СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ТРЕХМЕРНОЙ СЦЕНЫ ОБЪЕКТА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ

  • П.С. Сердюков Южный федеральный университет
  • К. Е. Румянцев Южный федеральный университет
Ключевые слова: Телевизионная камера, техническая обработка изображения, объекты с регулярной структурой, трехмерная сцена

Аннотация

Рассмотрены основные способы определения координат цилиндрических объектов для
контроля геометрических параметров объекта с регулярной структурой. Преимущественно
рассматриваемые способы применяются при определении параметров тепловыделяющих
стержней (установок) топливных сборок на атомной электростанции. Целью данной работы
является анализ существующих методов определения геометрических параметров объектов с
регулярной структурой. Для достижения поставленной цели необходимо решение следующей
задачи – сравнить и провести исследование существующих методов определения геометриче-
ского положения объектов с регулярной структурой и выявить их достоинства и недостатки,
а также сформулировать математическую модель определения погрешности измерения осно-
вываясь на конкретном методе. Сравнительный анализ включал в себя описание существующих
контактных и бесконтактных методов (измерения линейных размеров трехмерных объектов,
измерения геометрических параметров объекта в пространстве и устройство для его осуще-
ствления и три различных метода контроля линейных размеров трехмерных объектов по трем
декартовым координатам). Для определения был использован следующий инструмент – иссле-
дуемый объект фотографировали одной видеокамерой на ПЗС-матрице, устойчивой к радиа-
ции, из двух определенных точек пространства. На полученных снимках опознавали точки изо-
бражения объекта. Далее, используя данные о размерах атомного ректора и параметры видео-
камеры, вычисляли пространственные координаты точек объекта в системе координат объ-
екта и элементы внешнего ориентирования снимков. Необходимые для решения задачи при-
ближенные значения неизвестных определили заранее, с помощью известных в фотограммет-
рии приемов. Проведенный анализ показал, что наибольшей эффективностью обладают бес-
контактные методы, основанные на обработке изображений сцены, сформированных видео-
камерами на основе мозаичных фотоприёмников. Таким образом, измерительные системы на
основе телевизионных датчиков (видеокамер) являются наиболее целесообразными для измере-
ния разновысотности упорядоченной последовательности цилиндрических объектов. Рассмот-
ренная математическая модель позволила определить методическую погрешность измерения
геометрических параметров посредством реконструкции трехмерной сцены по серии изобра-
жений в условиях бесконтактного определения, обусловленную несовершенством определяемого
метода измерений или упрощениями, допущенными при измерениях. На основе полученных дан-
ных появляется возможность определить центр тяжести той головки ТВС, для которой ме-
тодическая погрешность является минимальной, и, соответственно, принять ее за основу,
относительно которой рассчитать разновысотность всех стальных головок ТВС.

Литература

1. Metody komp'yuternoy obrabotki izobrazheniy [Methods of computer image processing],
ed. by Soyfera V.A. 2nd ed. Moscow: Fizmatlit, 2003, 784 p.
2. Prett E. Tsifrovaya obrabotka izobrazheniy [Digital image processing]: transl. from engl.,
ed. by D.S. Lebedeva. Moscow: Mir, 1982. Book 1, 312 p.
3. Pavlidis T. Algoritmy mashinnoy grafiki i obrabotki izobrazheniy [Algorithms of machine
graphics and image processing]. Moscow: Radio i svyaz', 1986, 398 p.
4. Khuang T.S., Eklund Dzh.-O., Nussbaumer G.Dzh. i dr. Bystrye algoritmy v tsifrovoy
obrabotke izobrazheniy: preobrazovaniya i mediannye fil'try [Fast algorithms in digital image
processing: transformations and median filters], ed. by T.S. Khuanga: transl. from engl., ed.by
L.P. Yaroslavskogo. Moscow: Radio i svyaz', 1984, 220 p.
5. Yaroslavskiy L.P. Tsifrovaya obrabotka signalov v optike i golografii: vvedenie v tsifrovuyu
optiku [Digital signal processing in optics and holography: an introduction to digital optics],
220 p.
6. Balabaev S.L., Zibrov V.A., Rumyantsev K.E. Beskontaktnoe izmerenie geometricheskikh
razmerov izdeliy prokatno-metallurgicheskogo proizvodstva: monografiya [Contactless measurement
of geometric dimensions of products of rolling and metallurgical production: monograph],
ed. by K.E. Rumyantseva. Shakhty: Izd-vo YuRGUES, 2004, 154 p.
7. Energetika Rossii: problemy i perspektivy [Energy of Russia: problems and prospects], Trudy
nauchnoy sessii RAN: Obshch. sobranie RAN 19-21 dekabrya 2005 [Proceedings of the scientific
session of the Russian Academy of Sciences: The General Meeting of the Russian Academy
of Sciences on December 19-21, 2005]. Moscow: Nauka, 2006.
8. Makeev V.V., Povarov V.P., Korobkin V.V., Lebedev O.V. Sistema beskontaktnogo
opredeleniya raznovysotnosti golovok teplovydelyayushchikh sborok v aktivnoy zone reaktora
[The system of contactless separation of different heights of the heads of fuel assemblies in the
reactor core], Izvestiya vuzov. Severo-Kavkazskiy region. Tekhnicheskie nauki [News of universities.
The North Caucasus region. Technical sciences], 2006, No. 16, pp. 37-41.
9. Kalyaev I.A., Rumyantsev K.E., Makeev V.V., Balabaev S.L., Korobkin V.V., Korovin Ya.S.,
Kukharenko A.P., Radetskiy V.G. Beskontaktnyy metod opredeleniya raznovysotnosti golovok
teplovydelyayushchikh sborok atomnogo reaktora na osnove rekonstruktsii
trekhmernykh izobrazheniy [Contactless method for determining the different heights of the
heads of fuel assemblies of a nuclear reactor based on the reconstruction of three-dimensional
images], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2008,
No. 3 (80), pp. 126-131.
10. Balabaev S.L., Radetskiy V.G., Rumyantsev K.E. Telemetricheskiy metod kontrolya
raznovysotnosti tsilindricheskikh ob"ektov [Telemetric method for monitoring the height difference
of cylindrical objects], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering
Sciences], 2008, No. 3 (80), pp. 94-110.
11. Korobkin V.V., Korovin YA.S., Khisamutdinov M.V., Rumyantsev K.E., Balabaev S.L., Makeev
V.V. Sistema beskontaktnogo opredeleniya raznovysotnosti golovok teplovydelyayushchikh
sborok reaktora. Patent na poleznuyu model' RF № 103963. 2011. Data registratsii 22.12.2010
[The system of contactless determination of the different heights of the heads of the fuel assemblies
of the reactor. Utility model Patent of the Russian Federation No. 103963. 2011. Registration
date 22.12.2010].
12. Balabaev S.L., Kornilova T.A., Lozovskaya E.G., Rumyantsev K.E. Stereoskopicheskaya
sistema kontrolya raznovysotnosti golovok teplovydelyayushchikh sborok atomnogo reaktora
[Stereoscopic control system of different heights of the heads of fuel assemblies of a nuclear
reactor], Problemy upravleniya i modelirovaniya v slozhnykh sistemakh (PUMSS-2014):
Tr. XVI Mezhdunarodnoy konferentsii (30 iyunya – 3 iyulya 2014 g, Samara, Rossiya) [Problems
of control and modeling in complex systems (PUMSS-2014): Proceedings of the XVI International
Conference (June 30 – July 3, 2014, Samara, Russia)]. Samara: Samarskiy
nauchnyy tsentr RAN, 2014, pp. 673-677.
13. Balabaev S.L., Lozovskaya E.G., Rumyantsev K.E. Otsenka metodicheskoy pogreshnosti
izmereniya raznovysotnosti raspolozhennykh v strogom geometricheskom poryadke ob"ektov
na osnove tsifrovoy televizionnoy sistemy [Evaluation of the methodological error of measuring
the different heights of objects arranged in a strict geometric order on the basis of a digital
television system], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences],
2014, No. 8 (157), pp. 227-241.
14. Patent РСТ WO 00/70303, РСТ/US99/70303, G01B 11/24, 23.11.2000.
15. Patent RF No. 2185598, G01B 11/24, 2003.
16. Patent RF No. 2334195, G01B 11/24, 2008.
17. Andrushenko, S.A., Afonov A.M., Vasil'ev B.yu., Generalov V.N., Kosourov K.B., Semchenkov
Yu.M., Ukraintsev V.F. AES s reaktorom tipa VVER - 1000. Ot fizicheskikh osnov ekspluatatsii
do evolyutsii proekta [Nuclear power plants with a VVER - 1000 reactor. From the physical
foundations of operation to the evolution of the project]. Moscow: Logos, 2010, 604 p.
18. Markelov V.A. Sovershenstvovanie sostava i struktury splavov tsirkoniya v obespechenie
rabotosposobnosti TVELov, TVS i trub davleniya aktivnykh zon vodookhlazhdaemykh
reaktorov s uvelichennym resursom: avtoreferat kand. tekh. nauk [Improving the composition
and structure of zirconium alloys to ensure the operability of fuel rods, fuel assemblies and
pressure pipes of the active zones of water–cooled reactors with an increased resource: abstract
of the cand. of eng. sc. Moscow, 2010, 18 p.
19. Khisamutdinov M.V., Korovin Ya.S. Fil'tratsiya izobrazheniy v tselyakh vydeleniya ellipsov v
sisteme beskontaktnogo opredeleniya raznovysotnosti teplovydelyayushchikh sborok aktivnoy
zony reaktora tipa VVER-1000 [mage filtering in order to isolate ellipses in the system of noncontact
determination of the different heights of the fuel assemblies of the reactor core of the
VVER-1000 type], Mekhatronika, avtomatizatsiya, upravlenie [Mechatronics, automation,
control], 2011, No. 4, pp. 42-44.
20. Khisamutdinov M.V., Korovin Ya.S. Metod vychisleniya koordinat vysoty izdeliy v sisteme
beskontaktnogo opredeleniya raznovysotnosti TVS aktivnoy zony reaktora [Method of calculating
the coordinates of the height of products in the system of contactless determination of
the different heights of the fuel assemblies of the reactor core], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie
nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2010, No. 12, pp. 142-148.
21. Rusinov M.M. Kompozitsiya opticheskikh system [Composition of optical systems]. Moscow:
Mashinostroenie, 2011, 384 p.
Опубликован
2023-02-27
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ II. АЛГОРИТМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ