автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Исследование и разработка оптико-электронных углоизмерительных систем с анаморфотными контрольными элементами

На правах рукописи

004603925 и'

МЕРСОН Алексей Дмитриевич

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ УГЛОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ С АНАМОРФОТНЫМИ КОНТРОЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Специальность: 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 О ИЮН 2010

Санкт -Петербург 2010

004603925

-ъ

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор И.А. Коняхин Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Л.Н. Андреев

кандидат технических наук В.Н. Дерягин

Ведущая организация: ОАО «ЛОМО»

Защита диссертации состоится «15» июня 2010 г. в .. ч. .. мин. на заседании совета Д 212.227.01 по защите докторских и кандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском Государственном университете информационных технологий, механики и оптики по адресу: 190000 г. Санкт-Петербург, переулок Гривцова, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан « .. »............ 2010 г.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в двух экземплярах) просим высылать по адресу: 197101, СПб, Кронверкский пр., 49, СПб ГУ ИТМО

Ученый секретарь совета Д 212.227.01 кандидат технических наук, доцент

Красавцев В.М.

I ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важных задач измерительной техники является определение углового пространственного положения объектов. В общем случае требуется измерение углов поворота относительно трёх ортогональных осей, одна из которых совпадает с линией визирования объекта (ось скручивания), а две другие ей перпендикулярны (коллимационные оси). Углы поворота относительно указанных осей, соответственно, угол скручивания и коллимационные углы.

Во многих практических случаях наиболее значимой составляющей угловой ориентации является поворот объекта на угол скручивания.

В качестве примера могут быть указаны следующие задачи:

1. Измерение угловых перемещений элементов и блоков типа пары «вал-опора» в крупногабаритных сооружениях с целью контроля точности их сопряжения и взаимного расположения при функционировании. Например, для функционирования нового радиотелескопа РТ-70 (Суффа), а также модернизации РТ-70 (Уссурийск), РТ-64 (Калязин) и других радиотелескопов, необходим контроль трехмерных деформаций их элементов, существенными из которых являются деформации скручивания угломестной оси и центральной колонны.

2. Контроль деформаций нагруженных промышленных и транспортных трубопроводов с целью анализа их состояния и повышения безопасности функционирования.

3. Определение углового положения относительно линии визирования кооперируемых объектов при стыковке, движущегося элемента конструкции при сборке соосных агрегатов, частей выдвигающихся телескопических опор.

4. Измерение деформаций при испытаниях на скручивание моделей новых конструкций или образцов материалов.

Особенности рассматриваемых метрологических задач определяют следующие требования к измерительным системам:

-4- увеличенный по сравнению с коллимационными углами диапазон измерения угла скручивания (до 360° при погрешности измерения от единиц угловых секунд до десятков угловых секунд);

- необходимость измерения в широком диапазоне рабочих дистанций (от десятков сантиметров до десятков метров), во многих случаях - при изменяющейся дистанции до контролируемого объекта;

- поперечный размер компонентов измерительной системы ограничен небольшими внутренними диаметрами объектов типа «полый вал».

Для определения углового пространственного положения объекта эффективны трехкоординатные оптико-электронные углоизмерительные системы, включающие базовый блок и устанавливаемый на объекте контрольный элемент (КЭ).

Известные оптико-электронные трехкоординатные угломеры не удовлетворяют указанным требованиям, поскольку используют для измерения угла скручивания световой пучок, ось которого отклонена на некоторый угол относительно линии визирования объекта. Приемная система для регистрации положения этого пучка смещена относительно линии визирования на величину базы. В результате измерение угла скручивания возможно только на фиксированной дистанции, в малом диапазоне углов, при этом диаметр оптического тракта не может быть меньше величины базы.

Использование анаморфотных оптических элементов позволяет создать простые по структуре оптико-электронные углоизмерительные системы, соответствующие указанным требованиям. Измерение угла скручивания в таких системах выполняется по осевому анаморфированному пучку; при этом апертуры оптических элементов невелики, дистанция измерения может изменяться в широких пределах.

При работе в составе трехкоординатного угломера канал с анаморфированным пучком может быть выделен в отдельную анаморфотную систему измерения угла скручивания (АСИУС).

Реализация АСИУС затруднена отсутствием принципов построения

практическнх схем, методик расчета параметров располагаемых на объекте анаморфотных контрольных элементов (КЭ), малой изученностью их метрологических свойств.

Указанные обстоятельства определяют актуальность исследования оптико-электронных углоизмерительных систем, использующих анаморфотные контрольные элементы.

Целью диссертационного исследования является теоретическое и экспериментальное исследование оптико-электронных систем измерения угла скручивания (в том числе действующих в составе трехкоординатной угло-измерительной системы) с анаморфотными контрольными элементами, а также разработка принципов построения таких систем, методов расчета параметров и характеристик их компонентов.

Для достижения указанной цели необходимо решить ряд задач: -проанализировать принципы построения, структуру и основные параметры известных оптико-электронных систем измерения угла скручивания;

-исследовать действие анаморфотных систем, а также их композиций, используемых в качестве контрольных элементов АСИУС;

-проанализировать варианты построения оптических схем АСИУС (коллимационной, автоколлимационной авторефлексионной);

-исследовать особенности структуры трехкоординатных угломеров с каналом измерения скручивания на основе АСИУС (реверсивные схемы);

- реализовать компьютерные модели АСИУС и исследовать ее метрологические параметры и характеристики (нелинейность статической характеристики, оценка значимости основных составляющих погрешности измерения, определение влияния коллимационных смещений на точность);

-разработать методики расчета параметров оптических элементов АСИУС;

-используя полученные соотношения, разработать физическую модель АСИУС в виде оптико-электронного аппаратно-программного

комплекса и выполнить ее экспериментальные исследования.

Методы исследования. Для анализа действия анаморфотных систем и КЭ на их основе используются соотношения геометрической оптики, век-торно-матричные методы расчёта, а также разработанные на их основе методики.

В экспериментальной области при исследовании соотношений между параметрами АСИУС используются детерминированные и имитационные компьютерные модели анаморфотных и других функциональных элементов. Также используются физические модели (макеты), реализующие основные компоненты АСИУС и алгоритмы их функционирования.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые:

- получены соотношения между параметрами основных элементов оптико-электронной системы измерения угла скручивания с анаморфотным контрольным элементом, оптимизированные по критериям увеличения чувствительности измерения и упрощения алгоритма обработки регистрируемого изображения;

- для контрольных элементов в виде совокупности анаморфотов синтезированы инварианты, определяющие статическую характеристику АСИУС и чувствительность измерения скручивания в виде аналитических выражений, форма которых остается прежней при изменении количества анаморфотов и величин их коэффициентов анаморфирования;

-разработаны принципы построения трехкоординатной углоизмери-тельной системы, в которой угол скручивания измеряется с использованием анаморфотных свойств контрольного элемента, коллимационные углы -по отклонению анаморфируемого пучка, при этом автоколлимационный ход пучков осуществляется специальным реверсивным отражателем.

Основные научные роложения и результаты, выносимые ца защиту:

1. Условия увеличения чувствительности АСИУС, согласно которых:

- для работы на участке максимальной крутизны статической характеристики плоскость анаморфирования КЭ должна включать в себя ось скру-

чивания и составлять в начальном положении с биссектрисой угла, образованного отрезками линий контура излучающей марки, угол, величина которого определяется найденным выражением;

- при использовании КЭ в составе двух отдельных анаморфотов, расположенных последовательно по ходу луча, для наибольшего увеличения общего коэффициента анаморфирования при сохранении малой апертуры оптических элементов необходимо, чтобы плоскости их анаморфирования были взаимно-перпендикулярными, величины коэффициентов анаморфирования - взаимно-обратными (рассогласованное анаморфирование).

2. Структура анаморфотных КЭ в автоколлимационных АСИУС, которая должна включать ретрорефлектор (например, трипель-призму) и две анаморфотные системы с рассогласованным анаморфированием, каждая из которых расположена на половине апертуры ретрорефлектора.

3. Принцип построения КЭ для трехкоординатных автоколлимационных углоизмерительных систем, согласно которого анаморфотная система устанавливается на входной грани реверсивного отражателя, при этом основное неизменное направления (ОНИ) отражателя должно быть обратным и сонаправленным оси скручивания, а угол поворота пучка относительно ОНИ — нечетно кратным 90°.

4. Соотношения, связывающие величины углов между отражающими гранями триэдра, при которых он может использоваться в качестве реверсивного отражателя.

5. Принципы построения детерминированных и имитационных моделей функционирования элементов АСИУС, позволяющие исследовать влияние первичных составляющих погрешности измерения.

Практическая ценность работы:

1. Автором разработаны методики расчета параметров:

- оптико-электронных АСИУС с увеличенным диапазоном измерения и возможностью функционирования при изменяющейся дистанции до объекта;

-8- авторефлексионных АСИУС с уменьшенными габаритами оптических элементов;

-простых по структуре технологичных клиновых анаморфотных систем, на основе которых реализуются КЭ для АСИУС;

-реверсивных триэдрических отражателей для анаморфотных КЭ, позволяющих выполнять трехкоординатные измерения.

2. Предложены практические схемы автоколлимационных АСИУС с увеличенным диапазоном и точностью измерения скручивания (в том числе функционирующих в составе трехкоординатных угломеров).

3. Разработана структура алгоритма обработки анаморфированного изображения, обладающего увеличенными быстродействием и селективностью.

4. Созданы компьютерные модели АСИУС, позволяющие проанализировать структуру суммарной погрешности измерения и выработать пути повышения точности системы.

5. Реализована физическая модель АСИУС, эксперименты с которой выявили особенности практического применения системы.

Внедрение результатов работы отражено двумя актами использования методик расчета параметров АСИУС в отраслевой лаборатории кафедры Оптико-электронных приборов и систем СПбГУ ИТМО, а также в учебном процессе СПбГУ ИТМО.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: XXXIV-XXXVI, XXXIX научная и учебно-методическая конференция СПбГУ ИТМО, СПб, 20052010 гг.; 4th International Symposium on Instrumentation Science and Technology. Harbin, P.R. China. 2006; VII Международная конференция «Прикладная оптика-2006», СПб, 2006 г.; IV межвузовская конференция молодых учёных, Сессии научных школ, СПб, 2007 г.; V Международная конференция молодых ученых и специалистов «Оптика - 2007», СПб, 2007 г.; Итоговый семинар по физике и астрономии по результатам кон-

курса грантов 2007 года для молодых ученых СПб; 7th International Conference on Optics-photonics Design&Fabrication, Yokohama, Japan, 2010.

В 2007 году исследования по тематике диссертации получили поддержку в рамках гранта Правительства Санкт-Петербурга.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 8 статьях и тезисах докладов (в том числе 4 статьи в изданиях из списка ВАК РФ).

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения. Работа содержит 170 страниц , включая 116 рисунков, 4 таблицы, библиографический список включает 72 наименования.

II КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обосновывается актуальность работы. Формулируются цели и задачи диссертационного исследования.

В Главе 1 выполнен обзор известных схем измерения угла скручивания, проанализированы их недостатки. Сделан вывод о перспективности исследования систем измерения скручивания с анаморфотными КЭ, позволяющими определять угол поворота в большом диапазоне и в условиях переменной дистанции по изменению формы регистрируемого изображения.

В Главе 2 производится анализ действия АСИУС коллимационного типа (рис. 1). С базовым объектом связана неподвижная система координат XYZ, соответственно, с контролируемым — XjYjZj, причем ось OZ совпадает с линией, соединяющей объекты. Углы 0,, 02 поворота контролируемого объекта относительно осей OX, OY — коллимационные углы, угол 03 поворота относительно оси OZ — угол скручивания. На контролируемом объекте установлен анаморфотный телескопический контрольный элемент (КЭ), изменяющий в плоскости анаморфирования расходимость лучка коллиматора в Ка раз (коэффициент анаморфирования).

Рис. 1 Структура коллимационной АСИУС В результате форма изображения марки коллиматора, формируемого в

плоскости анализа приемной системы, отличается от формы излучающей

марки. Коэффициент анаморфирования (КА) определяет изменение

масштаба в плоскости анаморфирования: Ка = В/Ь (рис. 2 при нулевом угле

скручивания, штриховой линией показана исходная марка).

плоскости анаморфирования относительно линии, соединяющей объекты, изменяется форма изображения марки в плоскости анализа приемного канала по сравнению исходной до поворота. В результате обработки изображения находится количественная оценка величины изменения формы, что позволяет при известных параметрах анаморфотного КЭ определить изме-

ряемый угол скручивания 0^.

Наиболее простой алгоритм обработки реализуется для двух критериев изменения формы: угла (3 между двумя пересекающимися прямыми контура изображения марки и разности Дк = к| - к2 их угловых коэффициентов. Получены выражения для статической характеристики АСИУС вида Дк(03) и Р(©з) (см. рис.3), которая имеет гармонический характер и однозначно определяет угол скручивания в диапазоне 0...900

лк

А* 1.1 А*).: А=Г5 А = Г 8 А=2

ч 1 N Ч % // Г 4 А \ 4 у/

V ч \\ л е. , Ч1 / 9

1 ч Щ |1\

Р.

>тя.гриз.

А=1.1 А=_1.2

А = Г8

А

- 200- 150 - 100 - 50 0 50 100 150 200

,;тя гр42

-но-

[/ ■ д ч1 ь д Л

и 1 у * % * V. \ 4

* ^ * V /У ч ^ *

у ч уу V

-200-150-100 -50 0 50 100 150 200

Рис.3 Статическая характеристика АСИУС Наибольшая чувствительность измерения реализуется в диапазоне

±20° (рис. 4). Оценка максимальной чувствительности может быть определена аналитически как:

Ъ2-Ка-к(К2а-\)

(1)

[(Ка+1)2-к2(К-1)2 где к = tg(a) - угловой коэффициент прямой контура марки коллиматора, Ка = А - коэффициент анаморфирования.

Для увеличения чувствительности измерения эффективно использование композиции из последовательно расположенных анаморфотов. При этом угловой коэффициент прямой контура анаморфированного изображения после любого п-го анаморфота определяется выражением неизменного вида (инвариантом):

К=-т—^- ,(2)

где Кап - КА п-го анаморфота, ©3 — угол скручивания, а к„.1 - угловой коэффициент прямой после (п-1)-го анаморфота, определяемый выражением, аналогичным (2), но с заменой Кап на К,„.1 и к„.1 на кп.2.

Вид статической характеристики и форма выражения для чувствительности при композиции анаморфотов аналогичны изображенным на рис. 3 и рис. 4 (инвариантны).

Рис.4 Чувствительность АСИУС Рис.5 Клиновая анаморфотная система В Главе 3 в результате анализа различных вариантов построения анаморфотного КЭ предложено в практических задачах использовать простую по структуре технологичную клиновую анаморфотную систему (АС) — см. рис. 5.

При помощи математической модели действия АС на проходящий пучок проанализировано влияние коллимационных смещений АС на коэффициент анаморфирования и угол у отклонения анаморфированного пучка от исходного направления для двух вариантов АС. В первой АС используются специально подобранные марки стекол, обеспечивающие выполнение условия у= 0. В более простой АС на основе ординарной марки стекла К8 за счет изменения других параметров АС достигается практически незначительное отклонение у от нуля. Выявлено влияние поворотов АС на угол

©1 (рис. 6), оценка которого позволяет сформировать требования к начальной ориентации АС.

Рис.6 Зависимость отклонения анаморфированного пучка (слева) и коэффициента анаморфирован ия (справа) от коллимационных поворотов АС вокруг оси ОХ

В Главе 4 исследованы практические схемы АСИУС. Рассматриваются автоколлимационные системы, при использовании которых на контролируемом объекте устанавливается пассивный отражающий КЭ. Оптимальный по чувствительности КЭ включает ретрорефлектор и две анаморфотные системы с рассогласованным анаморфированием, каждая из которых расположена на половине апертуры ретрорефлектора (рис. 7).

Рис.7 Контрольный элемент автоколлимационной АСИУС Для построения трехкоординатной углоизмерительной системы, угол

скручивания в которой измеряется при помощи АСИУС, а коллимационные углы — автоколлимационным методом, КЭ включает реверсивный отражатель, на полной апертуре которого расположена анаморфотая система (рис. 8). Направление анаморфированного в одной плоскости пучка (обозначен поз. 2) реверсивный отражатель изменяет на противоположное

с поворотом пучка на угол 90° относительно собственной оси (поз. 3). Далее пучок повторно анаморфируется, но в перпендикулярной плоскости и с обратным по величине КА (поз. 4).

-О

ЛВТ0КСП1Л1!ХШ01>

КонтрачьныП элемент

Рис.8 Трехкоординатная углоизмерительная система с КЭ в виде анаморфотной системы и реверсивного отражателя В результате реализуется увеличение чувствительности измерения

скручивания, аналогичное варианту использования двух анаморфотов с рассогласованным анаморфированием (рис. 7). При этом реверсивный отражатель чувствителен к поворотам на коллимационные углы, что позволяет построить трехкоординатную углоизмерительную систему.

Рис.9 Системные параметры триэдра и углы раскрыва Для реализации реверсивного отражателя необходимо синтезировать

зеркально-призменную систему, обратное основное неизменное направление (ОНН) которой совпадает с осью скручивания, а угол поворота пучка 0) = (2ш + 1) л / 2, где ш = 0,1,2...

Разработана методика синтеза реверсивного отражателя в виде триэдра с углами 61, 82, 53 между гранями, основанная на связи системных параметров (двугранный угол а и угол х) и углов раскрыва (величины 612, 82з,

813 поворота двух плоскостей, образующих грани) — см. рис. 9) Вектор и ОНН при этом определяется выражениями:

U=-

1

cos-

co

sinTSUirsinC sin т eos Г sino-cosa

cosT=-

sin 5,, eos ó,—sin <5,, eos <5,, sin 5,

Бштвт <5,

Углы между гранями триэдра определяются из системы уравнений:

sin-y=cosTSÍncr ; cosT=cos512sin523 , ó23=tt-ó2 , ó,=6,

sin<512=

cos5!—cos53cos6j sin 53sin S23

где С, — угол между ОНН и ребром двугранного угла между гранями 2 и 3; Г| — полный угол раскрыва (см. рис. 10)

Грань I /

Грань 1

Рис.10 Конфигурация синтезированного триэдрического реверсивного отражателя

Получено семейство численных решений для варианта симметричного триэдра: 81=83=5; 823=^8, где у — коэффициент пропорциональности (рис.Ю).Условие практической реализуемости триэдра (т^ - 0), а также критерий максимума эффективной апертуры определяют в качестве наилучшего решения (рис. 11) триэдр с параметрами: 81 = 83 = 5 = 60°; \|/= 1; 52 = 120°; Т) = £ = 54,6°.

В Главе 5 рассмотрены составляющие погрешности измерения и габаритно-энергетические соотношения между параметрами оптических элементов на примере системы измерения угла поворота угломестной оси. (рис. 12 АК — автоколлиматор)

60

<5 | • >ТЛ Г1>ПД.

Рис.11 Результаты решения уравнений синтеза триэдра Метрологические параметры АСИУС:

диапазон измерения угла поворота: .....

20°...70° при средней квадратической погрешности до Юугл. сек; дистанция измерения 5 м; апертура оптических элементов не более 45 мм (внутренний диаметр оси).

Из габаритно-энергетического расчета Рис.12 АСИУС измерения

угла поворота угломестной следует, что по критерию минимизации оси радИОтелескопа

поперечных габаритов для требуемой дистанции работы оптимальна авто-рефлексионная схема АСИУС (см. рис. 13).

Рис.13 Авторефлексионная схема АСИУС 1 - диафрагма-марка; 2 - источник подсветки, 3 - АС; 4 - ретрорефлектор; 5 - объектив, 6 - матричный анализатор, 7 - компьютер обработки видеокадра

Параметры разработанной системы: источник излучения-инфракрас-ный излучающий диод SFH480P, приемник излучения- КМОП-матрица типа OV5620 Color (фирма OmniVision), марка квадратной формы с диагональю 5 мм, диаметр ретрорефлектора 45 мм, диаметр объектива 45 мм при фокусном расстоянии 450 мм.

Исследование на имитационной модели случайных погрешностей, определяемых шумами и дискретностью матричного анализатора, показало, что при облученности изображения, близкой к насыщению для типовых матриц с динамическим диапазоном до 60 дБ и разрешением не менее 500x500 пикселов погрешность измерения до Юугл. сек. реализуется для простых в реализации КЭ с коэффициентом анаморфирования Ка = 1,4...1,6

Рис.14 Зависимость погрешности измерения угла скручивания (в угл. сек.) от отношения сигнал/шум матричного приемника (слева) и количества пикселов, приходящихся на одну линию контура изображения (справа), при различных величинах коэффициента анаморфирования (масштаб полулогарифмический).

Систематическая составляющая погрешности измерения определяется первичными погрешностями: задания угловых коэффициентов прямых контура марки, изготовления клиньев (угла клина и показателя преломления стекла), установки клиньев и анаморфотной системы в целом; ее расчетная величина равна 7,8 угл. мин., что определяет необходимость калибровки измерительной системы.

Для проверки возможности приборной реализации АСИУС была разработана и реализована физическая модель АСИУС со схемой и парамет-

Рис.15 Графический интерфейс СПО обработки изображения Для реализации алгоритма обработки было разработано специальное

программное обеспечение (СПО), вид рабочего окна которого приведен на рис. 15. При этом была использована программная библиотека ОрепСУ. Кроме того, автором разработан алгоритм поиска на гистограмме границы бинаризации. Он позволяет отсечь ложные пики фона за счет учета разности яркости фона и изображения марки.

В физической модели угол скручивания имитируется поворотом марки-диафрагмы относительно своей оси. Величина угла отсчитывается по шкале с ценой деления 2°. Погрешность задания угла (с.к.о.) Д0 = 1,5°.

рами, аналогичными таковым для спроектированной системы (рис. 13).

Приемной системой измеряется угол р между пересекающимися сторонами ромбовидного изображения марки (рис. 2). Для этого видеокадр подвергается цифровой обработке по разработанному алгоритму, включающему в себя бинаризацию, и аппроксимацию. В результате обработки бинаризованное изображение аппроксимируется к четырехугольнику, и вычисляется угол ¡3.

Огг^ес) 1шаов

НвКщгат

Рис.16 Экспериментально полученная статическая характеристика АСИУС: точками показаны полученные в результате эксперимента значения, сплошной линией — аппроксимирующая функция Статическая характеристика, полученная в результате эксперимента

(рис. 16), совпадает по форме с теоретическим видом (рис. 3), что подтверждает верность произведенных в рамках диссертации теоретических исследований и возможность практической реализации АСИУС.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проанализированы принципы построения, структура и основные параметры используемых систем измерения угла скручивания.

2. Исследовано действие анаморфотной системы (и их композиции) в составе АСИУС, синтезированы инвариантные аналитические выражения для статической характеристики и чувствительности измерения.

3. Реализованы детерминированные и имитационные компьютерные модели функционирования элементов АСИУС, на которых исследовано влияние коллимационных поворотов анаморфотной системы, погрешностей изготовления ее компонентов, шумов и разрешения матричного анализатора на точность измерения угла скручивания.

4. Предложена структура анаморфотных КЭ для автоколлимационных АСИУС, а также трехкоординатных углоизмерительных систем.

5. На основе разработанной методики синтерзирован реверсивный отражатель для анаморфотного КЭ трехкоординатных систем.

6. Разработан алгоритм обработки анаморфированного изображения

марки, на основе которого создано программное обеспечение.

7. Спроектирована и реализована физическая модель АСИУС, экспериментальное исследование которой подтвердило правильность полученных

теоретических результатов.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон. Особенности моделированы оптико-электронных систем измерения деформаций крупноразмерных объектов. // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 18. Исследования в области оптики и физики / Главный редактор д.т.и., проф. В.Н. Васильев. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. с.228-231.

2.1 A Konyakhin, A D Merson and D Y Zubenko. Optoelectronic System for Roll Angles Measuring of Maneuvering Objects Based on Anamorphosis Effect H Journal of Physics: Conference Series. Vol. 48. Institute of Physics Publishing, 2006. - P. 988-991.

3. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон, Д.Ю. Зубенко. Оптико-электронная система для измерения углов скручивания взаимодействующих объектов, использующая явление анаморфозы. // Труды 7 Международной, конференции «Прикладная оптика - 2006». Том 1. Оптическое приборостроение. - СПб: Оптическое общество им. Д.С. Рождественского, 2006. с. 124-127.

4. А.Д. Мерсон. Анализ схем построения систем измерения параметров угловой пространственной ориентации на основе явления анаморфозы. // Сборник тезисов IV Межвузовской конференции молодых ученых. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. с.39.

5. А.Д. Мерсои. Оптико-электронная измерительная система на основе анаморфозы для мониторинговых наблюдений промышленных и энергетических установок. // Сборник тезисов Итогового семинара по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2007 года для молодых ученых Санкт-Петербурга. - СПб: СПбФТНОЦ, 2007. с.29.

6. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон. Оптико-электронная система измерения угла скручивания на основе ана-морфирования. // Изв. вузов. Приборостроение. Том 51, № 9. - СПб; СПбГУ ИТМО, 2008. с. 10—14.

7. И.А. Коняхин, А.Д.Мерсон. Исследование возможности построения трехкоординатной анаморфозной системы измерения параметров угловой пространственной ориентации. // Оптический журнал. Том 76, № 1. - СПб: НПК ГОИ им. С.И. Вавилова, 2009. с.28-30.

8. Коняхин И.А., КопыловаТ.В., Коняхин А.И., Мерсон А.Д. Синтез частных инвариантных преобразований в оптико-электронных системах измерения угла скручивания И Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2010. № 3 (67). - С. 129.

Тиражирование и брошюровка выполнены в учреждении

«Университетские телекоммуникации»

197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49. Тел (812) 233-46-69.

Тираж 100 экз.

ОГЛАВЛЕНИЕ.

Перечень сокращений.

Введение.

ГЛАВА 1. Анализ методов и средств определения угла скручивания.

1.1 Математическое описание угловой ориентации объекта.

1.2 Аналитический обзор схем измерения угла скручивания в системах определения углового пространственного положения.

ГЛАВА 2. Математический анализ действия анаморфотной углоизмерительной системы.

2.1 Выбор вида исследуемой статической характеристики.

2.2 Вывод выражения для углового коэффициента контура изображения в виде прямой линии.

2.3 Вывод выражения для статической характеристики измерительной системы с анаморфотным КЭ.

2.4 Анализ чувствительности измерительной системы с анаморфотным КЭ.

2.5 КЭ в виде композиции анаморфотных систем.

2.6 Измерительная система с КЭ в виде композиции двух анаморфотных систем.

2.7 Параметры измерительной системы с КЭ в виде композиции двух анаморфотных систем. Вывод инварианта.

2.8 Статическая характеристика измерительной системы с КЭ в виде композиции двух анаморфотных систем.

2.9 Анализ чувствительности измерительной системы с составным анаморфотным КЭ.

ГЛАВА 3. Теоретическое исследование анаморфотного контрольного элемента.

3.1 Теоретическое представление трансформирующего действия призменных систем.

3.2 Сравнительный анализ различных АПС.

3.2.1 Анаморфотная призменная система Брюстера.

3.2.2 Анаморфотная призменная система в виде склейки двух призм.

3.2.3 Клиновая анаморфотная призменная система.

3.3 Исследование влияния коллимационных смещений АПС на ее К А и на отклонение анаморфированного пучка.

3.3.1 Основные положения анализа хода лучей в АПС.

3.3.2 Описание математической модели для анализа влияния коллимационных смещений клиновой АПС на ее КА и на отклонение анаморфированного пучка.

3.3.3 Результаты анализа влияния коллимационных смещений КАПС на ее КА и на отклонение анаморфированного пучка.

ГЛАВА 4. Исследование практических схем реализации АСИУС.

4.1 Автоколлимационная схема анаморфотной углоизмерительной системы

4.2 Реверсивная схема анаморфотной углоизмерительной системы.

4.3 Математический анализ действия реверсивного отражателя в составе

АСИУС.

4.4 Свойства реверсивного отражателя.

4.5 Выбор метода синтеза реверсивного отражателя.

4.6 Определение конфигурации триэдра через углы раскрыва.

4.7 Взаимосвязь системных параметров триэдра с его углами раскрыва.

4.8 Определение положение орта основного неизменного направления триэдра относительно граней триэдра.

4.9 Требования к конфигурации реверсивного отражателя по критерию увеличения площади эффективной апертуры и практической реализуемости

4.10 Основные соотношения, определяющие реверсивный отражатель с нужными свойствами.

4.11 Решение уравнений синтеза реверсивного отражателя.

4.12 Результаты синтеза реверсивного отражателя.

ГЛАВА 5. Экспериментальное исследование анаморфотной углоизмерительной системы.

5.1 Задача исследования габаритных соотношений между элементами оптической схемы.

5.2 Основные понятия и определения.

5.2.1 Обобщённая оптическая схема.

5.2.2 Используемые допущения и приближения.

5.3 Габаритные соотношения для автоколлимационной схемы измерительной системы.

5.4 Габаритные соотношения для авторефлексионной схемы измерительной системы.

5.5 Исследование составляющих погрешности измерения системы с анаморфотным отражателем на имитационной компьютерной модели.

5.6 Структура погрешности измерения скручивания оптико-электронной системой с анаморфотным контрольным элементом.

5.6.1 Выбор вида анализируемой статической характеристики.

5.6.2 Основные составляющие погрешности измерения.

5.7 Расчет параметров практического варианта оптико-электронной системы измерения скручивания с анаморфотным контрольным элементом.

5.7.1 Пример метрологический задачи измерения скручивания.

5.7.2 Расчет параметров основных элементов системы.

5.7.3 Расчет составляющих погрешности измерения.

5.8 Практическая реализация анаморфотной системы.

5.9 Алгоритм обработки изображения марки.

5.10 Программная реализация алгоритма обработки.

5.11 Экспериментальное исследование физической модели оптикоэлектронной системы измерения угла скручивания.

Актуальность работы. Одной из важных задач измерительной техники является измерение угловых величин, в частности, определение углового пространственного положения объектов. В общем случае требуется измерение углов поворота относительно трёх ортогональных осей, одна из которых совпадает с линией визирования объекта (ось скручивания), а две другие ей перпендикулярны (коллимационные оси). Углы поворота относительно этих осей, соответственно, угол скручивания и коллимационные углы.

Во многих практических случаях наиболее значимой составляющей угловой ориентации является поворот объекта на угол скручивания. В качестве примера могут быть указаны следующие измерительные задачи.

1. Измерение угловых перемещений элементов и блоков типа пары «вал-опора» в крупногабаритных сооружениях с целью контроля точности их сопряжения и взаимного расположения при функционировании. Такие измерения типичны при монтаже и мониторинге в рабочем режиме энергетических и промышленных объектов[25,52], научно-исследовательских установок. Например, для обеспечения функционирования создаваемого Россией уникального радиотелескопа миллиметрового диапазона РТ-70 (Суффа), а также модернизации РТ-70 (Уссурийск), РТ-64 (Калязин) и других полноповоротных радиотелескопов[28,51], необходимо измерение и компенсация трехмерных деформаций элементов опорно-поворотного устройства, существенными из которых являются деформации скручивания угломестной оси наведения главного зеркала и центральной колонны канала азимутальной привязки.

2. Контроль в реальном масштабе времени деформаций нагруженных элементов промышленных и транспортных трубопроводов с целью анализа их состояния и повышения безопасности функционирования.

3. Определение углового положения относительно линии визирования при причаливании или стыковке кооперируемого объекта, движущегося 5 элемента конструкции при сборке соосных агрегатов[16], частей выдвигающихся телескопических опор.

4. Измерение деформаций при испытаниях на скручивание моделей новых конструкций или образцов материалов[22].

Особенности рассматриваемых метрологических задач: возможность полного оборота контролируемого объекта относительно оси скручивания, изменяющаяся дистанция до объекта (задачи, аналогичные указанным в п.З), возможное расположение системы внутри конструктивных компонентов (задачи по п. 1,2) определяют следующие специальные требования к измерительным системам:

- диапазон измерения угла скручивания (до 360° при погрешности измерения от единиц угловых секунд до десятков угловых секунд) значительно превосходит диапазон измерения коллимационных углов (диапазон до нескольких угловых минут при погрешности измерения до единиц угловых секунд);

- необходимы измерения в широком диапазоне рабочих дистанций (от десятков сантиметров до десятков метров), во многих случаях — при изменяющейся дистанции до контролируемого объекта;

- поперечный размер компонентов измерительной системы жестко ограничен относительно небольшими внутренними диаметрами объектов типа «полый вал» или «труба».

Также, в соответствии с общими требованиями, углоизмерительная система должна иметь простую схему и конструкцию, обеспечивать временную и температурная стабильность параметров, быть надежной и иметь сравнительно невысокую стоимость.

Для определения углового пространственного положения объекта эффективны трехкоординатные оптико-электронные углоизмерительные системы, включающие базовый блок и устанавливаемый на объекте контрольный элемент (КЭ).

Известные оптико-электронные углоизмерительные системы геометрического» типа не удовлетворяют указанным специальным требованиям, поскольку используют для измерения угла скручивания световой пучок, ось которого отклонена на некоторый угол относительно линии визирования объекта. Приемная система для регистрации положения этого пучка смещена относительно линии визирования на величину базы, определяемую углом отклонения пучка и дистанцией до объекта. В результате измерение угла скручивания возможно только на фиксированной дистанции, в малом диапазоне углов, при этом диаметр оптического тракта углоизмерительной системы не может быть меньше величины базы.

Измерительные системы на основе поляризации не используют внеосевых пучков, но имеют сложную схему, используют дорогостоящие поляризационные компоненты, для которых обеспечение стабильности параметров затруднено в практических задачах.

Использование анаморфотных оптических элементов позволяет создать простые по структуре оптико-электронные углоизмерительные системы «геометрического» типа, соответствующие указанным требованиям. Измерение угла скручивания в таких системах выполняется по осевому анаморфированному пучку, параметры которого изменяются вследствие поворота связанного с объектом анаморфотного контрольного элемента при сохранении исходного осевого хода пучка. В таких системах апертуры оптических элементов невелики, дистанция измерения может изменяться в широких пределах.

Поскольку измерение коллимационных углов в таком трехкоординатном угломере выполняется по иному методу, структурно канал с анаморфированным пучком может быть выделен в отдельную анаморфотную систему измерения угла скручивания (АСИУС).

Реализация оптико-электронных АСИУС затруднена отсутствием принципов построения практических схем, методик расчета параметров анаморфотных контрольных элементов, малой изученностью их метрологических свойств.

Указанные обстоятельства определяют актуальность исследования оптико-электронных углоизмерительных систем, использующих анаморфотные контрольные элементы.

Целью диссертационного исследования является теоретическое и экспериментальное исследование оптико-электронных систем измерения угла скручивания (в том числе действующих в составе трехкоординатной углоизмерительной системы) с анаморфотными контрольными элементами, а также разработка принципов построения таких систем, методов расчета параметров и характеристик их компонентов.

Для достижения указанной цели необходимо решить ряд задач: проанализировать принципы построения, структуру и основные параметры известных оптико-электронных систем измерения угла скручивания; исследовать действие анаморфотных систем, а также их композиций, используемых в качестве контрольных элементов АСИУС; проанализировать варианты построения оптических схем АСИУС (коллимационной, автоколлимационной авторефлексионной); исследовать особенности структуры трехкоординатных угломеров с каналом измерения скручивания на основе АСИУС (реверсивные схемы); реализовать компьютерные модели АСИУС и исследовать ее метрологические параметры и характеристики (нелинейность статической характеристики, оценка значимости основных составляющих погрешности измерения, определение влияния коллимационных смещений на точность); разработать методики расчета параметров оптических элементов АСИУС; используя полученные соотношения, разработать физическую модель АСИУС в виде оптико-электронного аппаратно-программного комплекса и выполнить ее экспериментальные исследования.

Методы исследования. Для анализа действия анаморфотных систем и КЭ на их основе используются соотношения геометрической оптики, векторноматричные методы расчёта, а также разработанные на их основе методики.

В экспериментальной области при исследовании соотношений между параметрами АСИУС используются детерминированные и имитационные компьютерные модели анаморфотных и других функциональных элементов. Также используются физические модели (макеты), реализующие основные компоненты АСИУС и алгоритмы их функционирования.

Научная новизна работы определяется тем, что впервые: получены соотношения между параметрами основных элементов оптико-электронной системы измерения угла скручивания с анаморфотным контрольным элементом, оптимизированные по критериям увеличения чувствительности измерения и упрощения алгоритма обработки регистрируемого изображения; для контрольных элементов в виде совокупности анаморфотов синтезированы инварианты, определяющие статическую характеристику АСИУС и чувствительность измерения скручивания в виде аналитических выражений, форма которых остается прежней при изменении количества анаморфотов и величин их коэффициентов анаморфирования (КА); разработаны принципы построения трехкоординатной углоизмерительной системы, в которой угол скручивания измеряется с использованием анаморфотных свойств контрольного элемента, коллимационные углы — по отклонению анаморфируемого пучка, при этом автоколлимационный ход пучков осуществляется специальным реверсивным отражателем.

Основные научные положения и результаты, выносимые на защиту:

1. Условия увеличения чувствительности АСИУС, согласно которых: для работы на участке максимальной крутизны статической характеристики плоскость анаморфирования КЭ должна включать в себя ось скручивания и составлять в начальном положении с биссектрисой угла, образованного отрезками линий контура излучающей марки, угол, величина которого определяется найденным выражением; при использовании КЭ в составе двух отдельных анаморфотов, расположенных последовательно по ходу луча, для наибольшего увеличения общего КА при сохранении малой апертуры оптических элементов необходимо, чтобы плоскости их анаморфирования были взаимно-перпендикулярными, величины КА — взаимно-обратными (рассогласованное анаморфирование).

2. Структура анаморфотных КЭ в автоколлимационных АСИУС, которая должна включать ретрорефлектор (например, трипель-призму) и две анаморфотные системы с рассогласованным анаморфированием, каждая из которых расположена на половине апертуры ретрорефлектора.

3. Принцип построения КЭ для трехкоординатных автоколлимационных углоизмерительных систем, согласно которого анаморфотная система устанавливается на входной грани реверсивного отражателя, при этом основное неизменное направления (ОНН) отражателя должно быть обратным и сонаправленным оси скручивания, а угол поворота пучка относительно ОНН — нечетно кратным 90°.

4. Соотношения, связывающие величины углов между отражающими гранями триэдра, при которых он может использоваться в качестве реверсивного отражателя.

5. Принципы построения детерминированных и имитационных моделей функционирования элементов АСИУС, позволяющие исследовать влияние первичных составляющих погрешности измерения.

Практическая ценность работы:

1. Автором разработаны методики расчета параметров: оптико-электронных АСИУС с увеличенным диапазоном измерения и возможностью функционирования при изменяющейся дистанции до объекта; авторефлексионных АСИУС с уменьшенными габаритами оптических элементов; простых по структуре технологичных клиновых анаморфотных систем, на основе которых реализуются КЭ для АСИУС; реверсивных триэдрических отражателей для анаморфотных КЭ, позволяющих выполнять трехкоординатные измерения.

2. Предложены практические схемы авто коллимационных АСИУС с увеличенным диапазоном и точностью измерения скручивания (в том числе функционирующих в составе трехкоординатных угломеров).

3. Разработана структура алгоритма обработки анаморфированного изображения, обладающего увеличенными быстродействием и селективностью.

4. Созданы компьютерные модели АСИУС, позволяющие проанализировать структуру суммарной погрешности измерения и выработать пути повышения точности системы.

5. Реализована физическая модель АСИУС, эксперименты с которой выявили особенности практического применения системы.

Структура диссертационной работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка и приложения.

Основные результаты работы отражены в следующих публикациях:

1. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон. Особенности моделирования оптико-электронных систем измерения деформаций крупноразмерных объектов. // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. Выпуск 18. Исследования в области оптики и физики / Главный редактор д.т.н., проф. В.Н. Васильев. -СПб: СПбГУ ИТМО, 2005. с.228-231.

2. IA Konyakhin, A D Merson and D Y Zubenko. Optoelectronic System for Roll Angles Measuring of Maneuvering Objects Based on Anamorphosis Effect // Journal of Physics: Conference Series. Vol. 48. Institute of Physics Publishing,

2006.-P. 988-991.

3. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон, Д.Ю. Зубенко. Оптико-электронная система для измерения углов скручивания взаимодействующих объектов, использующая явление анаморфозы. // Труды 7 Международной конференции «Прикладная оптика - 2006». Том 1. Оптическое приборостроение. — СПб: Оптическое общество им. Д.С. Рождественского, 2006. с. 124-127.

4. А.Д. Мерсон. Анализ схем построения систем измерения параметров угловой пространственной ориентации на основе явления анаморфозы. // Сборник тезисов IV Межвузовской конференции молодых ученых. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. с.39.

5. А.Д. Мерсон. Оптико-электронная измерительная система на основе анаморфозы для мониторинговых наблюдений промышленных и энергетических установок. // Сборник тезисов Итогового семинара по физике и астрономии по результатам конкурса грантов 2007 года для молодых ученых Санкт-Петербурга. - СПб: СПбФТНОЦ, 2007. с.29.

6. И.А. Коняхин, А.Д. Мерсон. Оптико-электронная система измерения угла скручивания на основе анаморфирования. // Изв. вузов. Приборостроение. Том 51, № 9. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. с. 10—14.

7. И.А. Коняхин, А.Д.Мерсон. Исследование возможности построения трехкоординатной анаморфозной системы измерения параметров угловой пространственной ориентации. // Оптический журнал. Том 76, № 1. - СПб: НПК ГОИ им. С.И. Вавилова, 2009. с.28-30.

8. Коняхин И.А., Копылова Т.В., Коняхин А.И., Мерсон А.Д. Синтез частных инвариантных преобразований в оптико-электронных системах измерения угла скручивания // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. -2010. №3 (67).-С. 129.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализированы принципы построения, структура и основные параметры используемых систем измерения угла скручивания.

2. Исследовано действие анаморфотной системы (и их композиции) в составе АСИУС, синтезированы инвариантные аналитические выражения для статической характеристики и чувствительности измерения.

3. Реализованы детерминированные и имитационные компьютерные модели функционирования элементов АСИУС, на которых исследовано влияние коллимационных поворотов анаморфотной системы, погрешностей изготовления ее компонентов, шумов и разрешения матричного анализатора на точность измерения угла скручивания.

4. Предложена структура анаморфотных КЭ для автоколлимационных АСИУС, а также трехкоординатных углоизмерительных систем.

5. На основе разработанной методики синтерзирован реверсивный отражатель для анаморфотного КЭ трехкоординатных систем.

6. Разработан алгоритм обработки анаморфированного изображения марки, на основе которого создано программное обеспечение.

7. Спроектирована и реализована физическая модель АСИУС, экспериментальное исследование которой подтвердило правильность полученных теоретических результатов.

1. А.С. 201669 (СССР). Автоколлимационный уровень /А.Г.Ласий; опубл. 1967, Бюл. № 18.

2. А.С. 771464(СССР). Трехкоординатное оптическое устройство /Э.Д.Панков, В.В.Хижняков; опубл. 1980, Бюл. № 38.

3. А.С. №1486784 СССР, МКИ G 01 В 11/26. Способ аттестации автоколлимационных угломеров //И.А.Коняхин, Э.Д.Панков и др.; опубл. 1989, Бюл., №22.

4. Аникст Д.А., Константинович К.М., Меськин И.В., Панков Э.Д. Высокоточные угловые измерения. Под ред. Ю.Г. Якушенкова, М.: Машиностроение, 1987 480 с.

5. Аникст Д.А., Голубовский О.М., Петрова Г.В. и др. Оптические системы геодезических приборов. — М.: Недра, 1981. 240 с.

6. Бегунов Б.Н. Трансформирование оптических изображений М.: Искусство. — 1965. - 232 с.

7. Бегунов Б.Н. Геометрическая оптика М.: 2е изд., МГУ, 1966. - 211 с.

8. Бондаренко И.Д. Принципы построения фотоэлектрических163автоколлиматоров. Минск : Университетское изд., 1984. - 190 с.

9. Бондаренко И. Д., Хан ох Б.Ю. Исследование возможности определения направления при помощи тетраэдрического отражателя.— Вестник Белорусского университета, серия 1, мат., физ., мех. 1971, № 3.

10. Бронштейн Ю.Л. Грызулин С.И. Анализ некоторых зеркальнопризменных систем передачи направления /Науч.тр. ЦНИИ геодезии, аэросъемки, картографии. Вып. 221,1979,с. 125-155

11. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВУЗов. — М: Наука, 1986. -976 с.

12. Бужинский А.Н. и др. Объективный поляризационный метод измерения углов скручивания элементов конструкции // ОМП.-1968.- N 10.-с.9-13

13. Вагнер Е.Т., Митрофанов А.А.,Барков В.Н. Лазерные и оптические методы контроля в самолетостроении.-М.Машиностроение, 1977.-175 с.

14. Гай В.Е., Данилов С.Д. Актуальные задачи цифровой обработки изображений. // VII международная научная конференция "Наука и образование", 2008г.

15. Голенко А.А. Влияние последовательности алгоритмов цифровой обработки изображений на качество контуров в системах технического зрения роботов. МГТУ "Станкин", Россия, Москва. // Автоматизация и управление в машиностроении. Выпуск (N16, 2001).

16. Грейм И.А. Зеркально-призменные системы. М.: Машиностроение, 1981. -125с. (Библиотека приборостроителя)

17. Грейм И.А., Стендер П.В. Расчет систем плоских зеркал. Л.: СЗПИ, 1968. -110 с.

18. Грейм И.А., Шефтель М.Б. Сравнительный анализ современных методов расчета зеркально-призменных систем //Оптико-механическое приборостроение:Межвузовский сборник.-Л.-1978.-С.З-10.

19. Гукайло М.Я. Автоколлимация. Москва;Киев:Машгиз, 1963.-108 с.

20. Джабиев А.Н., Коняхин И.А., Панков Э.Д. Автоколлимационныеуглоизмерительные средства мониторинга деформаций. СПб: СПбГИТМО(ТУ), 2000. - 197 с.

21. Карапетян Б.К. Колебания сооружений, возведенных в Армении. Ереван: Айастан, 1977.-171 с.

22. Кожевников Ю.Г. Оптические призмы. Проектирование, исследование, расчет. 2-е издание, прераб. и доп. Серия: Библиотека приборостроителя. М: Машиностроение, 1984г. 152 с

23. Коняхин И.А., Копылова Т.В., Коняхин А.И., Мерсон А.Д. Синтез частных инвариантных преобразований в оптико-электронных системах измерения угла скручивания // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. — 2010. №3 (67).-С. 129.

24. Коняхин И.А., Мерсон А.Д. Исследование возможности построения трехкоординатной анаморфозной системы измерения параметров угловой пространственной ориентации. // Оптический журнал. Том 76, № 1. СПб: НПК ГОИ им. С.И. Вавилова, 2009. с.28-30.

25. Коняхин И.А., Мерсон А.Д. Оптико-электронная система измерения угла скручивания на основе анаморфирования. // Изв. вузов. Приборостроение. Том 51, № 9. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. с.Ю—14.

26. Коняхин И.А., Панков Э.Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры. -М.: Недра 1991.

27. Коуэн Ф.Н., Грант П.М. Адаптивные фильтры. Пер. с англ. -М.: Мир, 1988.392 с.

28. Линдли К. Практическая обработка изображений на языке Си : Пер. с англ.- М.: Мир, 1996.-512 е., ил.

29. Мерсон А.Д. Анализ схем построения систем измерения параметров угловой пространственной ориентации на основе явления анаморфозы. // Сборник тезисов IV Межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. с.39.

30. Павлидис Т. Алгоритмы машинной графики и обработки изображений. Страниц: 394 Год: 1986

31. Панов В.А., Кругер М.Я., Кулагин В.В и др. Справочник конструктора оптико-механических приборов. — JL: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. 742 е., ил.

32. Парвулюсов Ю.Б.,Солдатов .В.П., Якушенков Ю.Г. Проектирование оптико-электронных приборов.-М.:Машиностроение,1990 432 с.:ил.

33. Пат. 3241430(США). Three axis alignment device /Kulick F.-заявл . 24.09.62, №255458; опубл. 22.03.66; МКИ G 01 В 11/26;НКИ CI 88-14.-трёхосное оптическое выравнивающее устройство.

34. Пат. 3990796(США). Optical measurement of the difference in alignment between reference frames/ Foltz J.V.-заявл . 23.05.75, №580255; опубл. 9.11.76;МКИ G01 В 11/26;НКИ 356 —Оптический измеритель рассогласования положения рам.

35. Пик Л.И. Исследование действия призменного отражателя //Геодезия и картография-1965.-№10.-С.29-35.

36. Погарев Г.В. Юстировка оптических приборов. Л: Машиностроение,1982, -128 с.

37. Пруненко Ю.К. Анаморфотный сфероцилиндрический объектив // Сборник тезисов V Всероссийской межвузовской конференции молодых ученых. СПб: СПбГУ ИТМО. - 2008. - С. 53.

38. Пруненко Ю.К. Исследование влияния технологических параметров на качество изображения призменной анаморфотной системы // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2007. - Вып. 38. - С. 58-62.

39. Пруненко Ю.К. Применение анаморфотной оптики в современном оптическом приборостроении // Сборник трудов конференции молодых ученых. Вып. 1 Оптотехника и оптическое приборостроение. СПб.: СПбГУ ИТМО.-2009.-С. 170-178.

40. Пруненко Ю.К. Телескопические анаморфотные линзы на основе торических поверхностей // Сборник трудов VIII международной конференции «Прикладная оптика 2008». - 2008. - С. 201-204.

41. Прэтт У. Цифровая обработка изображений. — Кн. 1,2. — М.: Наука, 2000.-1024 с.

42. Русинов М.М., Грамматин А.П., Иванов П.Д. и др. Вычислительная оптика. Справочник. Изд.2. СПб.: ЖИ, 2008, 424 с.

43. Сивцов Г.П Синтез зеркально-призменной системы по заданному передаточному коэффициенту. // Оптический журнал, 1992, №2, с.58-60.

44. Сойфер В.А. Методы компьютерной обработки изображений. : ФИЗМАТЛИТ, 2003. 784 с.

45. Стейнберг Д., Леку К. Радиоастрономия.-М.:Иностранная литература, 1963.-312 с.

46. Тищенко В.Г., Харин Д.А. Колебания гидротехнических сооружений / Труды координационного совещания по сейсмологическому строительству.-Ереван, 1966.-С.46-50

47. Томилин М.Г. Анаморфозы оптические причуды эпохи Возрождения или истоки науки об обработке изображений //Оптический журнал.-2001.-Т. 68.-№9.-С. 106-111.

48. Тудоровский А.И. Теория оптических приборов. M.-JL: Изд-во АН СССР, 1938.

49. Федоров. А. Бинаризация черно-белых изображений: состояние и перспективы развития. Электронный ресурс. Режим доступа: http://iu5.bmstu.ru/~philippovichaATS/IST4b/ITS4/Fyodorov.htm. - Загл. с экрана.

50. Фельдман Г.А. Расчет и выбор оптических элементов геодезических светодальномеров (оптимизация параметров).-М.: Наука-1973 г.

51. Форсайт Д., Понс Ж. Компьютерное зрение. Современный подход.: Пер. с англ. М.: Издательский дом «Вильяме», 2004. - 928 с.

52. Хуанг Т.С., Эклунд Дж.-О., Нуссбаумер Г.Дж., Зохар Ш., Юстуссон Б.И., Тян Ш.-Г. Быстрые алгоритмы в цифровой обработке изображений.: Пер. с англ. М.: Радио и связь, 1984. - 224с.

53. Чуриловский В., Халилулин К. Теория и расчет призменных систем. JL: Машиностроение, 1979г. 270с

54. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. — М.: Машиностроение, 1989. 360 с.

55. Яншин В.В., Калинин Г.А. Обработка изображений на языке Си для IBM PC. М.: Мир, 1994.

56. Bailey Т.В. (US). Three axes line-of-sight transducer. США, патент US 7,032,469 B2. НКИ 74/5.6А. МПК G01 С 19/54; G 01 В 11/26. Номер заявки 10/293,422. Дата публикации 25 апреля 2006 г.

57. Baker A.L. (US), Ellis C.R. (US). Three axis optical alignment device. США, патент US 3,375,750. МПК G 01 В 11/27. Номер заявки 138,525. Дата публикации 2 апреля 1968 г.

58. Bradski G., Kaehler A. Learning OpenCV.: O'Reilly 2008 -557c.

59. Bussard P.E. (US). Optical biaxial angle sensor. США, патент US 7,227,627 Bl. НКИ 356/152.2. МПК G 01 В 11/26. Номер заявки 11/166,914. Дата публикации 5 июня 2007 г.

60. Collyer P.W. (US). Three-axis angular monitoring. США, патент US4,721,386. НКИ 356/152. МПК G 01 В 11/26; G 01 С 1/00. Номер заявки 888,032. Дата публикации 26 января 1988 г.;

61. Harris M.D. (US). Three-axis angle sensor. CUIA, патент US 4,560,272. НКИ 356/138. МПК G 01 В 11/27. Номер заявки 646,547. Дата публикации -24 декабря 1985 г.;

62. Hesse R. (DE), Wagner R. (DE). Method and device for the contactless optical determination of the 3D position of an object. США, заявка на патент US 2007/0009149 А1. НКИ 382/154. МПК G06K 9/00. Номер заявки 11/389,381. Дата публикации 11 января 2007 г.

63. Ikeda Y. (JP), Kato Y. (JP). Image processing method image processor. США, заявка на патент US 2007/0176927 А1. НКИ 345/426. МПК G 06 Т 15/50. Номер заявки 11/698,991. Дата публикации -2 августа 2007 г.

64. Konyakhin I A, Merson A D and Zubenko D Y. Optoelectronic System for Roll Angles Measuring of Maneuvering Objects Based on Anamorphosis Effect // Journal of Physics: Conference Series. Vol. 48. Institute of Physics Publishing, 2006.-P. 988-991.

65. Mitchelson D.L. (Angland). Movement measuring apparatus and landmarks for use therewith. США, патент US 4,486,095. НКИ 356/141. МПК G 01 В 11/26. Номер заявки 355,586. Дата публикации 4 декабря 1984 г.;

66. Pettersen A. (Norway). Method and sensor for opto-electronic angle measurements. США, па-тент US 5,196,900. НКИ 356/141. МПК G 01 В 11/26; G 01 В 11/24; G 01 С 1/00. Номер заявки 582,936. Дата пуб-ликации 23 марта 1993 г.;

67. Sporring J. Gaussian Scale-Space Theory / J. Sporring et al. Kluwer Academic Publishers, 1997. - 425 p.

68. Е.Г. Лебедько А.Л. Андреев

69. УТВЕРЖДАЮ" ГОУВПО "СПбГУ ИТМО"и