<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">izmertech</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Измерительная техника</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Izmeritel`naya Tekhnika</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">0368-1025</issn><issn pub-type="epub">2949-5237</issn><publisher><publisher-name>ФГУП "ВНИИФТРИ"</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.32446/0368-1025it.2024-11-19-26</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">izmertech-2252</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="en"><subject>OPTICOPHYSICAL MEASUREMENTS</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Алгоритм обработки изображений с кодом Грея для измерения трёхмерной геометрии сложнопрофильных объектов</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Gray code image processing algorithm for measuring three-dimensional geometry of complex-profile objects</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0002-0018-7675</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Двойнишников</surname><given-names>С. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Dvoinishnikov</surname><given-names>Sergei V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Сергей Владимирович Двойнишников, заведующий лабораторией,</p><p>Новосибирск.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Novosibirsk.</p></bio><email xlink:type="simple">dv.s@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Зуев</surname><given-names>В. О.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Zuev</surname><given-names>Vladislav O.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Владислав Олегович Зуев, инженер-исследователь,</p><p>Новосибирск.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Novosibirsk.</p></bio><email xlink:type="simple">vlad.zuev.0017@mail.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><contrib-id contrib-id-type="orcid">https://orcid.org/0000-0001-7322-1355</contrib-id><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Бакакин</surname><given-names>Г. В.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Bakakin</surname><given-names>Grigory V.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Григорий Владимирович Бакакин, научный сотрудник,</p><p>Новосибирск.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Novosibirsk.</p></bio><email xlink:type="simple">bakakin@itp.nsc.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Павлов</surname><given-names>В. А.</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Pavlov</surname><given-names>Vladimir A.</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>Владимир Антонович Павлов, старший научный сотрудник,</p><p>Новосибирск.</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Novosibirsk.</p></bio><email xlink:type="simple">pavlov@itp.nsc.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>Институт теплофизики им. С.С.Кутателадзе</institution><country>Россия</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Kutateladze Institute of Thermophysycs SB RAS</institution><country>Russian Federation</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2024</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>05</day><month>12</month><year>2024</year></pub-date><volume>0</volume><issue>11</issue><fpage>19</fpage><lpage>26</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; ФГУП "ВНИИФТРИ", 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">ФГУП "ВНИИФТРИ"</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">ФГУП "ВНИИФТРИ"</copyright-holder><license xlink:href="https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice" xlink:type="simple"><license-p>https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNotice</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://www.izmt.ru/jour/article/view/2252">https://www.izmt.ru/jour/article/view/2252</self-uri><abstract><p>Описано развитие методов обработки данных, в частности метод обработки изображений с бинарным кодом Грея. Результаты обработки изображений с бинарным кодом Грея используют для разрешения фазовой неоднозначности в методе фазовой триангуляции, который является разновидностью триангуляционного метода с использованием структурированных засветок. Разработан алгоритм обработки изображений для расшифровки бинарного кода, сформированного источником оптического излучения. Код заключён в зависимость распределения интенсивности изображения поверхности наблюдаемого фотоприёмником объекта от номера кадра. Предложенный алгоритм обеспечивает устойчивую бинаризацию изображений кода Грея в условиях ограниченного динамического диапазона фотоприёмника и произвольных светорассеивающих свойств поверхности измеряемого объекта без использования инвертированных проецируемых изображений. Разработанный алгоритм можно успешно применять в триангуляционных системах с использованием структурированных засветок для измерения трёхмерной геометрии сложнопрофильных объектов. Показано, что при всех возможных соотношениях регистрируемой интенсивности излучения и динамического диапазона фотоприёмника с помощью предложенного алгоритма можно корректно расшифровать код Грея в виде последовательности изображений, формирующих структурированные засветки. При этом отклонение результатов расшифровки кода Грея обусловлено только шумами на принимаемых изображениях и не искажает результаты измерений. Основное преимущество предложенного алгоритма – возможность использовать практически в два раза меньшее количество структурированных засветок для расшифровки кода Грея по сравнению с алгоритмом, применяющем инвертированные изображения кода.</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>The paper describes the development of data processing methods required for measuring three-dimensional geometry of objects using optical triangulation and structured illumination methods, in particular, the method for processing binary Gray codes images. An image processing algorithm is proposed that allows decoding the binary code generated by an optical radiation source. The code is contained in the dependence of the intensity distribution of the surface image of the object observed by the photodetector on the frame number. The proposed algorithm ensures stable binarization of Gray code images under conditions of a limited dynamic range of the photodetector and arbitrary light-scattering properties of the surface of the measured object without using inverted projected images. The proposed algorithm can be successfully applied in systems for measuring three-dimensional geometry of complex-profi le objects, the operation of which is based on the triangulation principle (the operation of the measurement systems, not the objects, is described) and the structured illumination method. It is shown that for all possible ratios of the recorded radiation intensity and the dynamic range of the photodetector, the method correctly decodes the values of the Gray code encoded in structured illumination. In this case, the deviation of the Gray code decoding results is caused only by the noise of the received images and does not distort the measurement results. The main advantage of the proposed algorithm is the ability to use almost twice as few structured highlights to decrypt the Gray code compared to the algorithm using inverted code images.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>цифровая обработка изображений</kwd><kwd>код Грея</kwd><kwd>структурированное освещение</kwd><kwd>алгоритм обработки изображений</kwd><kwd>трёхмерная геометрия</kwd><kwd>сложнопрофильные объекты</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>digital image processing</kwd><kwd>Gray code</kwd><kwd>structured lighting</kwd><kwd>image processing algorithm</kwd><kwd>three-dimensional geometry</kwd><kwd>complex-profile objects</kwd></kwd-group><funding-group><funding-statement xml:lang="ru">Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект РНФ 23-29-00194).</funding-statement><funding-statement xml:lang="en">The work was carried out with the support of the Russian Science Foundation (Project 23-29-00194).</funding-statement></funding-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Dvoynishnikov S. V., Kabardin I. K., Meledin V. G. Advanced phase triangulation methods for 3D shape measurements in scientifi c and industrial applications. In: Sergiyenko O., Flores-Fuentes W., Mercorelli P. (eds), Machine Vision and Navigation. Springer, Cham. (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-22587-2_21</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dvoynishnikov S. V., Kabardin I. K., Meledin V. G. Advanced phase triangulation methods for 3D shape measurements in scientifi c and industrial applications. In: Sergiyenko O., Flores-Fuentes W., Mercorelli P. (eds), Machine Vision and Navigation. Springer, Cham. (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-030-22587-2_21</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Мордасов М. М., Савенков А. П. Измерение геометрических параметров поверхностей раздела газожидкостных систем. Измерительная техника, (7), 47–49 (2015). https://elibrary.ru/udnvql</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Mordasov M. M., Savenkov A. P. Measurement of geometric parameters of interfaces in gas–liquid systems. Measurement Te chniques, 58(7), 796–799 (2015). https://doi.org/10.1007/s11018-015-0796-x</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Марков Б. Н., Шарамков А. Б. Использование результатов калибровки координатно-измерительных машин FARO ARM для сравнительной оценки их точностных возможностей. Измерительная техника, (8), 19–21 (2014). https://elibrary.ru/sxucvf</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Markov B. N., Sharamkov A. B. The use of the results of calibration of faro arm coordinate-measuring machines for use in comparative estimation of their precision capabilities. Measurement Techniques, 57(8), 870–874 (2014). https://doi.org/10.1007/s11018-014-0551-8</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Левин Г. Г., Минаев В. Л., Иванов А. Д., Голополосов А. А., Горяинова И. В. Метрологическое обеспечение видеоизмерительных систем. Измерительная техника, (1), 24–30 (2023). https://doi.org/10.32446/0368-1025it.2023-1-24-30</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Levin G. G., Minaev V. L., Ivanov A. D. et al. Metrological support of video measuring systems. Measurement Techniques, 66(1), 24–30 (2023). https://doi.org/10.1007/s11018-023-02185-x</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Янушкин В. Н., Коляда Ю. Б. Прецизионные фотоэлектрические преобразователи перемещения в нанометрии. Измерительная техника, (8), 16–18 (2014). https://elibrary.ru/sxucuv</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Yanushkin V. N., Kolyada Y. B. Precision photoelectric displacement transducers in nanometry. Measurement Techniques, 57(8), 866–869 (2014). https://doi.org/10.1007/s11018-014-0550-9</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Silva R., Sil va B., Fernandes C. et al. A review on 3D scanners studies for producing customized orthoses. Sensors, (24), 1373 (2024). https://doi.org/10.3390/s24051373</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Silva R., Silva B., Fernandes C. et al. A review on 3D scanners studies for producing customized orthoses. Sensors, (24), 1373 (2024). https://doi.org/10.3390/s24051373</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Jonathan C. K. Wells. Three-dimensional optical scanning for clinical body shape assessment comes of age. The American Journal of Clinical Nutrition, 110(6), 1272–1274 (2019). https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz258</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Jonathan C. K. Wells. Three-dimensional optical scanning for clinical body shape assessment comes of age. The American Journal of Clinical Nutrition, 110(6), 1272–1274 (2019). https://doi.org/10.1093/ajcn/nqz258</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">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/en14206485</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">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/en14206485</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Angelsky 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.2020.00114</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Angelsky 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.2020.00114</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zhang 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.2009.03.008</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhang 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.2009.03.008</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Lohry W., Zhang S. High-speed absolute three-dimensional shape measurement using three binary dithered patterns. Optic Express, (22), 26752–26762 (2014). https://doi.org/10.1364/OE.22.026752</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Lohry W., Zhang S. High-speed absolute three-dimensional shape measurement using three binary dithered patterns. Optic Express, (22), 26752–26762 (2014). https://doi.org/10.1364/OE.22.026752</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Двойнишников С. В., Меледин В. Г., Кабардин И. К., Рахманов В. В., Зуев В. О. 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.2022-6-36-40</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dvoynishnikov S. V., Meledin V. G., Kabardin I. K. et al. Phase triangulation method with statistical fi ltering 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-w</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Zhang Y., Yilmaz A. Structured light based 3d scanning for specular surface by the combination of Gray code and phase shifting. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B3, 137–142 (2016). https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLI-B3-137-2016</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhang Y., Yilmaz A. Structured light based 3d scanning for specular surface by the combination of Gray code and phase shifting. The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, XLI-B3, 137–142 (2016). https://doi.org/10.5194/isprs-archives-XLI-B3-137-2016</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Двойнишников С. В., Бакакин Г. В., Зуев В. О., Меледин В. Г. 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.2023.26.104</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Dvoinishnikov 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/s1990478923010076</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
