Hình 4-21 a) thể hiện dữ liệu 3D của các giao điểm ô bàn mỗi vị trí dịch chuyển quanh trục U là 1° từ 0°~76°, góc quay
77°~90° quá lớn nên hệ máy ảnh không chụp ảnh hết được ô bàn cờ nên không xác định. Hình 4-21 b) thể hiện các điểm giao của ô bàn cờ
3D sau khi áp dụng các giá trị R|T tương ứng về gốc 0 của trục U.
Hình 4-21 Dữ liệu các vị trí 3D giao điểm ô bàn cờ khi quay trục U và dữ liệu sau khi thực hiện phép quay và tịnh tiến về điểm gốc tọa độ bàn máy
SAI LỆCH THEO TRỤC QUAY U
SAI LỆCH TỔNG (MM) 4.00E-05 3.00E-05 2.00E-05 1.00E-05 0.00E+00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 GÓC QUAY (ĐỘ)
Hình 4-22 Biểu đồ sai lệch tổng của từng vị trí so với điểm gốc tọa độ trục U 4.3.2 Bàn máy theo trục W
Hình 4-23 a) thể hiện dữ liệu 3D của các giao điểm ô bàn cờ được phân biệt bởi các màu
khác nhau, mỗi vị trí dịch chuyển quanh trục W là 1° từ 0°~359°. Hình 4-23 b) thể hiện
các điểm giao của ô bàn cờ 3D sau khi áp dụng các giá trị R|T tương ứng về gốc 0 của trục W.
a) b)
Hình 4-23 Dữ liệu các vị trí 3D giao điểm ô bàn cờ khi quay trục W và dữ liệu sau khi thực hiện phép quay và tịnh tiến về điểm gốc tọa độ bàn máy
SAI LỆCH THEO TRỤC QUAY W
SAI LỆCH TỔNG (MM) 2.00E-05 1.00E-05 0.00E+00 0 50 100 150 200 250 300 350 GÓC QUAY (ĐỘ)
Hình 4-24 Biểu đồ sai lệch tổng của từng vị trí so với điểm gốc tọa độ trục W
4.3.3 Bàn máy theo trục Z
Hình 4-25 Dữ liệu các vị trí 3D giao điểm ô bàn cờ khi dịch chuyển tịnh tiến theo trục Z và dữ liệu sau khi thực hiện phép quay và tịnh tiến về gốc tọa độ bàn máy
Hình 4-25 a) thể hiện dữ liệu 3D của các giao điểm ô bàn mỗi vị trí dịch chuyển quanh trục Z là 1dụng các giá trị R|T tương ứng về gốc vị trí 110 của trục Z. từ ,. Hình 4-23 b) thể hiện các điểm giao của ô bàn cờ 3D sau khi áp (110~1) (M M ) SAI LỆCH THEO TRỤC Z 4.00E-04 T Ổ N G 3.00E-04 2.00E-04 L Ệ C H 1.00E-04 S A I 0.00E+00 10 91 05 10 1 97938985817773696561575349454137332925211713 95 1 VỊ TRÍ DỊCH CHUYỂN (MM)
Hình 4-26 Biểu đồ sai lệch tổng của từng vị trí so với điểm gốc tọa độ tịnh tiến Z
Nhận xét: Theo hình 4-22, 4-24 và 4-25 thể hiện biểu đồ sai lệch tổng từng vị trí sau khi tính toán các ma trận R|T của trục U, W và Z giá trị sai lệch tăng khi góc của ô bàn cờ tăng hoặc khoảng cách từ đầu thiết bị quét tăng lên. Nguyên nhân từ việc xác định giao điểm giữa các ô trắng và ô đen của ô bàn cờ, để giảm sai số này có thể sử dụng bảng ma trận các ô hình tròn để thay thế. Trong thí nghiệm này, sai lệch tổng lớn nhất là 0,00039 theo trục Z, 0,0003 theo trục U và 0,000015 theo trục W.
Như vậy với mỗi vị trí dịch chuyển của bàn máy tại một vị trí tọa độ { ",1 ,?| tra bảng tương ứng với ma trận dịch chuyển { "ÿ ";1ÿ 1;
?| ?| áp dụng phương trình chuyển vị cho từng điểm 3D thu được:
9 [ " "] 1 1[ ? ?]
(4-1)
· 9 ¸=·¸
9
4.4 Thực nghiệm thu ảnh 3D của chi tiết cơ khí
4.4.1 Tạo ảnh chiếu mã Large-Gap Graycode và dịch đường
Với độ phân giải của máy chiếu là 1144×920 điểm ảnh, tạo ảnh Large-Gap Graycode 2^10 bit PHỤ LỤC 2 bảng 1.
Máy chiếu Light craft 4500 chỉ nhận ảnh 3 kênh màu định dạng *.BMP lưu trữ trong bộ nhớ Flash, vì vậy phải ghép 3 ảnh vân chiếu mã Large-Gap Graycode thành một ảnh, tương tự như vậy đối với ảnh dịch đường. PHỤ LỤC 2 bảng 2 và bảng 3 sau đó nạp ảnh vào máy chiếu Light craft 4500 như hình 4-27.
Hình 4-27 Nạp ảnh vân vào bộ nhớ của thiết bị chiếu Light craft
4500 4.4.2 Thông số thiết lập cho hệ thống
Thiết lập giá trị cho máy ảnh: - Khuếch đại kỹ thuật số: 0 - Tốc độ cửa trập: 16666
- Khẩu độ: f1/8
- Độ trễ của bộ khởi động: 5
- Độ trễ sau mỗi khuôn hình: 30 Thiết lập giá trị cho máy chiếu:
- Cường độ dòng cho LED R, G, B (Red, Green, Blue): 55, 55, 55 - Thời gian phơi sáng: 10000
- Thời gian nghỉ giữa các khuôn hình: 10000
4.4.3 Chiếu và thu nhận ảnh vân
Quá trình chiếu và thu ảnh vân: Bước 1: Đặt chi tiết đo lên bàn máy
Bước 2: Với tổng số ảnh cần chiếu bao gồm N = 28 ảnh: 2 ảnh toàn bộ vân sáng- tối, 18 ảnh vân mã hóa Large-Gap Graycode và nghịch đảo bit, 8 ảnh vân chiếu dịch đường. Máy ảnh kích khởi đến máy chiếu lần lượt N=0~28 ảnh.
Bước 3: Hệ thống lưu ảnh vào bộ nhớ: 28 ảnh chụp từ máy ảnh trái và 28 ảnh chụp từ máy ảnh phải.
Các bước thực hiện trong sơ đồ thuật toán theo hình 4-28. Ảnh thu được trong PHỤ LỤC 2. Bảng 4.
Hình 4-28 Sơ đồ thuật toán và quá trình chụp ảnh vân chiếu lên chi tiết đo
4.4.4 Tính toán ảnh 3D sử dụng ảnh độ sâu
Hình 4-29 Sơ đồ xử lý tính toán ảnh 3D từ tập ảnh chụp từ máy ảnh
Các bước thực hiện để tính toán ảnh 3D của chi tiết theo hình 4-29:
- Bước 1: Từ dữ liệu ảnh chụp của máy ảnh trái và máy ảnh phải và thông số hiệu chuẩn, thực hiện phương pháp căn ảnh (nội dung 2.5.3) và khử méo ảnh.
- Bước 2: Từ tập 18 ảnh mã Large-Gap Graycode tiến hành giải mã
- Bước 3: Từ tập 2 ảnh toàn bộ bit TẮT và bit BẬT xác định vùng chiếu vân. - Bước 4: Từ tập 8 ảnh vân chiếu dịch đường xác định đỉnh vân chiếu.
- Bước 5: Loại bỏ vùng không phải chiếu vân từ ảnh giải mã Graycode (vùng nhiễu) dựa trên ảnh xác định vùng chiếu vân.
- Bước 5: Tìm điểm tương đồng dựa trên vị trí có số mã hóa cột của máy ảnh trái trùng với mã hóa cột của máy ảnh phải và cùng có vạch đỉnh của mã dịch đường.
- Bước 6: Tính toán giá trị chênh lệch từ 2 giá trị tương đồng lấy bằng hiệu của giá trị cột ảnh bên phải trừ đi giá trị cột của ảnh bên trái tương ứng (giá trị cột là giá trị có độ phân giải nhỏ hơn đơn vị điểm ảnh từ ảnh đỉnh vân chiếu).
4.4.4.1 Ảnh giải mã Gray
Từ tập ảnh dữ liệu vân chiếu mã Large-Gap Graycode thu được từ máy ảnh, tiến hành giải mã nhị phân sau đó chuyển giá trị theo thứ tự mã hóa cột từ nhỏ tới lớn. Hình 4-30 a) và 4-31a) thể hiện ảnh giải mã nhị phân, hình 4-30 b) và 4-31 b) thể hiện chuyển đổi từ mã Large-Gap Graycode sang giá trị mã hóa cột tương ứng của máy ảnh bên trái và bên phải.
a) b)
Hình 4-30 a)Ảnh giải mã nhị phân máy ảnh bên Trái, b) Chuyển từ mã nhị phân theo tham chiếu giá trị cho mã Large-Gap Graycode
Hình 4-31 a) Ảnh giải mã nhị phân máy ảnh bên Phải, b) chuyển từ mã nhị phân theo tham chiếu giá trị cho mã Large-Gap Graycode
4.4.4.2 Xác định vùng chiếu
a) b)
Hình 4-32 Vùng xác định chiếu sáng và loại bỏ các vùng có độ chênh lệch thấp
Từ 2 ảnh các bit BẬT và các bit TẮT, xác định vùng chiếu vân của máy ảnh. Hình 4-32a và 4-32b là ảnh mặt nạ (mask-image) lần lượt của máy ảnh bên trái và phải, trong đó vùng ảnh hiển thị màu xanh là vùng không xác định và vùng màu vàng là vùng xác định. Vùng xác định là các điểm ảnh có tọa độ hàng|cột tương ứng để cho phép tính tọa độ 3D của cặp điểm tương đồng sau khi giải mã, ngược lại vùng không xác định sẽ không được tính toán và bị loại bỏ.
4.4.4.3 Xác định các đỉnh của vạch dịch đường và ảnh chênh lệch hệ máy ảnh nổi
Từ tập ảnh vân dịch đường, xác định các điểm tâm của vạch có độ chính xác nhỏ hơn đơn vị điểm ảnh (pixel), đây là những điểm “chốt” để tính ảnh độ sâu từ 2 ảnh.
Hình 4-33 Biểu diễn các đỉnh vạch dịch đường của máy ảnh bên
trái 4.4.4.4 Dựng ảnh 3D từ ảnh độ sâu
Từ cặp điểm tương đồng giữa ảnh trái phải thỏa mãn điều kiện có giá trị mã hóa Graycode bằng nhau và có vạch đỉnh của vân chiếu dịch đường áp dụng công thức trong phần 2.5.1 ta có được ảnh độ sâu theo hình 4-24. Dựa trên thông số hiệu chuẩn trong mục 4.2 tính toán được ảnh 3D thu được của chi tiết quét.
Hình 4-34 Ảnh độ sâu của chi tiết quét
Hình 4-35 Ảnh 3D thu được của chi tiết quét trên phần mềm thực nghiệm
Sau khi thực hiện tính toán với tập dữ liệu ảnh 2D thu được từ 2 máy ảnh, thu được ảnh 3D của mẫu chi tiết có số điểm ảnh 3D là 275,513 điểm ảnh. Thực nghiệm theo các bước tương tự đối với một số mẫu chi tiết cơ khí được thể hiện theo hình 4-36.
Hình 4-36 Ảnh dữ liệu 3D của chi tiết trục cam và chi tiết nhôm mặt máy
4.5 Thực nghiệm phương pháp ảnh động dải rộng đối với vân graycodevà dịch đường và dịch đường
Để tạo ảnh động dải rộng (HDR) thông thường đối với các hệ sử dụng thiết bị là máy chiếu, ta chỉ có thể điều chỉnh giá trị phơi sáng của máy ảnh. Khi đo các chi tiết cơ khí có độ bóng cao, dải phạm vi thu nhận ảnh HDR yêu cầu rộng hơn. Dựa trên các thiết bị đã xây dựng cho thiết bị thực nghiệm, có thể sử dụng 4 thông số chính để xác định hàm phản hồi và tạo ra ảnh HDR: Tốc độ cửa sổ trập, giá trị khuếch đại số của máy ảnh, thời gian phơi sáng, cường độ chiếu sáng.
a)
Hình 4-37 a) Ảnh chụp chi tiết cơ khí, b) biểu đồ mức xám
Theo hình 4-37 với mỗi một ảnh chụp a) ta có biểu đồ mức xám b) tương ứng được chia thành 5 vùng, trong đó vùng giá trị mức xám từ 0-51 là vùng có tối đặc trưng cho vùng nền và vùng nằm phía rìa của chi tiết, vùng có giá trị mức xám từ 51~102 là vùng có bề mặt có góc tới có góc phản xạ lớn, vùng có giá trị từ 102~204 là vùng có góc phản xạ trung bình, vùng có giá trị 204~255 là vùng có góc phản xạ của tia tới từ máy chiếu bằng với góc tới đến máy ảnh.
Để. khảo sát ảnh hưởng của 4 tham số trên tới các vùng thu nhận trên ảnh, thực hiện thay đổi lần lượt 1 giá trị biến thiên trong khoảng cho trước và giữa nguyên giá trị của 3 tham số còn lại đối với chi tiết có độ sáng và bóng bề mặt bằng để có thể lựa chọn thông số nào hợp lý cho từng tính chất vùng bề mặt chi tiết.
4.5.1 Thí nghiệm 1: Thay đổi giá trị cường độ dòng điện LED của máychiếu chiếu
Cường độ dòng điện của các LED chiếu sáng trong kit lightcrafter 4500 quyết định cường độ chiếu sáng các vân lên bề mặt vật, được chia làm 3 thành phần: Đỏ, Xanh lá cây và xanh da trời. Được điều khiển qua xung tín hiệu PWM có giá trị từ 0~255 theo biểu đồ tỷ lệ như sau:
Hình 4-38 Biểu đồ tỷ lệ giữa xung PWM và giá trị dòng điện thiết lập cho các LED RED, GREEN và BLUE (nguồn hãng TI)
Theo nhà sản xuất cung cấp, thì giá trị thực tế thiết lập được tính theo công thức sau:
R_LED dòng điện (A) = 0,0175 x (LED giá trị dòng điện) + 0,4495 G_LED dòng điện (A) = 0,0181 x (LED giá trị dòng điện) + 0,3578 B_LED dòng điện (A) = 0,0160 x (LED giá trị dòng điện) + 0,1529 Các thống số còn lại thiết lập như sau:
- Máy ảnh: + Tốc độ cửa trập (µs): 166666 + Khẩu độ: f1/8 + ISO: 400 + Khuếch đại số: 0 - LightCrafter 4500:
+ Thời gian phơi sáng vân chiếu(µs): 10000 + Thời gian chu kỳ giữa các vân chiếu(µs): 10000 + Cường độ dòng điện LED (A): chú ý < 4,3 A
Bảng 4-2 Bảng các thông số thiết lập PWM cho các LED
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13
Giá trị thiết 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 lập(PWM)
Hình 4-39 Ảnh HDR sau khi tái tạo, ảnh 3D, hàm phản hồi của máy ảnh đối với các giá trị mức xám khác nhau khi thay đổi dòng điện LED
4.5.2 Thí nghiệm 2: Thay đổi giá trị phơi sáng vân của máy chiếu
Tương tự như trên, tiến hành thay đổi giá trị phơi sáng của vân chiếu và cố định các thành phần còn lại của hệ thống như sau:
- Máy ảnh:
+ Tốc độ cửa trập (µs): 166666 + Khẩu độ: f1/8
+ ISO: 400
+ Khuếch đại số: 0 - LightCrafter 4500:
+ Thời gian phơi sáng vân chiếu (µs): 9000~20000 + Thời gian chu kỳ giữa các vân chiếu (µs): 9000~20000
+ Cường độ dòng điện thông qua PWM 3 LED R, G, B: 55, 55, 55
Bảng 4-3 Thông số thiết lập các giá trị phơi sáng của vân khác nhau
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Giá trị 9000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 17000 18000 19000 20000
thiết lập (µs)
Hình 4-40 Ảnh tái tạo HDR, ảnh 3D và hàm phản hồi của máy ảnh khi thay đổi giá trị phơi sáng vân chiếu
4.5.3 Thí nghiệm 3: Thay đổi giá trị khuếch đại số của máy ảnh
Thay đổi thiết lập khuếch đại số của máy ảnh: - Máy ảnh: + Tốc độ cửa trập (µs): 166666 + Khẩu độ: f1/8 + ISO: 400 + Khuếch đại số: 2~14 - LightCrafter 4500:
+ Thời gian phơi sáng vân chiếu (µs): 10000 + Thời gian chu kỳ giữa các vân chiếu (µs): 10000
+ Cường độ dòng điện thông qua PWM 3 LED R, G, B: 55, 55, 55
Bảng 4-4 Thiết lập các giá trị khuếc đại số khác nhau cho máy ảnh
STT 1 2 3 4 5 6 7
Giá trị thiết 2 4 6 8 10 12 14
lập
Hình 4-41 Ảnh tái tạo HDR, dữ liệu và hàm phản hồi của máy ảnh khi thay đổi khuếch đại số.
4.5.4 Thí nghiệm 4: Thay đổi giá trị tốc độ cửa trập của máy ảnh
Thực hiện thay đổi tốc độ cửa trập của máy ảnh: - Máy ảnh: + Tốc độ cửa trập (µs): 1/1000~1 + Khẩu độ: f1/8 + ISO: 400 + Khuếch đại số: 0 - LightCrafter 4500:
+ Thời gian phơi sáng vân chiếu (µs): 10000 + Thời gian chu kỳ giữa các vân chiếu (µs): 10000
+ Cường độ dòng điện thông qua PWM 3 LED R, G, B: 55,55,55
Bảng 4-5 Thiết lập các giá trị Shutter speed khác nhau cho camera
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Giá trị thiết lập(µs) 1/1000 1/500 1/250 1/125 1/60 1/30 1/15 1/8 1/4 1/2 1
Hình 4-42 Ảnh tái tạo HDR và dữ liệu 3D và hàm phản hồi của máy ảnh khi thay đổi các giá trị tốc độ cửa trập của máy ảnh.
Nhận xét: Theo kết quả dữ liệu hình 4-39, tham số cường độ dòng điện cho nguồn sáng LED giúp cho thiết bị thu được ảnh dữ liệu trong vùng có mức xám 204~255 (vùng tiến tới bão hòa của ảnh) là vùng có góc phản xạ của tia tới từ máy chiếu bằng với góc tới đến máy ảnh. Thay đổi giá trị tốc độ phơi sáng của máy ảnh thu được vùng giá trị mức xám từ 0~51 (hình 4-41). Thay đổi giá trị phơi sáng của máy chiếu thu được vùng mức xám từ 51~102 (hình 4-40) và thay đổi giá trị khếch đại của máy ảnh thu được từ vùng có giá trị mức xám khoảng từ 102~204.
Hình 4-43 Sơ đồ xử lý tạo ảnh HDR cho quét 3D chi tiết
Như vậy để tổng hợp ảnh HDR của một chi tiết ta có sơ đồ theo hình 4-43 với các bước thực hiện sau đây: