 27. №05. С. 449-455.2. Azbukin A.A., Kalchikhin V.V., Kobzev A.A., Korolkov V.A., Tikhomirov A.A. Determination of calibration characteristics of an optical-electronic precipitation meter // Atmospheric and Ocean Optics. 2014.V. 27. No. 05. S. 449-455.
3. Barthazy E., Goke S., Schefold R., Hogl D. An Optical Array Instrument for Shape and Fall Velocity Measurements of Hydrometeors // J. Atmos. Ocean. Technol. 2004. V. 21. P. 1400-1416.3. Barthazy E., Goke S., Schefold R., Hogl D. An Optical Array Instrument for Shape and Fall Velocity Measurements of Hydrometeors // J. Atmos. Ocean Technol. 2004. V. 21. P. 1400-1416.
4. Глущенко А.С. Исследование оптических свойств дождевых капель и разработка измерительных средств дистанционного определения микроструктуры осадков: Автореф. дис. канд. тех. наук. М.: МГАПИ, 2005. 143 с.4. Glushchenko A.S. The study of the optical properties of raindrops and the development of measuring instruments for remote determination of the microstructure of precipitation: Abstract. dis. Cand. those. sciences. M .: MGAPI, 2005.143 s.
5. Пат. 2617033 РФ. МПК G01W 1/14. Способ калибровки оптического измерителя осадков / Азбукин А.А. Кальчихин В.В., Корольков В.А., Тихомиров А.А.; заявитель и патентообладатель Ин-т мониторинга климатических и экологических систем; Сибаналитприбор. - №2016108180; заявл. 09.03.2016; опубл. 19.04.2017, Бюл. №8.5. Pat. 2617033 RF.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145140A RU2698743C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018145140A RU2698743C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2698743C1 true RU2698743C1 (en) | 2019-08-29 |
Family
ID=67851435
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018145140A RU2698743C1 (en) | 2018-12-18 | 2018-12-18 | Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2698743C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7633398B2 (en) * | 2005-11-19 | 2009-12-15 | Noonan Technologies, Llc | Apparatus and method for measuring precipitation |
RU119898U1 (en) * | 2012-01-10 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | OPTICAL ELECTRONIC TWO CHANNEL SEDIMENT METER |
RU2575181C1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Optical method to measure atmospheric precipitation |
-
2018
- 2018-12-18 RU RU2018145140A patent/RU2698743C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7633398B2 (en) * | 2005-11-19 | 2009-12-15 | Noonan Technologies, Llc | Apparatus and method for measuring precipitation |
RU119898U1 (en) * | 2012-01-10 | 2012-08-27 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | OPTICAL ELECTRONIC TWO CHANNEL SEDIMENT METER |
RU2575181C1 (en) * | 2014-07-15 | 2016-02-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (ИМКЭС СО РАН) | Optical method to measure atmospheric precipitation |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108332708B (en) | Automatic detection system and detection method for laser level meter | |
CN107707906B (en) | A kind of the ground caliberating device and method of optical lens defocusing amount under high altitude conditions | |
CN101706951B (en) | Method, device and system for objectively evaluating pneumatic optical image quality based on feature fusion | |
CN105044039B (en) | A kind of method according to laser radar data automatic inversion horizontal visibility | |
CN104655153A (en) | Method for calibrating elements of interior orientation of mapping camera based on matrix orthogonality | |
CN101726316A (en) | Internal orientation element and distortion tester | |
RU2698743C1 (en) | Method of element-by-stage calibration of optical meter of linear dimensions | |
CN103957404A (en) | Laboratory measurement device and method for satellite-borne push-broom camera point spread functions | |
CN103727962B (en) | Big visual field infrared electro theodolite precision calibration method | |
CN201277864Y (en) | Internal orientation element and distortion tester | |
CN109764892B (en) | Calibration method for near-infrared satellites and the like | |
Azbukin et al. | Determination of calibration parameters of an optoelectronic precipitation gage | |
RU2617033C1 (en) | Method of optical precipitation metre calibration | |
CN109813531A (en) | The debugging apparatus and its adjustment method of optical system | |
US20220398778A1 (en) | Lens calibration method for digital imaging apparatus | |
CN110806572B (en) | Device and method for testing distortion of long-focus laser three-dimensional imager based on angle measurement method | |
Kalchikhin et al. | Element-by-Element Calibration of an Optoelectronic Precipitation Gage | |
CN109785384B (en) | Level height calibration method of level machine vision measuring instrument in transparent container | |
CN105783733A (en) | Absolute evaluation method for relative error of length measurement in photogrammetry | |
CN104897077B (en) | Self-adapting detecting system and method for the high speed zoom camera to curved surface profile line | |
CN206073938U (en) | A kind of elongated tubular linearity measurer | |
CN106679938A (en) | Electrical zoom lens focusing curve detection system and method | |
US20140098363A1 (en) | System and method for determining size and location of minimum beam spot | |
EA201500468A1 (en) | METHOD OF DISTANCE MEASUREMENT ON DIGITAL CAMERA | |
CN105008903A (en) | Method and device for analyzing the surface of a substrate |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210202 Effective date: 20210202 |