Методика цифровой обработки поверхности доски

МЕТОДИКА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДОСКИ SURFACEDIGITALTREATMENTMETHODOFWOODBOARDS

Толокнов И.А., Алексеев А.Е.

Рассмотрена методика цифрового анализа поверхности необрезных пиломатериалов перед обрезкой. В процессе анализа восстанавливается трехмерная форма и целостное изображение поверхности доски.

The method of surface edging lumber digital analysis before cutting. In analyzing the three-dimensional shape and holistic image of the surface boards is restored.

Ключевые слова: дефектоскопия пиломатериалов, алгоритмизация деревопе-реработки, техническое зрение, трехмерное сканирование, оптическое сканирование.

Keywords: defectoscopy of timber, algorithmization woodworking, technical vision, three-dimensional scanning, optical scanning.

Точный качественный анализ необрезных пиломатериалов позволяет минимизировать потери на механической обработке. Программная оценка формы и изображения поверхности доски позволяет с высокой точностью определить наличие и расположение на ней дефектов и выбрать наиболее выгодный вариант обрезки.

В предлагаемой методике анализ производится путем цифровой обработки изображения, получаемого с камеры, расположенной непосредственно над пиломатериалом, проходящим по конвейеру. В сторону участка доски, захватываемого камерой, направлен сфокусированный в линию лазерный луч, образующий подсвеченный контур пиломатериала на изображении. Помимо лазерного излучателя на поверхность пиломатериала направлены управляемые источники света для создания необходимого уровня и распределения освещенности. Также используются датчики продольного перемещения и наличия доски.

Цифровая обработка поверхности доски производится в следующей последовательности. На изображении полученном с камеры выделяется контур, подсвеченный лазером. Затем по координатам выделенных точек, определяется положение контура в пространстве с учетом оптических параметров камеры и ее расположения относительно конвейера и лазера.В пространстве точка контура на изображении находится на пересечении луча выпущенного в ее направлении из центра камеры и плоскости создаваемой лазером. Таким образом рассчитывается пространственный контурдля каждого полученного с камеры кадра.После прохождения всей доски через область сканирования полученный таким образом контуры объединяются в трехмерную модель поверхности доски.Для оптимизации процесса анализа формы поверхности трехмерная модель составленная из точек контуров преобразуется в карту высот - двухмерную матрицу, каждая из ячеек которой содержит в себе информацию о высоте поверхности в точке соответствующей столбцу и строке ячейки. К образованной матрице могут быть применены такие же методы анализа как и к изображению. Так, например, во многих случаях пороговый

фильтр с пороговым значением соответствующем толщине доски, применённый к карте высот, позволяет выделить пласть и обзол на поверхности пиломатериала.

Так как цвет и яркость дефектных участков древесины в большинстве случаев отличаются от здоровых, изображение поверхности пиломатериала, полученное с камеры, также может быть использовано для их обнаружения. Сперва все снимки доски должны быть объединены в одно целостное изображение. Размеры элементов доски на изображении зависят от расстояния до центра камеры и должны быть скорректированы перед объединением. Так как высота необходимой для анализа поверхности (пласти) близка к постоянной на протяжении всей доски, перспективные искажения могут быть учтены применением линейного фильтра с заранее рассчитанной функцией. При объединении кадров могут образовываться швы на стыках, что может быть скорректировано линейной интерполяцией перекрывающихся областей.

После объединения снимков производится обнаружение и анализ дефектов. При равномерном освещении для поиска темных дефектов может быть использован пороговый фильтр. Бинарное изображение полученное после фильтрации сегментируется путем применения морфологических операций основанных на объединении в сегменты соседних пикселей. Для каждого сегмента определяются такие параметры как площадь, положение, периметр, ориентация, отношение ширины к длине и пр. Эти параметры используются для классификации дефектов. Так же с этой целью могут быть получены гистограммы яркости сегментов в различных цветовых диапазонах.

В результате анализа формы и изображения поверхности необрезного материала определяются его качественные параметры, позволяющие выбрать вариант механической обработки максимально соответствующий заданному критерию оптимизации.

Список использованных источников

1. Szeliski, R, ComputerVision: AlgorithmsandApplications. Springer 2010 p.578-616.

2. Техническое зрение роботов/ под ред. Ю.Г. Акушенкова, М.: Машиностроение 1990, с. 162-164.