RU2786772C1 - Способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов - Google Patents
Способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2786772C1 RU2786772C1 RU2021138936A RU2021138936A RU2786772C1 RU 2786772 C1 RU2786772 C1 RU 2786772C1 RU 2021138936 A RU2021138936 A RU 2021138936A RU 2021138936 A RU2021138936 A RU 2021138936A RU 2786772 C1 RU2786772 C1 RU 2786772C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- images
- deformations
- spatial distribution
- optical system
- hard
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000001902 propagating Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 abstract description 3
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к технологиям неразрушающего контроля, а именно измерительной эндоскопии, и может быть использовано для получения и анализа трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов. Заявленный способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов заключается в освещении исследуемой поверхности излучением, распространяющимся от дистального конца эндоскопического зонда, формировании из отраженного и рассеянного исследуемой поверхностью излучения последовательности изображений в заданные моменты времени на матричном приемнике. Перед проведением исследования поверхности проводят предварительную геометрическую калибровку стереоскопической оптической системы, используют эндоскопический зонд со встроенной стереоскопической оптической системой, расположенной на его дистальном конце, с помощью которой формируют и последовательно регистрируют пары изображений исследуемой поверхности, полученные с различных ракурсов, вычисляют на основе совместной обработки пар изображений трехмерное изображение поверхности в заданный момент времени и, обрабатывая последовательность таких пар изображений с использованием данных предварительной геометрической калибровки стереоскопической оптической системы, проводят измерение и анализ трехмерного пространственного распределения деформаций исследуемой поверхности. Технический результат - возможность выявления распределения деформаций поверхности труднодоступного объекта сложной формы. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологиям неразрушающего контроля, а именно измерительной эндоскопии, и может быть использовано для получения и анализа трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов.
Известен способ бесконтактного измерения деформаций поверхностей с помощью метода цифровой корреляции изображений, основанный на вычислении пространственного распределения векторов смещения между двумя или несколькими изображениями, полученными в различные моменты времени. Данный способ реализуют с помощью двух и более систем машинного зрения, синхронно регистрирующих изображения исследуемого объекта. Совместная обработка последовательности изображений позволяет сравнить изображения, полученные в разные моменты времени, и вычислить трехмерное пространственное распределение деформаций поверхности объекта, произошедшее за время между кадрами [СА 2843892 A1, System And Method For Remote Full Field Three-Dimensional Displacement And Strain Measurements, 2012].
Недостатком данного способа является ограниченная область применения из-за сложности и больших габаритов систем машинного зрения, затрудняющих его применение для труднодоступных объектов.
Известен способ бесконтактного измерения деформаций поверхностей труднодоступных объектов с использованием видеоэндоскопических систем [P.L. Reu. Digital image correlation through a rigid borescope. In: Optical Measurements, Modeling, and Metrology, V. 5. P. 141-145. NY: Springer, 2011], согласно которому видеоэндоскопом получают последовательность двумерных изображений поверхности объекта в различные моменты времени и анализируют полученные изображения с использованием заданных алгоритмов анализа видеоданных.
Недостатком данного технического решения является ограниченная область применения из-за возможности измерения деформаций только плоских двумерных поверхностей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ, основанный на регистрации изображений с помощью жесткого эндоскопического зонда [Н. Tang, К. Pooladvand, P. Razavi, J. J. Rosowski, J. Т. Cheng, С.Furlong. High-Speed Digital Image Correlation for Endoscopy: A Feasibility Study. // Advancement of Optical Methods & Digital Image Correlation in Experimental Mechanics, V. 3, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series]. Способ основан на использовании широкополосного источника излучения эндоскопического зонда для освещения исследуемой поверхности. Расположенная внутри зонда и дополненная заокулярным объективом оптическая система способствует дальнейшему формированию из излучения, отраженного и рассеянного поверхностью, последовательной серии изображений поверхности на матричном приемнике скоростной видеокамеры. Регистрация и обработка серии эндоскопических изображений поверхности, полученных с заданным шагом по времени, обеспечивает измерение распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов.
Недостатками данного способа является отсутствие возможности анализа объектов сложной формы и получения трехмерного пространственного распределения деформаций контролируемых поверхностей. Это существенно ограничивает применение этого решения для анализа поверхности большинства реальных объектов.
Технической задачей предлагаемого изобретения является бесконтактное получение и анализ трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов со сложной формой поверхности.
Техническим результатом изобретения является выявление распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов сложной формы.
Это достигается тем, что в способе получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов, который заключается в освещении исследуемой поверхности излучением, распространяющимся от дистального конца эндоскопического зонда, формировании из отраженного и рассеянного исследуемой поверхностью излучения последовательности изображений в заданные моменты времени на матричном приемнике, согласно изобретению перед проведением исследования поверхности проводят предварительную геометрическую калибровку стереоскопической оптической системы, используют эндоскопический зонд со встроенной стереоскопической оптической системой, расположенной на его дистальном конце, с помощью которой формируют и последовательно регистрируют пары изображений исследуемой поверхности, полученные с различных ракурсов, вычисляют на основе совместной обработки пар изображений трехмерное изображение поверхности в заданный момент времени и, обрабатывая последовательность таких пар изображений с использованием данных предварительной геометрической калибровки стереоскопической оптической системы, проводят измерение и анализ трехмерного пространственного распределения деформаций исследуемой поверхности.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором показана структурная схема устройства, реализующего способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности сложной формы труднодоступных объектов.
Структурная схема содержит исследуемую поверхность 1, эндоскопический зонд 2, включающий в себя источник излучения 3, стереоскопическую оптическую систему 4, матричный приемник излучения 5, блок 6 регистрации, обработки и хранения данных.
Устройство, реализующее способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов, работает следующим образом.
С помощью устройства обеспечивают освещение исследуемой поверхности 1 излучением, распространяющимся от дистального конца эндоскопического зонда 2, формирование изображения исследуемой поверхности 1 из отраженного и рассеянного излучения на матричном приемнике излучения 5 с помощью стереоскопической оптической системы 4, расположенной на дистальном конце эндоскопического зонда 2, обработку серии изображений поверхности 1, полученных с заданным шагом по времени с помощью блока 6 регистрации, обработки и хранения данных.
Способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов осуществляют следующим образом.
Перед проведением исследования поверхности 1 проводят предварительную геометрическую калибровку стереоскопической оптической системы 4. В ходе калибровки стереоскопической оптической системы 4 совместно с матричным приемником излучения 5 проводят регистрацию изображений тест-объекта с контрастно нанесенными на него метками (маркерами), координаты которых известны с высокой точностью. Обрабатывая серии таких изображений, рассчитывают внутренние параметры каждого из каналов стереоскопической оптической системы 4 и параметры их взаимного ориентирования, которые в дальнейшем используют для вычисления формы поверхности.
После завершения геометрической калибровки стереоскопической оптической системы 4 проводят исследование поверхности 1 объекта. Для этого эндоскопический зонд 2 устанавливают неподвижно так, что в поле зрения стереоскопической оптической системы 4 находится исследуемая поверхность 1. Матричный приемник излучения 5 формирует одновременно два изображения I1(x,y,tk) и h(x,y,tk) исследуемой поверхности 1, полученные с различных ракурсов стереоскопической оптической системой 4. Сигнал с матричного приемника излучения 5 поступает в блок 6 регистрации, обработки и хранения данных, находящийся на выходе (проксимальной части) эндоскопического зонда 2. Блоком 6 регистрации, обработки и хранения данных осуществляют обработку пары полученных изображений с использованием данных предварительной геометрической калибровки, по результатам которой вычисляют трехмерное изображение поверхности 1 (x,y,z,tk) по исследуемой поверхности 1 z(x,y) в заданный момент времени. Обработкой последовательных серий таких пар изображений, полученных в моменты времени tk с заданным шагом по времени Δt=tk+1-tk, обеспечивают измерение и анализ трехмерного пространственного распределения деформаций dx(x,y,z,tk), dy(x,y,x,tk) и dz(x,y,z,tk) по поверхности z(x,y,z) труднодоступных объектов.
Параметры и характеристики источника излучения 3 (мощность, спектр излучения и пр.), стереоскопической оптической системы 4 (угловое поле, ближняя и дальняя граница резко изображаемого пространства, пространственное разрешение, степень аберрационной коррекции и пр.) и матричного приемника излучения 5 (быстродействие, размеры и количество чувствительных элементов, уровень шумов и пр.) рассчитывают и/или подбирают так, чтобы обеспечить оптимальные условия получения трехмерного изображения исследуемой поверхности 1 максимально высокого качества (максимально высокого пространственного разрешения, отношения сигнал/шум и пр.) с учетом геометрических и физических свойств объекта контроля.
Использование изобретения позволяет выявлять трехмерное пространственное распределение деформаций поверхности труднодоступных объектов со сложной формой поверхности, бесконтактно получая и анализируя такое распределение деформаций.
Claims (1)
- Способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов, заключающийся в освещении исследуемой поверхности излучением, распространяющимся от дистального конца эндоскопического зонда, формировании из отраженного и рассеянного исследуемой поверхностью излучения последовательности изображений в заданные моменты времени на матричном приемнике, отличающийся тем, что перед проведением исследования поверхности проводят предварительную геометрическую калибровку стереоскопической оптической системы, используют эндоскопический зонд со встроенной стереоскопической оптической системой, расположенной на его дистальном конце, с помощью которой формируют и последовательно регистрируют пары изображений исследуемой поверхности, полученные с различных ракурсов, вычисляют на основе совместной обработки пар изображений трехмерное изображение поверхности в заданный момент времени и, обрабатывая последовательность таких пар изображений с использованием данных предварительной геометрической калибровки стереоскопической оптической системы, проводят измерение и анализ трехмерного пространственного распределения деформаций исследуемой поверхности.
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2786772C1 true RU2786772C1 (ru) | 2022-12-26 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013019992A1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for remote full field three-dimensional displacement and strain measurements |
RU2491503C1 (ru) * | 2012-04-23 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУВПО "СГГА") | Способ распознавания трехмерной формы объектов |
CN104089585A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-10-08 | 北京理工大学 | 基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量方法 |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2013019992A1 (en) * | 2011-08-02 | 2013-02-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | System and method for remote full field three-dimensional displacement and strain measurements |
RU2491503C1 (ru) * | 2012-04-23 | 2013-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирская государственная геодезическая академия" (ФГБОУВПО "СГГА") | Способ распознавания трехмерной формы объектов |
CN104089585A (zh) * | 2014-07-28 | 2014-10-08 | 北京理工大学 | 基于单幅正交栅线的宏微观三维变形测量方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Н. Tang, K. Pooladvand, P. Razavi, J.J. Rosowski, J.Т. Cheng, С. Furlong. High-Speed Digital Image Correlation for Endoscopy: A Feasibility Study. // Advancement of Optical Methods & Digital Image Correlation in Experimental Mechanics, V. 3, Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2594010C (en) | Surface roughness measurement methods and apparatus | |
CN103727891B (zh) | 同步三维散斑干涉测量系统及测量方法 | |
JPH09503065A (ja) | 表面形状を測定する干渉計測方法及び装置 | |
CN113240726B (zh) | 一种内窥镜下光学目标尺寸实时测量方法 | |
KR102091568B1 (ko) | 광간섭 단층촬영장치를 이용한 피부 주름 측정 방법 및 시스템 | |
CN111369484B (zh) | 钢轨廓形检测方法及装置 | |
CN108827186A (zh) | 一种狭长腔体的内膛轮廓测量方法 | |
CN114485470B (zh) | 基于散斑的复合材料三维形貌及缺陷综合测量系统和方法 | |
JP2008275366A (ja) | ステレオ3次元計測システム | |
RU2786772C1 (ru) | Способ получения трехмерного пространственного распределения деформаций поверхности труднодоступных объектов | |
JP4340625B2 (ja) | 光学検査方法および装置 | |
CN104634253B (zh) | 基于形貌相关计算的三维位移测量方法 | |
CN114252025A (zh) | 一种多平行线激光物体三维轮廓测量装置及测量方法 | |
RU2618746C2 (ru) | Способ и устройство для измерения геометрической структуры оптического компонента | |
KR101010533B1 (ko) | 생체표면 계측 시스템 | |
CN108955568A (zh) | 无需轴向扫描的表面三维形貌检测装置及其使用方法 | |
CN111829954B (zh) | 一种提高全场扫频光学相干层析测量量程的系统及方法 | |
US20130242313A1 (en) | Scanning methods and apparatus | |
JP4192038B2 (ja) | 表面形状および/または膜厚測定方法及びその装置 | |
KR100286434B1 (ko) | 입체적 형태 및 색체 분석을 위한 표면상태 측정 장치 및 그 방법 | |
CN108007866B (zh) | 一种水果的流变参数检测方法及系统 | |
Randil et al. | 3D Full-Field Deformation Measuring Technique with Optics-Based Measurements | |
KR101536700B1 (ko) | 두피 표면 및 단층 영상의 동시구현이 가능한 두피 진단 방법 및 진단 장치 | |
KR101826191B1 (ko) | 렌즈의 양면 곡률 형상과 굴절률 분포의 동시 측정 장치 및 방법 | |
Gorevoy et al. | Ray-tracing camera model for precise three-dimensional measurements using a prism-based endoscopic probe |