izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2024-4-16-22izmertech-2128Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSФильтрация результатов измерений трёхмерной геометрии объектов методом фазовой триангуляции в условиях нестационарного освещенияFiltering the results of measurements three-dimensional geometry of objects by the phase triangulation method under non-stationary lighting conditionshttps://orcid.org/0000-0002-0018-7675ДвойнишниковС. В.DvoinishnikovS. V.

Двойнишников Сергей Владимирович - заведующий лабораторией.

Новосибирск

Sergey V. Dvoinishnikov.

Novosibirsk

dv.s@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7322-1355БакакинГ. В.BakakinG. V.

Бакакин Григорий Владимирович.

Новосибирск

Grigory V. Bakakin.

Novosibirsk

bakakin@itp.nsc.ruПавловВ. А.PavlovV. A.

Павлов Владимир Антонович.

Новосибирск

Vladimir A. Pavlov.

Novosibirsk

pavlov@itp.nsc.ruРахмановВ. В.RakhmanovV. V.

Рахманов Виталий Владиславович.

Новосибирск

Vitaliy V. Rakhmanov.

Novosibirsk

rahmanov@inbox.ruИнститут теплофизики им. С.С. Кутателадзе, Сибирского отделения Российской академии наукРоссияKutateladze Institute of Thermophysics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesRussian Federation202410062024041622Copyright © Двойнишников С.В., Бакакин Г.В., Павлов В.А., Рахманов В.В., 20242024Двойнишников С.В., Бакакин Г.В., Павлов В.А., Рахманов В.В.Dvoinishnikov S.V., Bakakin G.V., Pavlov V.A., Rakhmanov V.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.izmt.ru/jour/article/view/2128

Рассмотрены вопросы улучшения метрологических характеристик метода фазовой триангуляции для измерений трёхмерной геометрии объектов. Показано, что на стабильность результатов измерений влияет нестационарность внешнего освещения. Предложен метод фильтрации принятых фотоприёмником данных при измерениях методом фазовой триангуляции в условиях нестационарного освещения. В основе метода лежит частотный анализ принятых данных и их фильтрация по критерию амплитуды первой гармоники в частотном разложении сигнала. Предложенный метод в виде алгоритма фильтрации экспериментально апробирован в измерительном комплексе, реализующем метод фазовой триангуляции. Проведено сравнение результатов фильтрации, полученных разработанным методом на основе частотного анализа принятых данных и методом фильтрации на базе анализа амплитудной модуляции интенсивности сигнала, зарегистрированного фотоприёмником. По итогам сравнительного анализа результатов фильтрации двумя методами установлена повышенная (более чем в 8 раз) эффективность предложенного метода фильтрации. Результаты работы полезны при обработке и анализе экспериментальных результатов, а также способствовуют развитию оптических методов измерений трёхмерной геометрии объектов.

The issues of improving the metrological characteristics of the phase triangulation method for measuring three-dimensional geometry are considered. In practice, external lighting is usually non-stationary, which affects the stability of measurement results. The paper proposes a method for filtering data received by a photodetector during measurements using the phase triangulation method under non-stationary lighting conditions. The method is based on frequency analysis of received data and filtering according to the criterion of the amplitude of the first harmonic in the frequency decomposition of the signal. The proposed method is implemented in the form of an algorithm for filtering the measured point cloud in a measuring complex that implements the phase triangulation method. The proposed method has been experimentally tested. A comparison was made of the filtering results obtained by the developed method based on frequency analysis of received data and the filtering method based on the analysis of amplitude modulation of the signal intensity recorded by a photodetector. Based on the results of a comparative analysis of the results of filtration by two methods, an increased (more than eight times) efficiency of the proposed filtration method was established. The results of the work will be useful in the field of processing and analysis of experimental results and for the development of optical methods for measuring three-dimensional geometry.

фазовая триангуляциянестационарное освещениефильтрация результатов измеренияспектральный анализтрёхмерная геометрияphase triangulationnon-stationary illuminationfiltering of measurement resultsspectral analysisthree-dimensional geometryРабота выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект РНФ 23-29-00194).The work was carried out with the support of the Russian Science Foundation (Project 23-29-00194).ReferencesМеледин В. Г. Оптоэлектронные информационные системы для науки и промышленности. Сборник материалов Международной научной конференции «СибОптика-2014» в 2 т., СГГА, Новосибирск, 1, 3–12 (2014).Meledin V. G. Optoelectronic information systems for science and industry. International scientific conference “SibOptika-2014” in 2 volums, SGGA Publ., Novosibirsk, 1, 3–12 (2014). (In Russ.)Kabardin I., Dvoynishnikov S., Gordienko M., et. al. Optical methods for measuring icing of wind turbine blades. Energies, (14), 6485 (2021). https://doi.org/10.3390/en14206485Kabardin I., Dvoynishnikov S., Gordienko M., et. al. Optical methods for measuring icing of wind turbine blades. Energies, (14), 6485 (2021). https://doi.org/10.3390/en14206485Angelsky O. V., Bekshaev A. Y., Hanson S. G., et. al. Structured light: ideas and concepts. Frontiers in Physics, 8 (2020). https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00114Angelsky O. V., Bekshaev A. Y., Hanson S. G., et. al. Structured light: ideas and concepts. Frontiers in Physics, 8 (2020). https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00114Zhang S. Recent progresses on real-time 3-D shape measurement using digital fringe projection techniques. Optics and Lasers in Engineering 48(2), 149–158 (2010). http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2009.03.008Zhang S. Recent progresses on real-time 3-D shape measurement using digital fringe projection techniques. Optics and Lasers in Engineering 48(2), 149–158 (2010). http://dx.doi.org/10.1016/j.optlaseng.2009.03.008Двойнишников С. В., Куликов Д. В., Меледин В. Г. Оптоэлектронный метод бесконтактного восстановления профиля поверхности трёхмерных объектов сложной формы. Метрология, (4), 15–27 (2010).Dvoinishnikov S. V., Kulikov D. V., Meledin V. G. Optoelectronic method of contactless reconstruction of the surface profile of complexly shaped three-dimensional objects. Measurement Techniques, 53(6), 648–656 (2010). https://doi.org/10.1007/s11018-010-9556-0Zuo C., Tao T., Feng S., et. al. Micro Fourier Transform Profilometry (μFTP): 3D shape measurement at 10,000 frames per second. Optics and Lasers in Engineering, 102, 70–91 (2018). https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2017.10.013Zuo C., Tao T., Feng S., et. al. Micro Fourier Transform Profilometry (μFTP): 3D shape measurement at 10,000 frames per second. Optics and Lasers in Engineering, 102, 70–91 (2018). https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2017.10.013Михляев С. В. Применение методов оптической триангуляции для измерения уровня расплава при выращивании кристаллов. Автометрия, 39(5), 30–41 (2003).Mihlyaev S. V. Triangulation sensing of melt surface during crystal growth. Autometriya, 39(5), 25–34 (2003). (In Russ.)Двойнишников С. В., Меледин В. Г., Кабардин И. К. и др. Метод фазовой триангуляции со статистической фильтрацией для измерений в условиях случайных аддитивных помех и ограниченного динамического диапазона фотоприёмника. Измерительная техника, (6), 36–40 (2022). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2022-6-36-40Dvoynishnikov S. V., Meledin V. G., Kabardin I. K., et. al. Phase triangulation method with statistical filtering for measurements at random additive interference with a limited dynamic range of a photodetector. Measurement Techniques, 65(6), 426–431 (2022). https://doi.org/10.1007/s11018-022-02100-wДвойнишников С. В., Бакакин Г. В., Зуев В. О. и др. Адаптивный алгоритм обработки данных в условиях аддитивных помех фотоприёмника в задачах измерения трёхмерной геометрии методами фазовой триангуляции. Сибирский журнал индустриальной математики, 26(1), 47–54 (2023). https://doi.org/10.33048/SIBJIM.2023.26.104Dvoinishnikov S. V., Bakakin G. V., Zuev V. O., Meledin V. G. Adaptive data processing algorithm in problems of measuring three-dimensional geometry by phase triangulation methods under additive noise in the photodetector. Journal of Applied and Industrial Mathematics, 17(1), 58–63 (2023). https://doi.org/10.1134/s1990478923010076Шулепов А. В., Вин П. С. Исследование погрешности измерения геометрических параметров деталей в зависимости от цвета покрытия поверхности в лазерных сканирующих оптоэлектронных измерительных системах. Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль, (1(27)), 55–62 (2019). https://doi.org/10.21685/2307-5538-2019-1-8Shulepov A. V., Vin P. S. Investigation of measurement error of geometric parameters of parts depending on the color of the surface coating in laser scanning optoelectronic measuring systems. Measuring. Monitoring. Management. Control, (1(27)), 55–62 (2019). https://doi.org/10.21685/2307-5538-2019-1-8 (In Russ.)Зуев В. О., Двойнишников С. В., Меледин В. Г. и др. Измерение геометрических параметров наледи методом фазовой триангуляции в ограниченном объёме с преломлением оптических сигналов. Теплофизика и аэромеханика, 30(1), 127–132 (2023). https://elibrary.ru/flflgfZuev V. O., Dvoinishnikov S. V., Meledin V. G., et al. Measuring the geometric parameters of ice by phase triangulation method in a limited volume with refraction of optical signals. Thermophysics and Aeromechanics, 30(1), 121–126 (2023). https://doi.org/10.1134/S0869864323010134Двойнишников С. В., Куликов Д. В., Меледин В. Г., Рахманов В. В. Алгоритм расшифровки фазовых изображений для измерения трёхмерной геометрии динамичных объектов. Сибирский журнал индустриальной математики, 26(2), 53–59 (2023). https://doi.org/10.33048/SIBJIM.2023.26.205Dvoynishnikov S. V., Kulikov D. V., Mledin V. G., Rahmanov V. V. Phase image decoding algorithm for three-dimensional geometry measurements of dynamic objects. Journal of Applied and Industrial Mathematics, 17(2), 291–295 (2023). https://doi.org/10.1134/S1990478923020072Сергиенко А. Б. Цифровая обработка сигналов. 2-е изд. Питер, Санкт-Петербург (2006).Sergienko A. B. Digital Signal Processing. Second edition. Piter Publ., St. Petersburg (2006). (In Russ.)Двойнишников С. В., Бакакин Г. В., Павлов В. А., Меледин В. Г. Быстрый алгоритм расшифровки изображения объекта в структурированном свете для измерения трёхмерного профиля в условиях нелинейности оптического тракта. Измерительная техника, (8), 36–41 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-8-36-41Dvoynishnikov S. V., Bakakin G. V., Pavlov V. A., Meledin V. G. A fast algorithm for decoding an object image in structured light for measuring a three-dimensional profile in a nonlinear optical path. Measurement Techniques, 66(8), 584–592 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02271-0

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