izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-6-36-40izmertech-1609Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSМетод фазовой триангуляции со статистической фильтрацией для измерений в условиях случайных аддитивных помех и ограниченного динамического диапазона фотоприёмникаPhase triangulation method with statistical filtering for measurements under conditions of random additive noise and a limited dynamic range of a photodetectorhttps://orcid.org/0000-0002-0018-7675ДвойнишниковС. В.DvoynishnikovS. V.

Сергей Владимирович Двойнишников

Новосибирск

Sergey V. Dvoynishnikov

Novosibirsk

dv.s@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3765-342XМелединВ. Г.MeledinY. G.

Владимир Генриевич Меледин

Новосибирск

Vladimir G. Meledin

Novosibirsk

meledin@itp.nsc.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2002-2998КабардинИ. К.KabardinI. K.

Иван Константинович Кабардин

Новосибирск

Ivan K. Kabardin

Novosibirsk

ivankabardin@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0001-9835-6520РахмановВ. В.RakhmanovV. V.

Виталий Владиславович Рахманов

Новосибирск

Vitaly V. Rakhmanov

Novosibirsk

rahmanov@inbox.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8317-3278ЗуевВ. О.ZuevV. O.

Владислав Олегович Зуев

Новосибирск

Vladislav O. Zuev

Novosibirsk

vlad.zuev.0017@mail.ruИнститут теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияKutateladze Institute of thermophysics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАНРоссияKutateladze Institute of thermophysics SB RASRussian Federation202212052023063640Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1609

Изучено применение оптических методов для измерения параметров трёхмерных объектов. Рассмотрены методы расшифровки фазовых изображений в условиях аддитивных помех и ограниченного динамического диапазона фотоприёмника. Существующие методы расшифровки фазовых изображений вносят нелинейные искажения и систематическую погрешность в результаты измерений в указанных условиях. Предложен исключающий систематические искажения результатов измерений метод фазовой триангуляции со статистической фильтрацией данных для измерения трёхмерного профиля объекта в условиях случайного аддитивного шума и ограниченного динамического диапазона фотоприёмника. Метод основан на адаптивной фильтрации и статистическом анализе распределения интенсивности в зарегистрированных фазовых изображениях. Аналитически исследована погрешность метода расшифровки фазовых изображений с использованием статистической фильтрации данных и пороговой фильтрации. Предложенный метод можно применять для расшифровки данных в системах измерения трёхмерной геометрии, реализующих метод фазовой триангуляции.

The application of optical methods for measuring the parameters of three-dimensional objects has been studied. Methods for decoding phase images under conditions of additive noise and a limited dynamic range of a photodetector are considered. The existing methods for decoding phase images introduce nonlinear distortions and systematic error into the measurement results under such conditions. A phase triangulation method with statistical data fitering is proposed for measuring the three-dimensional profie of an object under conditions of random additive noise and a limited dynamic range of a hotodetector, which excludes systematic distortions of the measurement results. The method is based on adaptive filtering and statistical analysisof the intensity distribution in the recorded phase images. The error of the method of decoding phase images using statistical data filtering and threshold fi ltering is analyzed analytically. The proposed method can be used to decode data in systems for measuring three-dimensional geometry that implement the phase triangulation method.

трёхмерная геометрияфазовая триангуляциядинамический диапазонстатистический анализ3D-geometryphase triangulationdynamic rangestatistical analysisReferencesGorthi S. S., Rastogi P., Optics and Lasers in Engineering, 2010, vol. 48, iss. 2, pp. 133–140. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2009.09.001Gorthi S. S., Rastogi P., Optics and Lasers in Engineering, 2010, vol. 48, iss. 2, pp. 133–140. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2009.09.001D’Apuzzo N., Proceedings SPIE, 2006, vol. 6056, 605605. https://doi.org/10.1117/12.650123D’Apuzzo N., Proceedings SPIE, 2006, vol. 6056, 605605. https://doi.org/10.1117/12.650123Zhang S., Opt. Lasers Eng, 2010, vol. 48 (2), pp. 149–158. https://doi.org/10.1016/J.OPTLASENG.2009.03.008Zhang S., Opt. Lasers Eng, 2010, vol. 48 (2), pp. 149–158. https://doi.org/10.1016/J.OPTLASENG.2009.03.008Gruber M., Hausler G., Simple, robust and accurate phasemeasuring triangulation, Optik, 1992, vol. 3, pp. 118–122.Gruber M., Hausler G., Simple, robust and accurate phasemeasuring triangulation, Optik, 1992, vol. 3, pp. 118–122.Chen L., Liang C., Nguyen X., Shu Y., Wu H.-W., Meas. Sci. Technol., 2010, vol. 21(10), 105309. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/10/105309Chen L., Liang C., Nguyen X., Shu Y., Wu H.-W., Meas. Sci. Technol., 2010, vol. 21(10), 105309. https://doi.org/10.1088/0957-0233/21/10/105309Двойнишников С. В., Куликов Д. В., Меледин В. Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного восстановления профиля поверхности трёхмерных объектов сложной формы // Метрология. 2010. № 4. С. 15–27 [Dvoynishnikov S. V., Kulikov D. V., Meledin V. G., Measurement Techniques, 2010, vol. 53(6), pp. 648–656. https://doi.org/10.1007/S11018-010-9556-0].Двойнишников С. В., Куликов Д. В., Меледин В. Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного восстановления профиля поверхности трёхмерных объектов сложной формы // Метрология. 2010. № 4. С. 15–27 [Dvoynishnikov S. V., Kulikov D. V., Meledin V. G., Measurement Techniques, 2010, vol. 53(6), pp. 648–656. https://doi.org/10.1007/S11018-010-9556-0].Двойнишников С. В., Аникин Ю. А., Кабардин И. К., Куликов Д. В., Меледин В. Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного измерения профиля поверхности крупногабаритных объектов сложной формы // Измерительная техника. 2016. № 1. С. 17–22 [Dvoinishnikov S. V., Anikin Y. A., Kabardin I. K., Kulikov D. V., Meledin V. G., Measurement Techniques, 2016, vol. 59(1), pp. 21–27. https://doi.org/10.1007/S11018-016-0910-8].Двойнишников С. В., Аникин Ю. А., Кабардин И. К., Куликов Д. В., Меледин В. Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного измерения профиля поверхности крупногабаритных объектов сложной формы // Измерительная техника. 2016. № 1. С. 17–22 [Dvoinishnikov S. V., Anikin Y. A., Kabardin I. K., Kulikov D. V., Meledin V. G., Measurement Techniques, 2016, vol. 59(1), pp. 21–27. https://doi.org/10.1007/S11018-016-0910-8].Двойнишников С. В., Меледин В. Г., Главный В. Г., Наумов И. В., Чубов А. С. Оценка оптимальной частоты пространственной модуляции излучения 3D-измерений // Измерительная техника. 2015. № 5. С. 24–27 [Dvoinishnikov S. V., Meledin V. G., Glavnyi V. G., Naumov I. V., Chubov A. S., Measurement Techniques, 2015, vol. 58(5), pp. 506–511. https://doi.org/10.1007/S11018-015-0745-8].Двойнишников С. В., Меледин В. Г., Главный В. Г., Наумов И. В., Чубов А. С. Оценка оптимальной частоты пространственной модуляции излучения 3D-измерений // Измерительная техника. 2015. № 5. С. 24–27 [Dvoinishnikov S. V., Meledin V. G., Glavnyi V. G., Naumov I. V., Chubov A. S., Measurement Techniques, 2015, vol. 58(5), pp. 506–511. https://doi.org/10.1007/S11018-015-0745-8].Dvoynishnikov S. V., Rakhmanov V. V., Kabardin I. K., Meledin V. G., Measurement, 2019, vol. 145, pp. 63–70. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.05.054Dvoynishnikov S. V., Rakhmanov V. V., Kabardin I. K., Meledin V. G., Measurement, 2019, vol. 145, pp. 63–70. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2019.05.054Lv S., Jiang M., Su C., Zhang L., Zhang F., Sui Q., Jia L., Sensors, 2021, vol. 21, 4463. https://doi.org/10.3390/s21134463Lv S., Jiang M., Su C., Zhang L., Zhang F., Sui Q., Jia L., Sensors, 2021, vol. 21, 4463. https://doi.org/10.3390/s21134463Wankhede P., Kodey S., Kurra S, Radhika S., Measurement, 2022, vol. 187, 110273. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110273Wankhede P., Kodey S., Kurra S, Radhika S., Measurement, 2022, vol. 187, 110273. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110273Rudyk A., Semenov A., Kryvinska N., Semenova O., Measurement, 2022, vol. 187, 110271. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110271Rudyk A., Semenov A., Kryvinska N., Semenova O., Measurement, 2022, vol. 187, 110271. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110271Jiang Y., Wang S., Qin H., Li B., Li Q., Measurement, 2021, vol. 186, 110207. https://doi.org/10.1088/1361-6501%2Fac1b41Jiang Y., Wang S., Qin H., Li B., Li Q., Measurement, 2021, vol. 186, 110207. https://doi.org/10.1088/1361-6501%2Fac1b41Dong Y., Li Z., Zhu L., Zhang X., Measurement, 2021, vol. 186, 110199. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110199Dong Y., Li Z., Zhu L., Zhang X., Measurement, 2021, vol. 186, 110199. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110199Guo F., Yang B., Zheng W., Liu S., Measurement, 2021, vol. 186, 110165. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110165Guo F., Yang B., Zheng W., Liu S., Measurement, 2021, vol. 186, 110165. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110165Fan J., F eng Y., Mo J., Wang S., Liang Q., Measurement, 2021, vol. 185, 110029. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110029Fan J., F eng Y., Mo J., Wang S., Liang Q., Measurement, 2021, vol. 185, 110029. http://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110029Wang H., Ma J., Yang H., Sun F., Wei Y., Wang L., Measurement, 2021, vol. 185, 110003. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110003Wang H., Ma J., Yang H., Sun F., Wei Y., Wang L., Measurement, 2021, vol. 185, 110003. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.110003Shi B., Ma Z., Ni X., Liu J., Liu H., Measurement, 2021, vol. 185, 109938. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109938Shi B., Ma Z., Ni X., Liu J., Liu H., Measurement, 2021, vol. 185, 109938. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2021.109938Zhang Y., Fan N., Wu Y., Wu G., Luo H., Yan J., Yang S., Liu F., Measurement, 2021, vol. 171, 108762. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108762Zhang Y., Fan N., Wu Y., Wu G., Luo H., Yan J., Yang S., Liu F., Measurement, 2021, vol. 171, 108762. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.108762Luhmann T., ISPRS J. Photogramm. Remote Sens, 2010, vol. 65(6), pp. 558–569. https://doi.org/10.1016/J.ISPRSJPRS.2010.06.003Luhmann T., ISPRS J. Photogramm. Remote Sens, 2010, vol. 65(6), pp. 558–569. https://doi.org/10.1016/J.ISPRSJPRS.2010.06.003Li B., An Y., Capelleri D., Xu J., Zhang S., Int. J. Intell. Robot. Appl, 2017, vol. 1 (1), pp. 86–103. https://doi.org/10.1007/s41315-016-0001-7Li B., An Y., Capelleri D., Xu J., Zhang S., Int. J. Intell. Robot. Appl, 2017, vol. 1 (1), pp. 86–103. https://doi.org/10.1007/s41315-016-0001-7Matthias S., Kästner M., Reithmeier E., Measurement, 2015, vol. 73, pp. 239–246. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2015.05.024Matthias S., Kästner M., Reithmeier E., Measurement, 2015, vol. 73, pp. 239–246. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2015.05.024Chu C., Yang H., Wang L., Measurement, 2019, vol. 145, pp. 410–418. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2019.02.058Chu C., Yang H., Wang L., Measurement, 2019, vol. 145, pp. 410–418. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2019.02.058Koutecký T., Paloušek D., Brandejs J., Measurement, 2016, vol. 94, pp. 60–70. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2016.07.067Koutecký T., Paloušek D., Brandejs J., Measurement, 2016, vol. 94, pp. 60–70. https://doi.org/10.1016/J.MEASUREMENT.2016.07.067Cao X., Xie W., Ahmed S. M., Li C. R., Measurement, 2020, vol. 159, 107771. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107771Cao X., Xie W., Ahmed S. M., Li C. R., Measurement, 2020, vol. 159, 107771. https://doi.org/10.1016/j.measurement.2020.107771Пат. № 2433372 РФ / Двойнишников С. В., Меледин В. Г. // Изобретения. Полезные модели. 2011. № 31 [Dvojnishnikov S. V., Meledin V. G., RF Patent no. 2433372, Byull. Izobret., no. 31 (2011)].Пат. № 2433372 РФ / Двойнишников С. В., Меледин В. Г. // Изобретения. Полезные модели. 2011. № 31 [Dvojnishnikov S. V., Meledin V. G., RF Patent no. 2433372, Byull. Izobret., no. 31 (2011)].Пат. № 2439489 РФ / Двойнишников С. В., Меледин В. Г. // Изобретения. Полезные модели. 2012. № 1 [Dvojnishnikov S. V., Meledin V. G., RF Patent no. 2439489, Byull. Izobret., no. 1 (2012)].Пат. № 2439489 РФ / Двойнишников С. В., Меледин В. Г. // Изобретения. Полезные модели. 2012. № 1 [Dvojnishnikov S. V., Meledin V. G., RF Patent no. 2439489, Byull. Izobret., no. 1 (2012)].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.