Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени
В статье рассматривается проблема контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени. Предлагается использование метода сечений для формирования выборки и последующей обработки дальнейших изображений. У статті розглядається проблема контролю форми поверхні плями випромінювання у реаль...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Штучний інтелект |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56161 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени / Ю.Ф. Кутаев, Л.И. Тимченко, В.А. Губернаторов, Н.И. Кокряцкая // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 81-87. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859857185247330304 |
|---|---|
| author | Кутаев, Ю.Ф. Тимченко, Л.И. Губернаторов, В.А. Кокряцкая, Н.И. |
| author_facet | Кутаев, Ю.Ф. Тимченко, Л.И. Губернаторов, В.А. Кокряцкая, Н.И. |
| citation_txt | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени / Ю.Ф. Кутаев, Л.И. Тимченко, В.А. Губернаторов, Н.И. Кокряцкая // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 81-87. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Штучний інтелект |
| description | В статье рассматривается проблема контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени. Предлагается использование метода сечений для формирования выборки и последующей обработки дальнейших изображений.
У статті розглядається проблема контролю форми поверхні плями випромінювання у реальному часі. Пропонується використання методу перетинів для формування вибірки і подальшої обробки подальших зображень.
In the article the problem of control of form of surface of spot of radiation is examined in real time. The use of method of sections is offered for forming of selection and subsequent processing of further images.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:44:36Z |
| format | Article |
| fulltext |
«Штучний інтелект» 3’2010 81
2К
УДК 681.78
Ю.Ф. Кутаев, Л.И. Тимченко, В.А. Губернаторов, Н.И. Кокряцкая
Государственный экономико-технологический университет транспорта, г. Киев, Украина
pontiw@rambler.ru
Применение метода сечений
для контроля формы поверхности пятна
излучения в реальном времени
В статье рассматривается проблема контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени.
Предлагается использование метода сечений для формирования выборки и последующей обработки
дальнейших изображений.
Введение
В настоящее время в полиграфии, лазерной обработке материалов, локации, оп-
тической связи и других областях техники ощущается необходимость более широ-
кого внедрения оптико-электронных систем с автоматической корректировкой иска-
жений формируемого светового излучения. Причинами этих искажений могут быть
дестабилизирующее воздействие механических или климатических факторов, неста-
бильность характеристик источника излучения, возмущения в оптическом тракте,
разъюстировка оптических элементов и т.п. Обеспечение приемлемого качества кор-
рекции требует непрерывного динамического контроля характеристик светового
излучения, например пространственного распределения его интенсивности, в том
числе оценки отклонения указанного распределения от исходного или эталонного
распределения.
Целью данной работы является разработка метода выборки и последующей
обработки формы поверхности пятна излучения в реальном времени.
Приближенная классифицирующая функция
Традиционный путь решения данной задачи включает формирование изобра-
жения пятна излучения В(х, у) на светочувствительной поверхности фотоприемника
с последующим преобразованием в сигнал U(х, у), амплитуда которого в каждой точке
разложения с координатами (х, у) соответствует интенсивности в В (х, у), т.е. U(х, у) ↔
↔ В(х, у). Далее сигнал U(х, у) сравнивают с эталонным сигналом W(х, у) для всех
точек разложения сигналов. Сигналы U(х, у) и W(х, у) представляют собой некоторые
поверхности, которые могут отличаться типом, коэффициентом относительного мас-
штаба, вектором относительной координатной привязки и углами относительных
поворотов в трехмерном пространстве. Поэтому сравнение этих поверхностей долж-
но производиться с учетом всех возможных ситуаций, что требует огромного объема
вычислений и затруднительно для осуществления в реальном времени.
В практически важных случаях требуемое сравнение поверхностей U(х, у) и
W(х, у) может быть реализовано с помощью излагаемого ниже нового метода сечений.
Этот метод включает следующие операции:
Кутаев Ю.Ф.,Тимченко Л.И., Губернаторов В.А., Кокряцкая Н.И.
«Искусственный интеллект» 3’2010 82
2К
1) нахождение максимальных амплитуд сигналов U(х, у) и W(х, у) (рис. 1):
max max ( , ) ,uU U x y h= =
max max ( , ) ;wW W x y h= =
2) нахождение значений площадей 0,75uS и 0,5uS сечений на уровнях 0,75 hu и
0,5 hu для сигнала U(х, у) соответственно, 0,75wS и 0,5wS на уровнях 0,75 hw и 0,5 hw для
сигнала W(х, у) соответственно;
3) расчет приближенных значений коэффициентов формы ,v ur% и ,v wr% для сигна-
лов U(х, у) и W(х, у) соответственно;
, , , 0,75 0,5/ ,v u v u s u u ur r r S S≈ = =% (1)
, , , 0,75 0,5/ ,v w v w s w w wr r r S S≈ = =% (2)
где ~ – знак приближенного значения,
, 0,5 0,5 ,/ , 0 1v u u u u v ur V h S r= < ≤ , (3)
, 0,5 0,5 ,/ , 0 1v u w w w v wr V h S r= < ≤ , (4)
где 0,5uV и 0,5wV – суммарное значение амплитуд сигналов U(х, у) и W(х, у), меньших
уровней 0,5 hu и 0,5 hw соответственно;
Покажем справедливость v sr r≈ на примере текущего сигнала U(х, у) следую-
щим образом.
Объем 0,5uV
)
фигуры выше сечения поверхности U(х, у) по уровню 0,5 hu может
быть найден с помощью одной из известных формул приближенного вычисления ин-
тегралов для равноотстоящих узловых точек, например, формулы Симпсона [1, с. 507]:
0,5 max 0,75 0,5 0,5 ,( ) 4 /12 (4 1) /12u u u u u u s uV h S U S S h S r ≈ + + ≈ +
)
. (5)
Так как max 1( ) uS U S= – площадь сечения поверхности на уровне максимальной
амплитуды, при этом чаще всего 1 0uS ≈ .
x
y
0
S0,5w
w/hw
S1w
S0,75w
1
0,75
0,5
x
y
0
S0,5u
u/hu
S1u
S0,75u
1
0,75
0,5
а) б)
Рисунок 1 – Сигналы эталонного (а) и текущего (б) изображения пятна излучения
4) сравнение коэффициентов формы ,s ur и ,s wr (вместо поэлементного сравне-
ния поверхностей).
Используя (5), легко получить
0,5 0,5 0,5 0,5 ,/ 2 (4 7) /12,u u u u u u s uV V h S h S r= + ≈ +
)
(6)
Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения...
«Штучний інтелект» 3’2010 83
2К
откуда следует
, ,(4 7) /12.v u s ur r≈ +% (7)
Линейная зависимость коэффициентов vr% и sr позволяет использовать коэф-
фициент sr как характеристику формы соответствующей поверхности.
Возможности классификации типов поверхностей посредством коэффициента
sr отражены в табл. 1. Разные значения коэффициента sr соответствуют разным
типам поверхностей приведенных в ней примеров фигур.
Таблица 1 – Профиль продольного сечения
Значения коэффициента Рисунок продольного
сечения
sr vr% vr
Значение
погрешности
vrδ
1. Призма, цилиндр
0,5
0,75
1,0
u/umax
0 X
1 11/12 ≈ 0,92 1 1/12 ≈ 0,083
2. Пирамида, конус
0 X
0,5
0,75
1,0
u/umax
1/4 = 0,25 2/3 ≈ 0,67 2/3 ≈ 0,67 0
3. Полушар
0,5
0,75
1,0
u/R
0 1 X/R
7/12 ≈ 0,58 7/9 ≈ 0,78 7/9 ≈ 0,78 0
4. Полушар с основанием
1,5
2,0
1,0
u/R
0 1 X/R
3/4 = 0,75 5/6 ≈ 0,83 5/6 ≈ 0,83 0
5. Гауссоида
{ }2/)(exp)2/1( 22 yx +−π
0,5
0,75
1,0
u/hu
0 X
ln(4/3)/ln2 ≈
0,415 8,66/12 ≈ 0,722 1/2 ln ≈ 0,721 ≈ 0
Кутаев Ю.Ф.,Тимченко Л.И., Губернаторов В.А., Кокряцкая Н.И.
«Искусственный интеллект» 3’2010 84
2К
Важным достоинством коэффициента sr для некоторых типов поверхностей
является его независимость от коэффициента масштаба, сдвига и ориентации
соответствующей поверхности. Кроме того, вычисление коэффициента sr , так как
число разрядов кода значения 0,5S всегда существенно меньше числа разрядов кода
значения 0,5V .
Коэффициент 4 sr характеризует обобщенную выпуклость поверхности: при
4 1sr > – поверхность выпукла, при 4 1sr < – поверхность плоская в обобщенном
смысле, при 4 1sr = – поверхность линейна в обобщенном смысле.
Важно отметить, что поверхность можно охарактеризовать площадью эффек-
тивного сечения эS :
0,5 0,5 0,5 0,5 0,52( 0,5) / 2( 0,5) / 2 ( 0,5),э v vS V S h h S r h S h h S r= − × × ≈ − × × = −% (8)
откуда
0,75 0,5 1
1 0,75 0,5 1
(4 ) / 6 0,
( 4 ) / 6 0,э э
S S при S
S S
S S S при S
+ ≈
≈ = + + ≠
% (9)
где 1S – площадь сечения сигнала на его максимальном уровне.
Метод сечений [2] можно использовать для выборки сигналов лазерных пуч-
ков, а в качестве параметра выборки использовать коэффициент формы, при этом
данная методика будет использоваться для нахождения центров лазерных пучков.
Алгоритм заключается в следующем:
1. На изображении находится точка с максимальной яркостью.
2. От найденного значения яркости на изображении выбираются 5 значений
яркости, каждое на единицу меньшее от предыдущего. Крайние точки каждого из 6
диапазонов образуют краевые линии. В результате получается 6 краевых линий.
0
5
10
15
а) б)
Рисунок 2 – Форма пятна лазерного пучка
(а – фото с камеры, б – схематический рисунок )
3. Для каждого краевого контура определяется предварительный центр, после
чего вычисляется усредненный центр для координат Х и Y.
Координаты (x,y) энергетического центра двумерного сигнала с удельной не-
линейной плотностью w(f(x,y)), соответствующей данному значению f(x,y), выража-
ются в следующем виде:
x= 1
M
1 1
0 0
N N
x y
w
− −
= =
∑∑ (f (x,y))×x, y= 1
M
1 1
0 0
N N
x y
w
− −
= =
∑∑ (f (x,y)) ×y, M=
1 1
0 0
N N
x y
w
− −
= =
∑∑ (f (x,y)).
Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения...
«Штучний інтелект» 3’2010 85
2К
4. Полученные краевые линии разбиваются на 4 сегмента. В качестве центральной
точки используются координаты предварительного центра (усредненного центра).
5. Определяются «хорошие» и «плохие» изображения по факту попадания в
рассчитанный туннель вычисленного коэффициента формы. Если коэффициент фор-
мы текущего изображения попадает в туннель, то последнее считается «хорошим», в
противном случае – «плохим». Границы туннеля вычисляются в обучаемой выборке
изображений путем последовательного выбора изображений и соответствующих коэф-
фициентов формы с минимальным разбросом координат предварительных центров.
6. Вычисляются координаты энергетических центров только для «хороших»
изображений.
Результаты экспериментальных исследований
Исследовано 15 трасс лазерных пучков [3] и получены следующие результаты
(показано для 2-х трасс):
1. Границы туннеля
^^^
: 0,777a =
^^^
: 0,78b = .
Значение разницы между максимальным и минимальным значением координат 1,147.
0 200 400 600 800
63.5
64
X
XN
а)
0 200 400 600 800
63
63.5
64
Y
YN
б)
Рисунок 3 – График распределения координат центров лазерных пучков
(а) – значение Х, б) – значение У), где Х, У – координаты всей трассы лазерных
пучков соответственно; XN, YN – значения координат центров пятен после выборки
Кутаев Ю.Ф.,Тимченко Л.И., Губернаторов В.А., Кокряцкая Н.И.
«Искусственный интеллект» 3’2010 86
2К
2. Границы туннеля
^^^
: 0,751a =
^^^
: 0,757b = .
Значение разницы между максимальным и минимальным значением координат 2,18.
0 200 400 600 800
64.5
65
65.5
66
X
XN
а)
0 200 400 600 800
62.5
63
Y
YN
б)
Рисунок 4 – График распределения координат центров лазерных пучков
(а) – значение Х, б) – значение У), где Х, У – координаты всей трассы лазерных
пучков соответственно, XN, YN – значения координат центров пятен после выборки
Выводы
Эксперименты показывают, что для изображений пятен лазерных пучков в
результате действия разнообразных дестабилизирующих факторов невозможно точно
измерять координаты их энергетических центров, однако точность можно сущест-
венно повысить, используя вычисление коэффициента формы изображений с после-
дующей их классификацией на «хорошие» и «плохие». Сравнительный анализ пока-
зывает, что предложенные методы позволяют измерять координаты центра лазерных
изображений с точностью определения точки привязки не менее чем 1 – 2 элемента
разложения, что по точности превышают известные, например, на основе определе-
ния центра масс с помощью моментных признаков, в среднем в 1,5 раза.
В соответствии с изложенным методом сечений сравнение поверхностей сво-
дится к сравнению их коэффициентов формы и не требует поэлементного сравнения
Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения...
«Штучний інтелект» 3’2010 87
2К
с учетом всех случаев отличия их типов, коэффициента масштаба, относительного
сдвига и поворота в пространстве. Важно отметить, что равенство коэффициентов
формы поверхностей, в общем случае, позволяет отнести их к одному и тому же
обобщенному типу поверхности или аппроксимировать этим типом поверхности.
Очевидно, что метод сечений может быть легко распространен на случай уве-
личения числа равноотстоящих сечений поверхности или изменения значений уров-
ней сечений, изменения весовых коэффициентов площадей сечений.
При этом в качестве порождающей основы также целесообразно использовать
подходящую формулу приближенного вычисления интегралов [1].
Рассмотренный метод сечений перспективен также для применения в задачах
классификации и архивации изображений в реальном времени. Важным достоин-
ством данного метода является простота осуществления как программными, так и
аппаратными средствами.
Литература
1. Бронштейн И.Н. Справочник по математике / И.Н. Бронштейн, К.А. Семендяев. – М. : Наука, 1986.
2. Кутаев Ю.Ф. Метод фильтрации геометрического шума бинарного изображения / Ю.Ф. Кутаев,
А.С. Сидоров // Сб. научных трудов «Информационная и микропроцессорная техника в полигра-
фии». – М. : Изд-во МПИ «Мир книги», 1992. – С. 57-73.
3. Laser Control of Near Earth Space and Possbilities for Removal of Space Debris from Orbit with Explosive
Photo-Dissociation Lasers with Phase Conjugation / N.G. Basov, E.M. Zemskov, Y.F. Kutaev [et. al.] // Proc.
GCL/HPL 98. SPIE Symposium, (St-Petersburg, (Russia 1998)).
4. Тимченко Л.И. Система координатной привязки для нестационарных сигналов / Л.И. Тимченко,
Ю.Ф. Кутаев, А.А. Герций // Известия РАН. – 2001. – № 6. – (Серия физ.). – С. 886-890.
5. Timchenko L.I. Method for Training of a Parallel-Hierarchical Network, Based on Population Coding for
Processing of Extended Laser Paths Images / Leonid I. Timchenko, Yuriy F. Kutaev // Proceedings of SPIE. –
Vol. 4790. – 2002. – P. 465-479.
Кутаєв Ю.Ф., Тимченко Л.І., Губернаторов В.А., Кокряцька Н.І.
Застосування методу перетинів для контролю форми поверхні плями випромінювання
у реальному часі
У статті розглядається проблема контролю форми поверхні плями випромінювання у реальному часі.
Пропонується використання методу перетинів для формування вибірки і подальшої обробки подальших
зображень.
Kutaev Y.F., Tumchenko L.I., Gubernatorov V.A., Kokryaytskaya N.I.
Application of the Method of Sections for the Control of the Form of the Surface of the Stain
of Radiation in Real Time
In the article the problem of control of form of surface of spot of radiation is examined in real time. The use
of method of sections is offered for forming of selection and subsequent processing of further images.
Статья поступила в редакцию 02.07.2010.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-56161 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1561-5359 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:44:36Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Кутаев, Ю.Ф. Тимченко, Л.И. Губернаторов, В.А. Кокряцкая, Н.И. 2014-02-12T23:52:20Z 2014-02-12T23:52:20Z 2010 Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени / Ю.Ф. Кутаев, Л.И. Тимченко, В.А. Губернаторов, Н.И. Кокряцкая // Штучний інтелект. — 2010. — № 3. — С. 81-87. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1561-5359 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56161 681.78 В статье рассматривается проблема контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени. Предлагается использование метода сечений для формирования выборки и последующей обработки дальнейших изображений. У статті розглядається проблема контролю форми поверхні плями випромінювання у реальному часі. Пропонується використання методу перетинів для формування вибірки і подальшої обробки подальших зображень. In the article the problem of control of form of surface of spot of radiation is examined in real time. The use of method of sections is offered for forming of selection and subsequent processing of further images. ru Інститут проблем штучного інтелекту МОН України та НАН України Штучний інтелект Алгоритмическое и программное обеспечение параллельных вычислительных интеллектуальных систем Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени Застосування методу перетинів для контролю форми поверхні плями випромінювання у реальному часі Application of the Method of Sections for the Control of the Form of the Surface of the Stain of Radiation in Real Time Article published earlier |
| spellingShingle | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени Кутаев, Ю.Ф. Тимченко, Л.И. Губернаторов, В.А. Кокряцкая, Н.И. Алгоритмическое и программное обеспечение параллельных вычислительных интеллектуальных систем |
| title | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| title_alt | Застосування методу перетинів для контролю форми поверхні плями випромінювання у реальному часі Application of the Method of Sections for the Control of the Form of the Surface of the Stain of Radiation in Real Time |
| title_full | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| title_fullStr | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| title_full_unstemmed | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| title_short | Применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| title_sort | применение метода сечений для контроля формы поверхности пятна излучения в реальном времени |
| topic | Алгоритмическое и программное обеспечение параллельных вычислительных интеллектуальных систем |
| topic_facet | Алгоритмическое и программное обеспечение параллельных вычислительных интеллектуальных систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/56161 |
| work_keys_str_mv | AT kutaevûf primeneniemetodasečeniidlâkontrolâformypoverhnostipâtnaizlučeniâvrealʹnomvremeni AT timčenkoli primeneniemetodasečeniidlâkontrolâformypoverhnostipâtnaizlučeniâvrealʹnomvremeni AT gubernatorovva primeneniemetodasečeniidlâkontrolâformypoverhnostipâtnaizlučeniâvrealʹnomvremeni AT kokrâckaâni primeneniemetodasečeniidlâkontrolâformypoverhnostipâtnaizlučeniâvrealʹnomvremeni AT kutaevûf zastosuvannâmetoduperetinívdlâkontrolûformipoverhníplâmivipromínûvannâurealʹnomučasí AT timčenkoli zastosuvannâmetoduperetinívdlâkontrolûformipoverhníplâmivipromínûvannâurealʹnomučasí AT gubernatorovva zastosuvannâmetoduperetinívdlâkontrolûformipoverhníplâmivipromínûvannâurealʹnomučasí AT kokrâckaâni zastosuvannâmetoduperetinívdlâkontrolûformipoverhníplâmivipromínûvannâurealʹnomučasí AT kutaevûf applicationofthemethodofsectionsforthecontroloftheformofthesurfaceofthestainofradiationinrealtime AT timčenkoli applicationofthemethodofsectionsforthecontroloftheformofthesurfaceofthestainofradiationinrealtime AT gubernatorovva applicationofthemethodofsectionsforthecontroloftheformofthesurfaceofthestainofradiationinrealtime AT kokrâckaâni applicationofthemethodofsectionsforthecontroloftheformofthesurfaceofthestainofradiationinrealtime |