СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ РЕКОНСТРУКТИВНОГО ОТОБРАЖЕНИЯ ГОДИЧНЫХ СЛОЕВ В ОБЪЕМЕ И НА РАЗРЕЗАХ КРУГЛОГО ЛЕСОМАТЕРИАЛА
METHOD OF MODELLING OF RECONSTRUCTIVE DISPLAYING OF ANNUAL RINGS IN VOLUME AND ON SECTIONS OF ROUND TIMBER

Изобретение относится к деревообрабатывающей промышленности, в частности к производству плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганый шпон, получаемых путем продольного раскроя круглых лесоматериалов.
Известен способ отображения годичных слоев на разрезах круглого лесоматериала (A.M.Боровиков, Б.Н.Уголев «Справочник по древесине»: Справочник / Под ред. Б.Н.Уголева. - М.: Лесная промышленность, 1989. С.17-18), включающий формирование линий годичных слоев в виде концентрических колец на поперечном разрезе, в виде продольных полос светлого и темного цвета - на радиальном и в виде извилистых U-образных линий - на тангенциальном разрезе.
Недостатком этого способа является схематичность отображения годичных слоев на разрезах круглого лесоматериала: концентрические окружности, формирующие линии годичных слоев, отображаются без учета прироста древесины и расстояние между ними выбирается произвольно, либо на основе ранее полученных данных; отображение линий на радиальном и тангенциальном разрезах формируются без учета вида линии образующей поверхность годичного слоя. Кроме этого при фактическом продольном раскрое круглого лесоматериала невозможно прогнозировать отображение его реальных годичных слоев на поверхности получаемых плоских пластинчатых материалов.
Наиболее близким по технической сущности (прототип) является способ определения объема и качества круглых лесоматериалов (А.с. 991094 G01N 33/46. Фотометрический способ определения объема и качества круглых лесоматериалов / З.П.Мартынюк. №99109434/28; Заявлено 28.04.99; Опубл. 10.02.2001, Бюл. №17. - 112 с.), заключающийся в определении диаметра торцов бревен, расчете полезного объема, визуальном определении пороков и суждении о сортности, визуальном определении сорта древесины и осуществлении съемки торцевых сторон бревен, для этого размещают как минимум одну управляемую стереопару, состоящую из видеокамер, ориентированных для съемки торцов, устанавливают маркеры с заданным расположением их в пространстве, причем таким образом, чтобы они попали в угол обзора обеих камер, регистрируют и получают изображения торцов в виде пары (стереопары) растровых изображений, поочередно вводят полученные изображения в компьютер, который преобразует их в эквивалентные цифровые изображения с соответствующей разрешающей способностью, размещают левое и правое изображения для получения стереоскопического эффекта, проводят компьютерную обработку изображений путем цветового выделения торцов, векторизирования изображений (если съемка велась под углом), приводят в плоскость, параллельную плоскости экрана, восстановления недостающих границ торцов бревен и приведения всех торцов к единой плоскости, наблюдают объемную геометрическую модель бревен, приводят ее к плоскости маркеров, аппроксимируют каждый торец известными способами с минимальной погрешностью, получают теоретическую модель бревен по которой с помощью ЭВМ определяют наименьший диаметр каждого торца и/или площадь, по известному заранее соотношению переходят от системы координат экрана к системе координат объекта и вычисляют объем исследуемых круглых лесоматериалов по известным методикам, причем при необходимости формируют массивы регистрируемой информации для последующего контроля и учета, для определения качества древесины изображения поверхности торцов увеличивают на величину, определяемую требуемой разрешающей способностью для оценки параметров, определяют наличие пороков на поверхности торцов, величину их геометрических характеристик и судят о качестве по известным критериям, породный состав исследуемой древесины оценивают по полученным изображениям, сравнивая рисунок древесного среза с известными, определяют соответствие той или иной породе.
Недостатком данного способа является возможность исследования только наружных слоев круглого лесоматериала. При этом хотя и определяют качество древесины, но только по внешним признакам, сравнивая их с известными критериями. Кроме того, известный способ не позволяет получать отображения годичных слоев на продольных разрезах круглого лесоматериала и тем самым оценивать декоративные свойства поверхностей плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганный шпон.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности продольного раскроя круглых лесоматериалов, увеличение объемного выхода плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганый шпон, с заранее заданными декоративными свойствами их поверхностей.
Указанная задача достигается тем, что в способе моделирования реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала, включающем видеосъемку торца круглого лесоматериала, получение изображений и преобразование их в цифровой эквивалент, проведение компьютерной обработки изображений путем цветового выделения торца и получении реконструированной модели круглого лесоматериала, согласно изобретению, на стадии видеосъемки торцов круглый лесоматериал вращают относительно его продольной оси с дискретным угловым перемещением, при этом формируют массив видеоизображений торцов, который получают последовательной видеосъемкой торца круглого лесоматериала, находящегося в статическом положении, после очередного вращения на заданный угол, затем полученные изображения торца обрабатывают с помощью компьютера и определяют линии годичных слоев в плоскости торца круглого лесоматериала, далее моделируют поверхности годичных слоев в объеме круглого лесоматериала путем перемещения образующей по предварительно выявленным линиям годичных слоев, наблюдают прозрачную объемную геометрическую модель круглого лесоматериала с отображением поверхностей годичных слоев, а реконструктивное отображение годичных слоев на разрезах круглого лесоматериала формируют путем построения в объеме моделируемого круглого лесоматериала секущей плоскости, имитирующей плоскость реза, на которую проецируют поверхности линий, образующихся от перерезания реконструированных слоев.
Кроме того, предварительная визуализация раскроя круглого лесоматериала, позволяющая определять ориентацию годичных слоев на поверхностях пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы, позволяет производить продукцию, удовлетворяющую требуемым конструкционным показателям.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 представлена структурная схема видеосъемки торца круглого лесоматериала.
Видеосъемка торца круглого лесоматериала включает: установку круглого лесоматериала 1 на роликовые вращающиеся опоры 2 таким образом, что комлевой торец 3 круглого лесоматериала 1 располагается перпендикулярно оптической оси видеокамеры 4; получение видеоизображений комлевого торца 3 круглого лесоматериала 1, который вращают относительно его продольной оси с дискретным угловым перемещением; передачу видеоизображений комлевого торца 3 круглого лесоматериала 1 от видеокамеры 4 на системный блок 5; обработку видеоизображения; вывод изображения комлевого торца 3 круглого лесоматериала 1 на монитор 6.
На фиг.2 изображена последовательность обработки видеоизображений комлевого торца круглого лесоматериала.
Последовательность обработки видеоизображений комлевого торца 3 круглого лесоматериала 1 включает: формирование массива видеоизображений торцов 1, 2, 3, … n, обработку полученных изображений торцов 3 круглого лесоматериала 1 с помощью компьютера 5; определение непрерывных линий годичных слоев 7 в плоскости торца 3 круглого лесоматериала 1.
На фиг.3 изображена модель реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала при условии, что секущая плоскость, имитирующая плоскость реза, расположена параллельно оси круглого лесоматериала.
Модель реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала включает: предварительно выявленные линии годичных слоев 7; образующую 8; объемную геометрическую модель 9 круглого лесоматериала 1 с реконструктивным отображением поверхностей годичных слоев; секущую плоскость 10, имитирующую плоскость реза и расположенную параллельно оси круглого лесоматериала; реконструктивное отображение годичных слоев 11 в плоскости реза 10; проецируемую поверхность 13.
На фиг.4 изображена модель реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала при условии, что секущая плоскость, имитирующая плоскость реза, расположена параллельно образующей круглого лесоматериала.
Модель реконструктивного отображения годичных слоев в объеме и на разрезах круглого лесоматериала включает: предварительно выявленные линии годичных слоев 7; образующую 8; объемную геометрическую модель 9 круглого лесоматериала 1 с реконструктивным отображением поверхностей годичных слоев; секущую плоскость 10, имитирующую плоскость реза и расположенную параллельно образующей круглого лесоматериала; реконструктивное отображение годичных слоев 12 в плоскости реза 10; проецируемую поверхность 13.
Способ осуществляют следующим образом.
Круглый лесоматериал, например бревно, устанавливают на приводные ролики и в статическом положении получают видеоизображение, например цифровой видеокамерой, торцевой поверхности круглого лесоматериала, затем круглый лесоматериал при помощи приводных роликов поворачивают относительно его продольной оси на заданный угол и фиксируют в статическом положении, после чего получают следующее видеоизображение торцевой поверхности круглого лесоматериала. Получение видеоизображений прекращают при условии, что круглый лесоматериал суммарно повернут на 360° относительно продольной оси. Полученный массив видеоизображений торца круглого лесоматериала вводится в ЭВМ и проводится его обработка, например, методом первичной сегментации и последующим связыванием контуров с использованием преобразования Хафа. На основании обработки массива видеоизображений торца круглого лесоматериала получают реконструктивное видеоизображение торца с четким изображением линий годичных колец. Затем моделируют поверхности годичных слоев в объеме круглого лесоматериала путем перемещения образующей по предварительно выявленным линиям годичных слоев, например, в среде программирования MATLAB, и на экране монитора наблюдают прозрачную объемную геометрическую реконструированную модель круглого лесоматериала с отображением в его объеме поверхностей годичных слоев. Моделирование раскроя круглого лесоматериала осуществляют путем построения в его объеме секущей плоскости, имитирующей плоскость реза, перерезающей под заданным углом реконструированные поверхности годичных слоев. Затем реконструктивное отображение линий перерезанных годичных слоев проецируют на плоскость, на которой отображается текстура реконструированной поверхности реза.
Использование заявляемого способа позволяет повысить эффективность продольного раскроя круглых лесоматериалов за счет предварительной визуализации годичных слоев в объеме каждого отдельного круглого лесоматериала, способствующей увеличению объемного выхода плоских пластинчатых материалов, таких как пиломатериалы и строганый шпон, с заранее заданными декоративными свойствами их поверхностей.
Заявленный способ актуален также тем, что предварительная визуализация раскроя круглого лесоматериала на пиломатериалы позволяет определять ориентацию годичных слоев в объеме материала и обеспечивает выпуск продукции, удовлетворяющей требуемым конструкционным показателям, необходимой для изготовления строительных деревянных конструкций.