Сахарук Олександр Миколайович. Метод та інформаційно-вимірювальна система кореляційного аналізу спекл- зображень поверхонь матеріалів

Краткое описание

Сахарук Олександр Миколайович. Метод та інформаційно-вимірювальна система кореляційного аналізу спекл- зображень поверхонь матеріалів : Дис... канд. техн. наук: 05.11.16 / НАН України; Фізико-механічний ін-т ім. Г.В.Карпенка. — Л., 2006. — 189арк. : рис., табл. — Бібліогр.: арк. 127-137.

АНОТАЦІЯСахарук О.М. Метод та інформаційно-вимірювальна система кореляційного аналізу спекл-зображень поверхонь матеріалів. - Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністтю 05.11.16 - інформаційно-вимірювальні системи. - Фізико-механічний інститут НАН України, Львів, 2006.
У дисертації запропоновано та розроблено новий метод оптичної спекл-кореляції, заснований на використанні архітектури корелятора спільного перетворення (КСП). Розроблено новий нелінійний фільтр, принцип дії якого полягає у бінаризації СЕС КСП з використанням кільцевого медіанного порогу.
Створено інформаційно-вимірювальну систему, в основу роботи якої покладено новий метод оптичної спекл-кореляції. Проведено аналіз похибок даної системи на основі використання тестових спекл-зображень. Показано доцільність використання оптико-цифрової ІВС, в якій для реалізацій операцій кореляції фрагментів спекл-зображень використовують КСП з бінаризацією кільцевим медіанним порогом. Досліджено процеси деформування та руйнування листових дюралюмінієвих зразків та поперечні переміщення сталевих балкових зразків, використовуючи цю систему.
Створено діючий макет гібридного оптико-цифрового спекл-корелятора з цифровим першим каскадом та оптичним другим каскадом та проведено аналіз тестових спекл-зображень.

Запропоновано та розроблено новий метод оптичної спекл-кореляції, що базується на використанні архітектури корелятора спільного перетворення. Метод полягає у одночасному розміщенні фрагментів спекл-зображень поверхні зразків до та після навантаження у вхідній площині корелятора спільного перетворення. Подальша обробка може відбуватися як цифровими так і оптичними методами. Використання корелятора спільного перетворення дає можливість застосовувати методи нелінійного перетворення та фільтрації спільного енергетичного спектру з метою звуження ширини кореляційного піка та підвищення рівня його інтенсивності, зниження рівня шумів, що в кінцевому рахунку підвищує точність вимірювання положення піка.
Розроблено математичну модель корелятора спільного перетворення для дослідження поперечних деформацій та переміщень поверхонь зразків конструкційних матеріалів. Проаналізовано особливості формування кореляційних піків в залежності від взаємного переміщення двох фрагментів вихідного спекл-зображення та спекл-зображення деформованої поверхні.
Запропоновано використовувати бінаризацію спільного енергетичного спектру медіанним та локальним медіанним порогами та фільтрацію методом корекції смуг з метою покращення характеристик вихідного сигналу у кореляторі спільного перетворення, пристосованому для аналізу спекл-зображень. Використання цих алгоритмів дозволяє підвищити відношення пік/шум, звузити кореляційні піки та збільшити їх крутизну, а отже, зменшити похибку визначення положення кореляційного піка. Серед цих методів найменші значення похибок вимірювання переміщень фрагментів спекл-зображень досягнуто у кореляторі спільного перетворення з бінаризацією спільного енергетичного спектру медіаним порогом.
Розроблено новий нелінійний фільтр, який враховує особливості просторової структури фур’є-спектра спекл-зображення. Принцип дії даного фільтра полягає у бінаризації спільного енергетичного спектру від двох відповідних фрагментів у кореляторі на основі використання кільцевого медіанного порогу. Використання даного фільтра дозволило зменшити випадкову похибку вимірювання переміщень фрагментів в 2-4 рази, та підняти відношення пік/шум в 5-10 разів у порівнянні з корелятором спільного перетворення у якому перетворення спільного енергетичного спектру здійснюється шляхом його бінаризації медіаним порогом.
На основі розробленого методу оптичної спекл-кореляції створено інформаційно-вимірювальну систему з цифровою реалізацією корелятора спільного перетворення Фур’є. Система забезпечує обробку спекл-зображень методами нелінійного перетворення та фільтрації спільного енергетичного спектру корелятора спільного перетворення, а саме, бінаризацією медіанним, локальним медіанним та кільцевим медіанним порогами та фільтрацією методом корекції смуг.
На основі проведеного аналізу похибок переміщень фрагментів тестових спекл-зображень за допомогою створеної інформаційно-вимірювальної системи показано, що мінімальні випадкові та систематичні похибки вимірювання переміщень кореляційних піків досягаються у тій модифікації інформаційно-вимірювальної системи, в якій для реалізацій операцій кореляції спекл-зображень використовують корелятор спільного перетворення з бінаризацією кільцевим медіанним порогом.
На основі використання алгоритмів бінаризації спільного енергетичного спектру за допомогою медіанного, локального медіанного та кільцевого медіанного порогів, а також вибору оптимальних геометричних параметрів оптичної схеми створено діючий макет гібридного оптико-цифрового спекл-корелятора, що містить цифровий перший каскад та оптичний другий, проведено аналіз тестових спекл-зображень за допомогою створеного макету. Використання даного макету дає можливість вимірювати переміщення фрагментів з більшою точністю без додаткового використання інтерполяційних алгоритмів субпіксельного визначення положення кореляційних піків.