Xây dựng mô hình thực nghiệm chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu

PHƯƠNG PHÁP MÁY CHIẾU.

4.1. Xây dựng mô hình thực nghiệm chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu. chiếu.

Hình 4.1. Sơ đồ mô hình thực nghiệm.

Trên hình 4.1 là sơ đồ mô hình thực nghiệm phương pháp chiếu ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu, bao gồm: một máy chiếu sử dụng công nghệ DLP hoặc LCD, camera thu ảnh đặt trên cùng một giá với máy chiếu và cách máy chiếu một khoảng L1. Một đĩa tròn làm mặt phẳng chiếu vuông góc với phương chiếu của máy chiếu và camera được gắn cách cụm đầu đo 1 khoảng L0 = 400 mm.

L1/Lo = tgα (35) Hay L1 = Lo.tgα = 400.tg30° ≈ 230 (mm).

Hệ thống được kết nối với máy tính để điều khiển chiếu ánh sáng cấu trúc tới máy chiếu, chụp lại ảnh bằng camera và được lưu trữ trong máy tính để xử lý và đánh giá chất lượng của phương pháp.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 70 11BCTM.KH

4.2. Lựa chọn các thiết bị quang học. 4.2.1. Thông số của máy chiếu

Tiến hành thực nghiệm với 2 loại máy chiếu DLP và LCD

a. Máy chiếu HP ( Công nghệ DLP )

Loại máy chiếu: Máy chiếu HP AX325AA Các thông số cơ bản của máy chiếu:

o Độ sáng :100 lumens

o Tuổi thọ bóng :10.000 giờ

o Độ phân giải :SVGA (858 x 600)

o Độ tương phản :800:1

o Kích thước màn hình chiếu 15-60 inch

o Khoảng cách chiếu :2,6m

o Có thể zoom hoặc điều chỉnh độ sắc nét

o Adapter sạc giống như adater của máy tính Hp notebook,có thể dễ dàng thay thế bằng adater 65W tiêu chuẩn của HP

o Có cổng VGA Out

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 71 11BCTM.KH

b. Máy chiếu Sony ( Công nghệ LCD )

Hình 4.3. Máy chiếu Sony VPL-CX21

Thông số cơ bản của máy chiếu: Hãng sản xuất : SONY

Tỉ lệ hình ảnh : 4:3 Panel type : LCD

Độ sáng tối đa : 2100 lumens Hệ số tương phản : 400:1

Độ phân giải màn hình : 1024 x 768 (XGA)

Độ phân giải :

• SXGA • SVGA

• VGA～SXGA • VGA~UXGA • VGA～SVGA

Đèn chiếu : UHP tuổi thọ 500-3000 giờ; công suất 165/125W

Ống kính máy chiếu : F = 1.6 ~ 1.94 f = 18.8 ~ 22.6 mm Nguồn điện : • AC 90V-240V / 50-60 Hz Công suất tiêu thụ(W) : 220

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC PHẠM THÁI NINH 72 11BCTM.KH • Composite • S-video • Audio • RCA

Cổng kết nối PC :

• RGB • Audio • D-sub 15-Pin Độ ồn : 41db Kích thước (mm) : 273x52x210mm Trọng lượng : 1.9kg

4.2.2. Thông số của Camera

Camera dùng trong luận văn là model DFK 41BU02 của hãng ImagingSource, CHLB Đức. Đây là camera công nghiệp có độ ổn định cao khi làm việc và được hãng hỗ trợ các công cụ lập trình trong matlab cho phép điều khiển từ máy tính.

Hình 4.4. Camera DFK 41BU02

THÔNG TIN CHUNG

Định dạng video @ khung hình trên giây

1280x960 UYVY @ 7.5, 3.75 fps 1280x960 BY8 @ 15, 7.5, 3.75 fps

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 73 11BCTM.KH Độ nhạy sáng 0.15 lx

Độ rộng màu 8 bit

HỆ QUANG

Lọc hồng ngoại Có

Màn trập Có

Kích thước cảm

biến 1/2 "

Độ phân giải H: 1360, V: 1024

Kích thước pixel H: 4.65 µm, V: 4.65 µm Ngàm ống kính C/CS

NGUỒN ĐIỆN CẤP

Điện áp 4.5 to 5.5 VDC

Dòng tiêu thụ approx 500 mA at 5 VDC

KÍCH THƯỚC CƠ KHÍ

Kích thước bao H: 50.6 mm, W: 50.6 mm, L: 56 mm Khối lượng 265 g

CHỨC NĂNG ĐIỀU KHIỂN TAY

Tốc độ màn trập 1/10000 to 30 s Khuếch đại 0 to 36 dB

Offset 0 to 511

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 74 11BCTM.KH Cân bằng trắng -2 dB to +6 dB

CHỨC NĂNG TỰ ĐỘNG

Tốc độ màn trập 1/10000 to 30 s Khuếch đại 0 to 36 dB

Offset 0 to 511

Cân bằng trắng -2 dB to +6 dB

MÔI TRƯỜNG LÀM VIỆC

Nhiệt độ làm việc -5 °C to 45 °C Nhiệt độ bảo quản -20 °C to 60 °C Độ ẩm làm việc 20 % to 80 % Độ ẩm bảo quản 20 % to 95 %

4.3. Mô hình thực nghiệm thực tế

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 75 11BCTM.KH Trên hình 4.6 là mô hình thực nghiệm gồm các bộ phận:

 (1): Máy tính xuất hình ảnh ra máy chiếu

 (2): Máy chiếu

 (3): Camera

 (4): Bàn đặt chi tiết đo

 (5): Máy tính xử lý hình ảnh từ camera

Hình 4.6: Ảnh chiếu thực tế

4.4. Thực nghiệm.

4.4.1. Mục đích thực nghiệm:

Tiến hành thực nghiệm với mô hình thực tế về chiếu ánh sáng cấu trúc bằng phương pháp máy chiếu thông qua phần mềm tạo ảnh Sin mẫu. Với các hình ảnh thu được từ camera, qua phần mềm xử lý cường độ, xác định được sự phân bố dạng Sin sau khi chiếu:

 Sự phân bố do các màu.

 Thay đổi cường độ ánh sáng khi chiếu, tìm ra giới hạn cường độ ánh sáng để không bị mất thông tin đo.

 Sự giảm cường độ ánh sáng của các vân vùng biên so với vân vùng trung tâm.

Qua đó đánh giá được các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng của phương pháp tạo ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu, các nguyên nhân gây nên cũng như giải pháp khắc phục cho từng nguyên nhân cụ thể để nâng cao chất lượng của phương pháp.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 76 11BCTM.KH

4.4.2. Nội dung thực nghiệm

 Tạo các ảnh Sin mẫu với các kích thước khác nhau, bước sóng khác nhau, cường độ ánh sáng khác nhau, số pha là 3 bằng phần mềm tạo ảnh Sin trên máy tính và được lưu trữ trên máy tính làm thư viện ảnh thực nghiệm.

 Từ máy tính chiếu ảnh Sin mẫu đã tạo được lên mặt phẳng chiếu bằng 2 loại máy chiếu đã chọn trên 3 nền chiếu khác nhau: trắng, xanh, ghi xám.

 Dùng camera thu lại các hình ảnh trên mặt phẳng chiếu và được lưu trữ trên máy tính theo từng nhóm ảnh: kích thước, bước sóng, cường độ ánh sáng, màu sắc ảnh, nền chiếu.

 Dùng phần mềm xử lý cường độ xử lý ảnh theo từng nhóm ảnh tương ứng.

 Đánh giá các kết quả đạt được và nhận xét.

4.4.3. Tiến hành thực nghiệm.

Chụp ảnh nền ghi xám khi chưa chiếu ánh sáng cấu trúc.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 77 11BCTM.KH Trên hình 4.7 là ảnh mà camera thu được trên nền ghi xám khi chưa chiếu ánh sáng cấu trúc.

Hình 4.8. Biểu đồ biểu thị cường độ của ảnh nền ghi xám

Trên hình 4.8 là đồ thị biểu diễn cường độ ánh sáng của ảnh nền mà camera thu được trên nền ghi xám.

Nhận xét:

 Trên đồ thị xuất hiện 3 đường biểu thị của 3 màu R,G,B

 Giá trị cường độ của 3 màu khoảng 50 theo độ nhạy của CCD camera.

 Giải thích hiện tượng

 Bản thân camera sử dụng là camera màu trên đồ thị có 3 đường cường độ của 3 màu R,G,B.

 Ngay bản thân nền khi được chụp thì giá trị cường độ của 3 màu R,G,B đều cho giá trị lớn hơn 0, và gần tương đương nhau.

Chiếu ảnh GS có cường độ ánh sáng 85 theo độ nhạy CCD, bước sóng 50 pixel trên nền ghi xám bằng máy chiếu HP.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 78 11BCTM.KH

Hình 4.9: Ảnh GS có cường độ ánh sáng 85 theo cảm biến CCD của được chiếu lên nền ghi xám

Trên hình 4.9 là ảnh thực nghiệm của ảnh có thông số: cường độ ánh sáng 85 theo cảm biến CCD của camera, kích thước ảnh : 640x480, bước sóng 50 pixel; số pha 3, chiếu bằng máy chiếu HP lên nền xám.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 79 11BCTM.KH Trên hình 4.10 là biểu đồ biểu thị cường độ ánh sáng của ảnh thu được từ camera ở trên hình 4.9 được xử lý qua phần mềm xử lý cường độ.

Nhận xét:

 Biểu đồ cường độ thu được có dạng hình Sin giống với lý thuyết của phương pháp tạo ra ánh sáng cấu trúc bằng máy chiếu.

 Giá trị cường độ ánh sáng nằm trong khoảng 0 – 150 theo độ nhạy CCD camera lớn hơn nhiều so với giá trị cường độ ánh sáng của thông số ban đầu khi tạo ảnh (85) theo độ nhạy CCD camera. Không có sự sai lệch nhiều về cường độ ánh sáng giữa các vân thuộc vùng trung tâm và vân thuộc vùng biên của ảnh.

 Đỉnh vân ở vùng (1) thuộc vùng biên phải có giá trị cường độ ánh sáng khoảng 130 theo độ nhạy CCD camera.

 Đỉnh vân ở vùng (2) thuộc vùng biên trái có giá trị cường độ ánh sáng khoảng 150 theo độ nhạy CCD camera.

 Đỉnh vân ở vùng (3) thuộc vùng vân trung tâm có giá trị cường độ ánh sáng khoảng 150 theo độ nhạy CCD camera.

 Độ dài bước sóng: khoảng 60 pixel lớn hơn giá trị ban đầu tạo ảnh (50 pixel)

 Trên đồ thị xuất hiện 3 đường có 3 màu R,G,B tương đối giống nhau.

Chiếu 4 ảnh R, G, B, GS cùng có kích thước 640 x 480 pixel, cường độ sáng là 85 theo độ nhạy CCD, bước sóng 50 pixel trên cùng nền ghi xám.

Trên hình 4.11 là 4 ảnh thu được từ camera sau khi chiếu 4 loại ảnh R(a), G(b), B(c), GS (d) có cùng kích thước ảnh là 640 x 480 pixel, cùng cường độ sáng là 85 theo độ nhạy CCD, bước sóng 50 pixel trên cùng nền ghi xám bằng máy chiếu HP.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 80 11BCTM.KH

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 81 11BCTM.KH

Hình 4.12: Biểu bồ giá trị cường độ của 4 ảnh R(a),G(b),B(c),GS(d)

Trên hình 4.12 là biểu đồ giá trị cường độ ánh sáng của ảnh có thông số ban đầu là: 85 theo độ nhạy CCD camera, kích thước ảnh: 640x480 pixel, bước sóng 50 pixel, số pha là 3 được chiếu bằng máy chiếu HP trên nền ghi xám.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 82 11BCTM.KH Theo thứ tự, hình 4.12(a): biểu đồ của ảnh R, hình 4.12(b): biểu đồ của ảnh G; hình 4.12(c): biểu đồ của ảnh B; hình 4.12(c): biểu đồ của ảnh GS.

Nhận xét:

 Trong 4 biểu đồ thì biểu đồ giá trị cường độ ánh sáng của ảnh GS có hình dạng Sin là điển hình nhất, biểu đồ giá trị cường độ ánh sáng của ảnh R có hình dáng bị sai lệch nhiều nhất so với hình dáng Sin (có xuất hiện sự tràn ngưỡng giá trị cường độ ánh sáng: thể hiển ở những đỉnh vân bằng chứ không có đỉnh nhọn của hình Sin)

 Sự phân bố giá trị cường độ ánh sáng của ảnh GS là đồng đều nhất (các đỉnh vùng biên có giá trị cường độ ánh sáng gần bằng nhất với giá trị cường độ ánh sáng của các đỉnh vùng trung tâm và khoảng 150 theo độ nhạy CCD camera ).

 Sự phân bố giá trị cường độ ảnh B là kém đồng đồng đều nhất ( có sự sai lệch khá lớn giữa giá trị cường độ ánh sáng của đỉnh vùng biên khoảng 100 và giá trị cường độ ánh sáng của đỉnh vùng trung tâm khoảng 150 theo độ nhạy CCD camera )

 Giá trị cường độ ánh sáng của ảnh G và R là cao nhất khoảng 200 theo độ nhạy CCD, còn của 2 ảnh còn lại khoảng 150 theo độ nhạy CCD camera.

 Bước sóng của cả 3 ảnh đều cho giá trị gần bằng nhau khoảng 60 pixel

 Trong các ảnh R(a), G(b), B(c) thì trên đồ thị 3 đường R,G,B tách biệt hẳn nhau. Chiếu ảnh màu gì thì màu đó hiện rõ hẳn trên đồ thị (biểu thị bằng đồ thị của màu đó cao hẳn lên, đồ thị của 2 màu còn lại thì thấp )

Chiếu ảnh GS trên 2 máy chiếu khác nhau (HP và Sony)

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 83 11BCTM.KH

Hình 4.13: Ảnh GS có độ rọi 85 theo độ nhạy CCD được chiếu lên nền ghi xám được chụp lại và được xử lý cường độ: máy chiếu HP (bên trái), Sony (bên phải)

Trên hình 4.13 là hình ảnh thu được từ camera với 2 ảnh được chiếu lên bằng 2 máy chiếu HP và Sony với các thông số ban đầu của ảnh Sin: cường độ ánh sáng 85 theo độ nhạy CCD, kích thước ảnh 640x480, bước sóng 50 pixel, số pha 3 trên nền ghi xám.

Nhận xét: Trong cùng điều kiện chiếu như trên ta thấy:

 Bằng mắt thường có nhận thấy ảnh vân mẫu thu được từ máy chiếu HP cho độ sáng tốt hơn so với ảnh được phát ra từ máy chiếu.

 Hình dáng của đồ thị giá trị cường độ ánh sang của ảnh phát ra từ máy chiếu HP và Sony đều có hình dáng Sin song với máy chiếu DLP thì hình dáng đồ thị Sin sắc nét và trơn hơn.

 Giá trị cường độ ánh sáng của ảnh được chiếu từ máy HP ( giá trị các đỉnh vân ở trung tâm và các đỉnh vân vùng biên gần bằng nhau và khoảng 250 theo độ nhạy CCD) đồng đều hơn giá trị cường độ ánh sáng của ảnh được

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 84 11BCTM.KH chiếu từ máy chiếu Sony (giá trị cường độ ánh sáng các đỉnh trung tâm khoảng 80 theo độ nhạy CCD).

 Giá trị cường độ ánh sáng thấp nhất của 2 ảnh phát ra từ hai máy chiếu đều như nhau là 0 và cao nhất đều <255 theo độ nhạy CCD.

 Bước sóng của 2 ảnh phát ra từ 2 máy chiếu là gần như nhau và khoảng 60 pixel

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 85 11BCTM.KH

Hình 4.14. 3 ảnh GS được chụp lại từ 3 nền khác nhau

Trên hình 4.14 là 3 ảnh thu được từ camera của 3 ảnh GS có kích thước 640x480 pixel, bước sóng 50 pixel, cường độ sáng 85 theo độ nhạy CCD được chiếu bằng máy chiếu HP trên 3 nền khác nhau theo thứ tự 4.14(a) là nền ghi xám, 4.14(b) là nền trắng, 4.14(c) là nền xanh.

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 86 11BCTM.KH

Hình 4.15. Biểu đồ so sánh giá trị cường độ ánh sáng của ảnh GS được chiếu trên 3 nền khác nhau

Trên hình 4.15 là 3 biểu đồ giá trị cường độ sáng của 3 ảnh GS có cùng thông số ban đầu (cường độ sáng: 85 theo độ nhạy CCD camera, kích thước 640x480 pixel, bước sóng 50 pixel, số pha 3) được chiếu bằng máy chiếu HP lên 3 nền khác nhau: hình 4.15(a): nền ghi xám; hình 4.15(b): nền trắng; hình 4.15(c): nền xanh. Nhận xét:

 Với nền ghi xám thì giá trị cường độ sang là thấp nhất khoảng 150, với nền trắng và xanh là gần như nhau khoảng 250 theo độ nhạy CCD camera..

 Sự phân bố cường độ sáng của các đỉnh vùng biên và vùng trung tâm là khá đồng đều ( gần như không có sự chênh lệch về giá trị cường độ sáng giữa 2 vùng) của cả 3 nền.

 Với nền trắng và nền xanh, thì đỉnh vân không còn nhọn như đỉnh của nền ghi xám (nền xanh là rõ nét nhất), đây chính là dấu hiệu của sự tràn ngưỡng đo.

 Bước sóng của 3 ảnh được chiếu lên 3 nền khác nhau đều cho có giá trị gần như nhau khoảng 60 pixel.

Chiếu ảnh GS có cường ánh sáng khác nhau (85 và 170 theo độ nhạy CCD)

(a)Cường độ ánh sáng 85 theo độ nhạy CCD của camera

(b)Cường độ ánh sáng 170 theo độ nhạy CCD của camera

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

PHẠM THÁI NINH 87 11BCTM.KH

Hình 4.16. 2 ảnh GS có cường độ ánh sáng khác nhau

Trên hình 4.16 là 2 ảnh thu được từ camera của 2 ảnh GS có cùng kích thước 640x480 pixel, cùng bước sóng 50 pixel, có cường độ ánh sáng khác nhau, được chiếu bằng máy chiếu HP trên nền ghi xám. Theo thứ tự là 4.16(a) ảnh GS có cường độ ánh sáng 85 theo độ nhạy CCD và 4.16(b) là ảnh GS có cường độ ánh sáng 170 theo độ nhạy CCD.

Hình 4.17. Biểu đồ so sánh giá trị cường độ sáng của 2 ảnh được tạo ra với 2 giá trị cường độ sáng ban đầu khác nhau.

Trên hình 4.17 là 2 biểu đồ so sánh về giá trị cường độ sáng của 2 ảnh GS được tạo ra với thông số ban đầu giống nhau về kích thước ảnh (640x480), bước