6. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp mã hóa Gray
Mã hóa Gray là một dạng ánh sáng cấu trúc được sử dụng trong phương pháp quét biên dạng 3D của chi tiết với các mẫu chiếu chỉ có các vạch trắng và đen xen kẽ. Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là chiếu các mẫu chiếu sao cho chia không gian chiếu thành các phần riêng biệt và mỗi phần có thể nhận biết bằng một mã nhị phân dựa trên các mẫu chiếu tuần tự. Phương pháp được S. Inokuchi, K. Sato, F. Matsuda [104] đề cập lần đầu tiên trong lĩnh vực đo lường biên dạng vào năm 1984. Hình 2.5 cho thấy 4 bit đầu tiên của mô hình chiếu Gray trong quá trình tạo mẫu chiếu trên máy tính, quy ước điểm ảnh có màu trắng có mã nhị phân là 1, điểm ảnh màu đen có mã nhị phân là 0.
Hình 2.5 Mẫu chiếu dạng mã Gray.
Trong quá trình đo lần lượt các mẫu chiếu được chiếu lên chi tiết đo và chụp lại bằng camera. Khi thiết kế các mẫu chiếu Gray cần đảm bảo các tiêu chuẩn mà Gartner [38] đã đưa ra như sau:
Mã nhị phân của mỗi khoảng chiếu là duy nhất: Mỗi mã trong bộ mã được xác định bởi một thuật toán mã nhị phân cần phải là duy nhất và không có sự trùng lặp giữa các mã. Khả năng tự thích nghi: Để xác định mã cho một điểm ảnh, sử dụng ngưỡng cường độ tạo thành bản đồ bit. Do ảnh hưởng của ánh sáng môi trường và sự phản xạ của các bề mặt chi tiết đo làm cho cường độ tỉ lệ xám của vân sáng và vân tối trong ảnh có thể thay đổi trên các vùng khác nhau của hình ảnh. Vì vậy, một giá trị ngưỡng cố định toàn bộ hình ảnh có thể không đáp ứng được yêu cầu. Thuật toán xác định ngưỡng phù hợp với từng điểm ảnh được nghiên cứu với điều kiện vùng mã trên vật quét phải tồn tại giá trị nhị phân tức là: có thể mang bit 0 ở mẫu chiếu này thì có thể mang bit 1 ở mẫu chiếu khác.
Các khoảng Hamming giữa hai mã tiếp giáp bằng 1. Khoảng Hamming được định nghĩa là số bit khác nhau khi so sánh hai mã theo vị trí tương ứng. Ví dụ, các khoảng Hamming giữa "10011001" và "10111011" là 2 vì hai bit trong mã thứ 3 và thứ 7 là khác nhau. Kích thước các điểm ảnh là hữu hạn, do đó một điểm ảnh có thể chứa ranh giới giữa vân trắng và vân đen dẫn tới việc xác định mã bit của điểm ảnh đó trở lên khó khăn và gây ra lỗi trong quá trình tính toán. Tuy nhiên, nếu khoảng cách Hamming giữa các vùng mã liền kề luôn luôn là 1 có thể giúp cho thuật toán xác định các điểm nhiễu để ứng dụng các phương pháp xử lý nhiễu khác.
Quá trình xử lý dữ liệu cần tiến hành giải mã ảnh thực chất là xác định ngưỡng cường độ sáng kết hợp với mã hóa từng vùng trong ảnh để xác định vị trí các điểm đo. Sự giải mã cho kết quả tương quan tọa độ điểm ảnh chiếu và tọa độ điểm ảnh thu được từ camera. Dùng mô hình thuật toán cho camera và máy chiếu là mô hình camera lỗ nhỏ có tính đến quang sai, các điểm ảnh trên vật đo sẽ được quan sát từ máy chiếu và camera tương ứng một hệ stereo. Tương tự như phương pháp dịch pha mỗi điểm ảnh thu được trên camera sẽ tương ứng với điểm trên chi tiết cần đo. Việc xác định độ cao của điểm đo được xác định theo nguyên tắc tam giác lượng như quá trình xác định tọa độ điểm đo trong phương pháp dịch pha.
(a)
(b)
(c)
Hình 2.6 Quá trình đo theo phương pháp Gray.
Trên hình 2.6a là hình ảnh chụp mã Gray 9 bit chi tiết cần đo. Hình 2.6b là hình ảnh mô tả kết quả decode, hình 2.6c thể hiện kết quả đám mây điểm dựng được khi sử dụng phương pháp Gray, có thể nhận thấy đám mây điểm cho độ phân giải không cao (khoảng cách các điểm xa nhau). Tuy nhiên, các điểm nhiễu ít xuất hiện có thể thấy rõ sự khác biệt về độ phân giải và ảnh hưởng của nhiễu đến kết quả đo so với hình 2.4d.