Алгоритм обработки изображений с кодом Грея для измерения трёхмерной геометрии сложнопрофильных объектов

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.

1. 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

2. Мордасов М. М., Савенков А. П. Измерение геометрических параметров поверхностей раздела газожидкостных систем. Измерительная техника, (7), 47–49 (2015). https://elibrary.ru/udnvql

3. 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

4. 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

5. Янушкин В. Н., Коляда Ю. Б. Прецизионные фотоэлектрические преобразователи перемещения в нанометрии. Измерительная техника, (8), 16–18 (2014). https://elibrary.ru/sxucuv

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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