UA151361U - Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry - Google Patents
Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry Download PDFInfo
- Publication number
- UA151361U UA151361U UAU202106424U UAU202106424U UA151361U UA 151361 U UA151361 U UA 151361U UA U202106424 U UAU202106424 U UA U202106424U UA U202106424 U UAU202106424 U UA U202106424U UA 151361 U UA151361 U UA 151361U
- Authority
- UA
- Ukraine
- Prior art keywords
- crystal
- model
- sectoral
- digital
- reconstructed
- Prior art date
Links
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 25
- 239000010432 diamond Substances 0.000 title claims abstract description 12
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 abstract description 3
- 241000254032 Acrididae Species 0.000 abstract 1
- 241000282806 Rhinoceros Species 0.000 abstract 1
- 239000010437 gem Substances 0.000 description 7
- 229910001751 gemstone Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 238000012067 mathematical method Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000004575 stone Substances 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
Abstract
Description
векторної моделі за допомогою спеціального програмного забезпечення здійснюють тривимірну побудову реконструйованої секторальної структури кристалу, роздільна здатність отриманої просторової ЗО-моделі кристалу та точність реконструйованої секторальної структури кристалу можна варіювати за рахунок зміни кількості та роздільної здатності серії зображень при скануванні кристалу. При цьому як цифрову камеру використовують камеру Сапоп ЕО5 6000 (16 Мпікс) із набором перехідних кілець для макрозйомки КепкКо та багатолінзовим об'єктивомvector model with the help of special software, three-dimensional construction of the reconstructed sectoral structure of the crystal is carried out, the resolution of the obtained spatial ZO-model of the crystal and the accuracy of the reconstructed sectoral structure of the crystal can be varied by changing the number and resolution of a series of images during scanning of the crystal. At the same time, a Sapop EO5 6000 camera (16 Mpix) with a set of transition rings for KepkKo macro photography and a multi-lens lens is used as a digital camera
Зідта 700т (18-125 мм), як спеціальне програмне забезпечення для обробки зображень, аналізу ЗЮО-моделей та побудови геометричних об'єктів реконструйованої секторальної структури кристалу (грані, нормалі, піраміди росту) використовуються такі програми як АдізхойZidta 700t (18-125 mm), as special software for image processing, analysis of ZUO-models and construction of geometric objects of the reconstructed sectoral structure of the crystal (faces, normals, growth pyramids), such programs as Adizhoy are used
Меїазпаре, МезпПпі ар, Сугуадаїйоп, Кпіпосего5 з використанням модуля візуального програмування графічних об'єктів (згаз5Ппоррег і т. п., причому розмір кристалів, для яких спосіб застосовують, складає від одиниць до кількох десятків міліметрів.Meiazpare, MezpPpi ar, Suguadaiyop, Kpiposego5 using the module of visual programming of graphic objects (zgaz5Pporreg, etc., and the size of the crystals for which the method is used is from units to several tens of millimeters.
Корисна модель належить до галузі цифрової оптичної діагностики, зокрема до фотограмметрії на близьких відстанях (ФБВ), і має застосування в індустрії штучно синтезованих напівпровідникових алмазів. Пропонований спосіб реконструювання секторальної структури кристалів алмазу на базі ФБВ може бути використаний в задачах оптимізації технологічних параметрів синтезу та проектування розкрою кристалів, у тому числі при створенні приладів алмазної напівпровідникової електроніки. Заявлений спосіб є швидким, простим та дешевим в реалізації.The utility model belongs to the field of digital optical diagnostics, in particular to short-range photogrammetry (PSP), and has applications in the artificially synthesized semiconductor diamond industry. The proposed method of reconstructing the sectoral structure of diamond crystals on the basis of FBV can be used in the tasks of optimizing the technological parameters of synthesis and designing the cutting of crystals, including in the creation of diamond semiconductor electronics devices. The claimed method is quick, simple and cheap to implement.
Метод фотограмметрії дозволяє визначати просторові координати точок об'єкта шляхом вимірювань за двома або більше зображеннями об'єкта, знятими з різних кутових ракурсів. При цьому на кожному отриманому зображенні відшукуються спільні точки. Напрямок отримання зображення визначається ("промінь зору") від точки розташування знімальної камери до точки на зображені об'єкта. Перетин цих променів і визначає розташування точки в просторі.The photogrammetry method allows you to determine the spatial coordinates of the object's points by measuring two or more images of the object taken from different angles. At the same time, common points are searched for in each received image. The direction of receiving the image is determined ("line of sight") from the location of the camera to the point on the image of the object. The intersection of these rays determines the location of a point in space.
Сучасний розвиток цифрової фотографії та зростаюча потужність обчислювальних систем для реалізації алгоритмів накопичення великих масивів даних, їх обробки та аналізу сприяють широкому поширенню методів цифрової фотограмметрії в різних галузях.The modern development of digital photography and the growing power of computer systems for the implementation of algorithms for the accumulation of large data sets, their processing and analysis contribute to the wide spread of digital photogrammetry methods in various fields.
Відомий метод фотограмметрії на близьких відстанях |"Сіозе-тапде рпоїодгаттеїйу теїйой ог орбегліпд 5ийасе гоцоппевв", патент СМ1069897318, опубл. 10.12.2019 рі, який використовується для отримання даних про шорсткість поверхні. Тут спочатку розміщують калібрувальну пластину у вимірювальній області та перевіряють, чи дійсно вона знаходиться в горизонтальному положенні. Після цього проводиться зйомка досліджуваної області під різними кутами на однаковій фокусній відстані за допомогою фотокамери. Пізніше на основі отриманого масиву зображень створюється тривимірна хмара точок вимірювальної області. Проводиться калібрування для визначення ціни пікселя по кожній з осей. Потім вибирається кругова область із найбільшим радіусом на поверхні вимірюваного зразка, розраховується середньоквадратичне відхилення значень висот та кореляційна довжина поверхні на кожній прямій. Така процедура повторюється з певним кроком у аналізованій круглій області, після чого розраховані статистичні параметри усереднюються.The well-known method of photogrammetry at close distances |"Siose-tapde rpoiodgatteiiu teiioi og orbeglipd 5ilyase gotsoppevv", patent CM1069897318, publ. 10.12.2019, which is used to obtain data on surface roughness. Here, the calibration plate is first placed in the measuring area and checked to see if it is indeed in a horizontal position. After that, the study area is photographed at different angles at the same focal length using a camera. Later, a three-dimensional point cloud of the measurement area is created based on the obtained image array. Calibration is performed to determine the price of a pixel along each of the axes. Then the circular area with the largest radius on the surface of the measured sample is selected, the root mean square deviation of the height values and the correlation length of the surface on each straight line are calculated. This procedure is repeated with a certain step in the analyzed circular area, after which the calculated statistical parameters are averaged.
Наведений спосіб дозволяє отримувати відомості тільки про окремі статистичні параметри поверхні досліджуваного зразка (довжина автокореляції, шорсткість, середній розмір зерна).The given method allows obtaining information only about individual statistical parameters of the surface of the sample under study (autocorrelation length, roughness, average grain size).
Зо Відомі також метод та пристрій для оцінки огранки та симетрії дорогоцінних каменів ("МеїщйтсаAlso known is the method and device for assessing the cut and symmetry of precious stones ("Meischitz
Ттог дгадіпд детвіопе си апа зуттеїгу", патент США Мо 05 7193694 В2, опубл. 02.11.2006 р.|.Ttog dgadipd detviope sy apa zutteigu", US patent Mo 05 7193694 B2, publ. 02.11.2006 |.
Апарат містить лазер, інтегруючу сферу (пристрій, що вимірює інтенсивність відбитого від поверхні кристалу променю) та тримач дорогоцінного каменю і дозволяє вимірювати певні його оптичні характеристики. Тримач може обертатись навколо осі, щоб можна було записувати та аналізувати множину вимірювань. Пристрій і пов'язаний з ним метод забезпечують спосіб інтерпретації даних, згенерованих апаратом, які стосуються якості огранювання та симетрії дорогоцінного каменю.The device contains a laser, an integrating sphere (a device that measures the intensity of the beam reflected from the surface of the crystal) and a holder for the precious stone and allows measuring certain of its optical characteristics. The holder can rotate around an axis so that multiple measurements can be recorded and analyzed. The apparatus and associated method provide a means of interpreting data generated by the apparatus relating to the cut quality and symmetry of a gemstone.
Недоліками такого методу є використання вартісного лазерного устаткування та отримання інформації тільки про зовнішню форму та симетрію досліджуваних дорогоцінних каменів.The disadvantages of this method are the use of expensive laser equipment and obtaining information only about the external shape and symmetry of the studied precious stones.
Також відомим є лазерний верстат для огляду, планування та маркування необробленого алмазу ГІ азег таспіпе ог ехатіпайоп, ріаппіпд апа тагкіпд гам діатопа", патент ЕР 1474273Also known is a laser machine for inspection, planning and marking of rough diamond GI azeg taspipe og ehatipayop, riappipd apa tagkipd gam diatopa", patent EP 1474273
ВІ, опубл. 08.03.2006). Він складається із пристрою для лазерного сканування, системи 30- сканування, спеціальної матриці, маркувального пристрою та спеціального програмного забезпечення, що дозволяє отримати відомості про масу алмазу в каратах та форму необроблених каменів.VI, publ. 08.03.2006). It consists of a laser scanning device, a 30-scanning system, a special matrix, a marking device and special software that allows you to get information about the carat weight of the diamond and the shape of the rough stones.
До недоліків такого пристрою можна віднести використання вартісного лазерного обладнання та неможливість отримати відомості про внутрішню структуру досліджуваного алмазу.The disadvantages of such a device include the use of expensive laser equipment and the impossibility of obtaining information about the internal structure of the investigated diamond.
Найближчим аналогом є система для прецезійного З30О-моделювання дорогоцінних каменів г Зузіет ог ассигасге 30 тодеїїпу ої дет5(опев", патент США 05 10726290 В2, опубл. 24.10.2019 р.І. Це комп'ютеризована система, набір інструментів і спосіб виготовлення точної ЗО-моделі дорогоцінного каменю шляхом сканування поверхні дорогоцінного каменю та отримання множини електронних зображень в різних кутових положеннях, аналізу результатів зображення для отримання інформації про положення граней кристалу та їх перетинів.The closest analogue is the system for precessional З30О-modeling of precious stones. ZO-models of the precious stone by scanning the surface of the precious stone and obtaining a set of electronic images in different angular positions, analyzing the image results to obtain information about the position of the crystal faces and their intersections.
Найближчий аналог і пропонована корисна модель мають наступні спільні ознаки: використання оптичних систем для отримання зображення кристалу із різних положень; створення цифрової ЗО-моделі досліджуваного кристалу шляхом застосування додаткових математичних методів та обчислювальних алгоритмів.The closest analogue and the proposed useful model have the following common features: the use of optical systems to obtain an image of the crystal from different positions; creation of a digital ZO-model of the investigated crystal by applying additional mathematical methods and computational algorithms.
Але найближчий аналог має наступні недоліки:But the closest analogue has the following disadvantages:
- відсутність методу для отримання інформації про внутрішню кристалічну структуру досліджуваних кристалів, зокрема секторальну будову та розподіл легуючих домішок на різних ростових гранях, - неадаптованість системи для фізичних застосувань, зокрема моделювання процесу росту кристалу по його об'ємній моделі, - висока вартість реалізації.- the absence of a method for obtaining information about the internal crystal structure of the studied crystals, in particular the sectoral structure and the distribution of alloying impurities on different growth faces, - the unsuitability of the system for physical applications, in particular the modeling of the crystal growth process according to its three-dimensional model, - the high cost of implementation.
В основу корисної моделі поставлена задача детального аналізу та моделювання внутрішньої секторальної структури кристалів синтетичних алмазів (пірамід росту), яка визначає розподіл електрично активних домішок та дефектів у кристалі.The useful model is based on the task of detailed analysis and modeling of the internal sectoral structure of synthetic diamond crystals (growth pyramids), which determines the distribution of electrically active impurities and defects in the crystal.
Поставлена задача вирішується шляхом отримання масиву оптичних зображень досліджуваного кристалу з різних ракурсів методом цифрової мікро-фотограмметрії на близьких відстанях, після чого проводиться обчислення масиву оптичних зображень та формується просторова 3ЗЮО-модель кристалу, яка після обчислення замінюється векторною моделлю- аналогом кристалу. Потім проводиться розрахунок та аналіз векторної моделі і за допомогою спеціального програмного забезпечення здійснюється тривимірна побудова реконструюванної секторальної структури кристалу. Оптико-механічна система ФБВ (фіг. Та) містить: кроковий двигун (1), камеру (2), автоматизований столик з регульованим кутом нахилу (3), контролер- інтервалометр (4). Фотограмметрія реалізовується з використанням цифрової фотокамериThe task is solved by obtaining an array of optical images of the studied crystal from different angles by the method of digital micro-photogrammetry at close distances, after which the array of optical images is calculated and a spatial 3ZUO model of the crystal is formed, which after calculation is replaced by a vector model - an analogue of the crystal. Then the calculation and analysis of the vector model is carried out, and with the help of special software, a three-dimensional construction of the reconstructed sectoral structure of the crystal is carried out. The optical-mechanical system of FBV (Fig. 1a) contains: a stepper motor (1), a camera (2), an automated table with an adjustable tilt angle (3), an intervalometer controller (4). Photogrammetry is implemented using a digital camera
Сапоп ЕО5 6000 (16 Мпікс) із набором перехідних кілець для макрозйомки КепКо та багатолінзовим об'єктивом бідта 700т (18-125 мм) для реєстрації зображень при скануванні кристалу. Для автоматизації процесу збору зображень із різних положень кристалу відносно камери використовується контролер, що керує поворотами столика та спуском затвору камери.Sapop EO5 6000 (16 Mpix) with a set of transition rings for KepKo macro photography and a multi-lens bidta 700t lens (18-125 mm) for recording images during crystal scanning. To automate the process of collecting images from different positions of the crystal relative to the camera, a controller is used that controls the rotation of the table and the lowering of the camera shutter.
Система для ФБВ відкалібрована та протестована на різнотипних об'єктах відомої геометрії.The system for FBV is calibrated and tested on various objects of known geometry.
При цьому система практично не обмежує розміри об'єкта та глибину різкості. Перелаштування оптичної схеми макрооб'єктиву забезпечує потрібне збільшення, а обертання компенсує глибину різкості. Роздільну здатність моделі та необхідну точність реконструювання кристалу (а, відповідно, час сканування та обробки) можна варіювати, змінюючи кількість та роздільну здатність серії зображень при скануванні кристалу (фіг. 16).At the same time, the system practically does not limit the size of the object and the depth of field. Rearranging the optical scheme of the macro lens provides the necessary magnification, and rotation compensates for the depth of field. The resolution of the model and the required accuracy of crystal reconstruction (and, accordingly, the time of scanning and processing) can be varied by changing the number and resolution of a series of images when scanning the crystal (Fig. 16).
Для обробки зображень, аналізу ЗО-моделей та побудови геометричних об'єктів (грані,For image processing, analysis of ZO-models and construction of geometric objects (faces,
Зо нормалі, піраміди росту) використовується спеціальне програмне забезпечення вільного чи умовно вільного використання: Адізой Меїазпаре, Мезпі ар, Суудайп, КПіпосего5 з використанням модуля візуального програмування графічних об'єктів сгаз5поррег. Наведене вище програмне забезпечення наведено як приклад та не має на меті обмеження щодо застосування іншого програмного забезпечення з подібними функціями або аналогічного призначення.From normal, growth pyramids) special software of free or conditionally free use is used: Adizoy Meiazpare, Mezpiar, Suudaip, KPiposego5 using the module of visual programming of graphic objects sgaz5porreg. The above software is provided as an example and is not intended to limit the use of other software with similar functions or a similar purpose.
Спосіб реконструювання секторальної структури кристалів алмазу із використанням цифрової мікро-фотограмметрії включає кілька етапів.The method of reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry includes several stages.
На основі масиву отриманих з допомогою вузла ФБВ зображень будується тривимірна модель кристалу (хмара точок), яка орієнтується за осями координат (фіг. 2а).A three-dimensional model of the crystal (cloud of points) is built on the basis of the array of images obtained with the FBV node, which is oriented along the coordinate axes (Fig. 2a).
Для реконструкції внутрішньої секторальної будови кристалу сканована З3О-модель замінюється її точним векторним аналогом. Через геометричний центр грані проводиться нормаль, що перетинає умовний зародок (центр росту) кристалу (фіг. 26). Потім вершини кожної грані транслюються вздовж нормалі вглиб кристалу з відповідним масштабуванням. В результаті отримується внутрішня секторна структура кристалу як набір пірамід, основами яких є грані векторної моделі кристалу, а вершинами - точки перетину нормалі із умовним зародком кристалу (фіг. 2в). За характером розподілу орієнтації нормалей до граней кристалу та його порівняння із стереографічними проекціями кубічних кристалів здійснюється кристалографічне індексування граней кристалу. Для прогнозування оптимального розкрою кристалу, наприклад отримання плоскопаралельних пластин з переважанням одного сектора, через отриману таким чином ЗО-модель секторів проводяться потрібні перерізи. На фіг. 2г показані лінії перерізів перпендикулярно та паралельно осі росту кристалу. На площині перерізів отримується проекція реконструйованої секторальної будови кристалу. На фіг. З показано секторальну структуру пластин, вирізаних перпендикулярно (фіг. За) та паралельно осі росту кристалу (фіг. Зб), як позначено на фіг. 2г.To reconstruct the internal sectoral structure of the crystal, the scanned 3O-model is replaced by its exact vector counterpart. A normal is drawn through the geometric center of the face, crossing the conditional nucleus (growth center) of the crystal (Fig. 26). Then the vertices of each face are translated along the normal into the crystal with the appropriate scaling. As a result, the internal sector structure of the crystal is obtained as a set of pyramids, the bases of which are the faces of the vector model of the crystal, and the vertices are the points of intersection of the normal with the conditional nucleus of the crystal (Fig. 2c). The crystallographic indexing of the crystal faces is carried out according to the nature of the distribution of the orientation of the normals to the crystal faces and its comparison with the stereographic projections of cubic crystals. To predict the optimal cutting of the crystal, for example, to obtain plane-parallel plates with a predominance of one sector, the necessary sections are made through the 3D model of sectors obtained in this way. In fig. 2d shows cross-section lines perpendicular and parallel to the axis of crystal growth. A projection of the reconstructed sectoral structure of the crystal is obtained on the cross-sectional plane. In fig. C shows the sectoral structure of plates cut perpendicularly (Fig. Za) and parallel to the crystal growth axis (Fig. 3b), as indicated in Fig. 2 years
Пропонований спосіб дозволяє проводити мікро-фотограмметрію кристалів алмазів розмірами від одиниць до кількох десятків міліметрів та забезпечує високу відповідність внутрішньої секторальної структури реконструйованих моделей реальним кристалам.The proposed method makes it possible to carry out micro-photogrammetry of diamond crystals with sizes from units to several tens of millimeters and ensures a high correspondence of the internal sectoral structure of the reconstructed models to real crystals.
Реалізація описаного способу не вимагає дорогого обладнання та програмного забезпечення. З використанням для реєстрації зображень цифрових камер та оптики навіть аматорського рівня,Implementation of the described method does not require expensive hardware and software. Using even amateur-level digital cameras and optics for image registration,
при дотриманні відповідних процедур калібрування та сканування рівень відтворення форми кристалів не поступається точністю результатам лазерного сканування.if appropriate calibration and scanning procedures are followed, the level of crystal shape reproduction is not inferior in accuracy to the results of laser scanning.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202106424U UA151361U (en) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| UAU202106424U UA151361U (en) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| UA151361U true UA151361U (en) | 2022-07-13 |
Family
ID=89902115
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| UAU202106424U UA151361U (en) | 2021-11-15 | 2021-11-15 | Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| UA (1) | UA151361U (en) |
-
2021
- 2021-11-15 UA UAU202106424U patent/UA151361U/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108921901B (en) | Large-view-field camera calibration method based on precise two-axis turntable and laser tracker | |
| US7257249B2 (en) | Discrete linear space sampling method and apparatus for generating digital 3D models | |
| CN106949848B (en) | A kind of high-precision laser 3D profile phone structural detection method | |
| US7206080B2 (en) | Surface shape measurement apparatus, surface shape measurement method, surface state graphic apparatus | |
| US20020149691A1 (en) | Aperture coded camera for three dimensional imaging | |
| US20220373460A1 (en) | Method and apparatus for determining crystallographic orientation on crystalline surfaces | |
| JP2004163271A (en) | Noncontact image measuring apparatus | |
| CN107796718A (en) | Brineling system and method | |
| Morita et al. | Applications of low-cost 3D imaging techniques for the documentation of heritage objects | |
| WO2022078440A1 (en) | Device and method for acquiring and determining space occupancy comprising moving object | |
| US9273954B2 (en) | Method and system for analyzing geometric parameters of an object | |
| EP0116561A1 (en) | Method and apparatus for performing operations on three-dimensional surfaces | |
| Sulej et al. | Improvement of accuracy of the membrane shape mapping of the artificial ventricle by eliminating optical distortion | |
| UA151361U (en) | Method for reconstructing the sectoral structure of diamond crystals using digital micro-photogrammetry | |
| Achilli et al. | Digital photogrammetric survey on the island of Vulcano | |
| CN113432558B (en) | Device and method for measuring irregular object surface area based on laser | |
| Kuhmstedt et al. | Optical 3D sensor for large objects in industrial application | |
| CN112254679B (en) | Multi-position combined type 3D acquisition system and method | |
| Bergues et al. | External visual interface for a Nikon 6D autocollimator | |
| CN115421299B (en) | Dynamic visual field simulation method for galvanometer type holder | |
| Haggrén et al. | Photogrammetric application of spherical imaging | |
| Andresen | Strain tensor for large three-dimensional surface deformation of sheet metal from an object grating | |
| Álvaro-Tordesillas et al. | Design of a prototype® for photogrammetry from a single image, based on specular reflection | |
| SU1718070A1 (en) | Method of determining crystallographic coordinates of crystalline body surface | |
| SU401899A1 (en) | METHOD FOR DETERMINING THE SPHERICAL ABERRATION OF A MIRROR REFLECTING SURFACE |