 |
|
Інформативність оптичного зображення.
Аналіз ознак об’єктів по їх зображеннях в наш час знаходить широке застосування в усіх сферах науки та техніки. Даний метод вимірювання різних величин відноситься до безконтактних і як правило застосовується там де пряме вимірювання практично неможливе, або воно являється не точним. До приладів та методів аналізу об’єктів по їх зображеннях належать телевізійні та фотометричні вимірювальні системи (ТВС). В автоматизації виробничих процесів як правило застосовують телевізійні вимірювальні системи. Для аналізу ознак об’єктів використовують цілі автоматизовані телевізійно-обчислювальні комплекси, які вирішують завдання вимірювання геометричних розмірів, кутів переміщень, координат та інших параметрів протяжних і малорозмірних (точкових) об'єктів з точністю не меншою,а часом і перевищує точність традиційних оптико-електронних приладів.
Оскільки телевізійні вимірювання потребують достатньо високої якості зображення. Тому, як правило, для ТВС використовуються аналогові камери з високим ступенем роздільної здатності. Також можуть використовуватись цифрові камери, але вимоги до їх якості більш суворі, тому що якість аналогового зображення можна покращити ще за рахунок перетворень вихідного сигналу. Для цифрових камер дане перетворення застосувати не можливо, так як ми отримуємо готове цифрове зображення.
Вимірювальні можливості телевізійних систем визначаються кількістю неспотвореної інформації про об'єкт, що міститься у відео сигналі, який отримується з виходу телевізійного вимірювального давача (ТВД). Процес формування відеосигналу складається з двох етапів. На першому будується оптичне зображення об'єкта у площині фотоелектричного перетворювача (ФЕП) або на матрицю цифрового давача, на другому за допомогою ТВ-розгортки воно перетворюється у відеосигнал. Оптична система (об'єктив) ТВД призначена для створення оптичного зображення на вході ФЕП. Якщо знехтувати спотвореннями, що вносяться об'єктивом і середовищем поширення світла, можна його розглядати як центральну проекцію об'єкта на площину.
Властивості центральної проекції дозволяють розглядати зображення об'єкта, як його масштабовану копію, в якій зберігається інформація про об'єкт, і, отже, його параметри можуть бути обчислені шляхом відповідного перерахунку
виміряних параметрів оптичного зображення. Серед параметрів об'єкта, які можуть бути визначені за його оптичному зображенню, виділимо три групи: геометричні, енергетичні, колірні.
У першому наближенні зв'язок між геометричними параметрами об'єкта та його оптичним зображенням може бути встановлена на підставі законів геометричної оптики. На рис. 6.4 показано, як формується зображення віддаленого об'єкта об'єктивом з фокусною відстанню f.
Рис. 6.4. Формування оптичного зображення об'єкту
При f>>Z (де Z – відстань об’єктива пристрою до об'єкта) сфокусоване зображення об'єкта формується у фокальній площині об'єктива, при цьому лінійний масштаб зображення:
,
де f – фокусна відстань;
Z – відстань від об’єктива пристрою до об'єкта.
В таблиці 6.1 наведено співвідношення для визначення геометричних параметрів об'єкта. Координати X, Y відлічуються відповідно до осей х та у, пересічних на оптичній осі об'єктиву; кутові координати α, b відраховуються відносно оптичної осі об'єктива. Для обчислення деяких геометричних параметрів об'єкта необхідно знати масштаб зображення М, що можливо при відомій віддаленості об'єкта Z.
Таблиця 6.1
Основні співвідношення для визначення геометричних параметрів об'єкта
| Геометричний параметр | Співвідношення |
| Лінійний розмір | 
|
| Кутовий розмір | 
|
| Площа | 
|
| Координати: – по горизонталі – по вертикалі | 
|
| Координати: – по горизонталі – по вертикалі | 
|
Слід зауважити, що наведені в таблиці 6.1 співвідношення, строго кажучи, справедливі для випадків спостереження об'єктів помітною форми і розмірів. При вирішенні задач вимірювання координат точкових об'єктів крім законів геометричної оптики необхідно також враховуються аберації оптичної системи, які визначають вигляд вагової функції об’єкта і як наслідок форму об’єкта на малюнку.
Практична частина