priborИзвестия высших учебных заведений. ПриборостроениеJournal of Instrument Engineering0021-34542500-0381Национальный исследовательский университет ИТМО10.17586/0021-3454-2022-65-4-262-270pribor-291Research ArticleОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫOPTICAL AND OPTO-ELECTRONIC INSTRUMENTS AND SYSTEMSАлгоритм измерения углов поворота объекта автоколлимационным методом при использовании триэдрического отражателя с цилиндрической граньюAlgorithm for object rotation angles measuring by the autocollimation method using a trihedral reflector with a cylindrical faceНикитинМ. М.NikitinM. M.

Никитин Михаил Михайлович —инженерно-исследовательский факультет; инженер.

Санкт-Петербург

Mikhail M. Nikitin — ITMO University, Faculty of Engineering Research; Engineer.

St. Petersburg

nikitinmm96@gmail.comКоняхинИ. А.KonyakhinI. A.

Коняхин Игорь Алексеевич — д-р техн. наук, профессор; инженерно-исследовательский факультет; E-mail: igor@grv.ifmo.ru

Санкт-Петербург

Igor A. Konyakhin — Dr. Sci, Professor; ITMO University, Faculty of Engineering Research.

St. Petersburg

igor@grv.ifmo.ruДобрыхФ. Г.DobrykhF. G.

Добрых Фёдор Германович — факультет цифровых трансформаций.

Санкт-Петербург

Fedor G. Dobrykh — ITMO University, Faculty of Digital Transformations.

St. Petersburg

d.fedor97@gmail.comУниверситет ИТМОITMO University202202122024654262270Copyright © Национальный исследовательский университет ИТМО, 20242024Национальный исследовательский университет ИТМОНациональный исследовательский университет ИТМОhttps://pribor.ifmo.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://pribor.ifmo.ru/jour/article/view/291

Предложен алгоритм определения угла поворота контрольного элемента для автоколлимационной системы, использующей отражатель в виде триэдрического контрольного элемента с цилиндрической гранью. Этот тип отражателей используется для определения трехмерного углового пространственного положения объекта. Создана математическая модель отражателя, воспроизводящая взаимодействие излучения с отражателем. На основе получаемых изображений согласно модели разработан алгоритм определения угла поворота контрольного элемента. Алгоритм обеспечивает фильтрацию изображения от шумов; уменьшение толщины линий, находящихся на изображении, для повышения точности определения угла поворота; наложение темной области на центр изображения, для возможности последующей кластеризации линий; непосредственно определение угла поворота линий на изображении для последующего определения угла поворота контрольного элемента. Алгоритм позволяет анализировать картину, получаемую от отражателя, имеющего более одной цилиндрической грани.

An algorithm for determining rotation angle of the control element for autocollimation system using the reflector in the form of a trihedral control element with a cylindrical face is proposed. This type of reflector is used to determine the three-dimensional angular spatial position of an object. A mathematical model of the reflector is created, which reproduces its interaction with the radiation. On the basis of obtained images, according to the model, an algorithm for determining the control element rotation angle is developed. The algorithm provides image filtering from noise; reducing the thickness of the lines on the image to improve the accuracy of determining the angle of rotation; imposition of a dark area on the center of the image, for the possibility of subsequent clustering of lines; directly determining the angle of rotation of the lines on the image for the subsequent determination of the angle of rotation of the control element. The algorithm makes it possible to analyze the pattern obtained from a reflector with more than one cylindrical face.

автоколлимационная системацилиндрическая граньалгоритм обработки изображенияпространственное угловое положение объектаautocollimation systemcylindrical surfaceimage processing algorithmthree-dimensional positioningReferencesАникст Д. А., Костантинович К. М., Меськин И. В., Панков Э. Д. Высокоточные угловые измерения. М.: Машиностроение, 1987. 480 с.Anikst D.A., Kostantinovich K.M., Meskin I.V., Pankov E.D. Vysokotochnyye uglovyye izmereniya (High Precision Angle Measurements), Moscow, 1987, 480 р. (in Russ.)Arakantsev K. G., Konyakhin I. A., and Timofeev A. N. Inner-base optoelectronic system for the control of linear displacements // Key Engineering Materials. 2010. N 437. P. 237—241.Arakantsev K.G., Konyakhin I.A., and Timofeev A.N. Key Engineering Materials, 2010, no. 437, pp. 237–241.Коняхин И. А., Моисеева А. А., Хоанг В. Оптико-электронный автоколлиматор для двухкоординатных угловых измерений // Изв. вузов. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 7. С. 563—570.Konyakhin I.A., Moiseeva A.A., Hoang V. Journal of Instrument Engineering, 2016, no. 7(59), pp. 563–570 (in Russ.)Konyakhin I. A., Timofeev A. N., Usik A. A., and Zhukov D. V. Optic-electronic systems for measuring the angle deformations and line shifts of the reflecting elements at the rotatable radio-telescope // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8082. P. 80823R.Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Usik A.A., and Zhukov D.V. Proc. SPIE, 2011, vol. 8082, рр. 80823R.Дефекты и способы контроля направляющих // Оборудование и Ремонт [Электронный ресурс]: http://www.webrarium.ru/korpys-remont-napravlayshih.html.http://www.webrarium.ru/korpys-remont-napravlayshih.html. (in Russ.)Ivanov A. V., Ostrun A. B. Improved universal method for a size calculation of centered optical systems // J. of Optical Technology. 2015. Vol. 79. P. 285—288.Ivanov A.V., and Ostrun A.B. J. of Optical Technology, 2015, vol. 79, рр. 285–288.Wenchang Y., Zhiqian W., Chengwu S., Yusheng L., Shaojin L., Qinwen L., Wen D., and Zhuoda S. Research on Focal Length Measurement Scheme of Self-Collimating Optical Instrument Based on Double Grating // Sensors (Basel). 2020. Vol. 20, N 9. Р. 2718. DOI: 10.3390/s20092718.Wenchang Y., Zhiqian W., Chengwu S., Yusheng L., Shaojin L., Qinwen L., Wen D., and Zhuoda S. Sensors (Basel), 2020, no. 9(20), pp. 2718, DOI:10.3390/s20092718.Пат. 2650432 РФ, G 01 B 11/26, G 02 B 27/30. Трехкоординатный фотоэлектрический автоколлиматор / Е. Р. Маламед, М. Н. Сокольский. Заяв. № 20717103573. Опубл. 13.04.2018. Бюл. № 11.Patent RU 2650432, G 01 B 11/26, G 02 B 27/30, Trekhkoordinatnyy fotoelektricheskiy avtokollimator (Three-coordinate Photoelectric Autocollimator), E.R. Malamed, M.N. Sokolsky, Patent application no. 20717103573, Published 13.04.2018, Bulletin 11. (in Russ.)Yanhe Y., Sheng C., and Yanfeng Q. Design, fabrication, and verification of a three-dimensional autocollimator // Applied Optics. 2016. Vol. 55, N 35. DOI: 10.1364/AO.55.00998.Yanhe Y., Sheng C., and Yanfeng Q. Applied Optics, 2016, no. 35(55), DOI: 10.1364/AO.55.00998.Okoshi T., Yano A., and Fukumori Y. Curved triple-mirror screen for projection-type three-dimensional display // Applied Optics. 1971. Vol. 10, N 3. P. 482—489.Okoshi T., Yano A., and Fukumori Y. Applied Optics, 1971, no. 3(10), pp. 482–489.Ханох Б. Ю. Оптические отражатели тетраэдрического типа в активных системах. Мн.: Изд-во БГУ, 1982. 160 с.Khanoh B.Yu. Opticheskiye otrazhateli tetraedricheskogo tipa v aktivnykh sistemakh (Optical Reflectors of Tetrahedral Type in Active Systems), Minsk, 1982, 160 р. (in Russ.)Konyakhin I. A., Timofeev A. N., Konyakhin A. I. Three-axis optic-electronic autocollimation system for the inspection of large-scale objects // Proc. of SPIE. 2013. Vol. 8788. P. 87882C.Konyakhin I.A., Timofeev A.N., Konyakhin A.I. Proceedings of SPIE, 2013, vol. 8788, pp. 87882C.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров / Под ред. И. Г. Арамановича. М.: Наука, 1973. 832 с.Korn G., Korn T. Spravochnik po matematike dlya nauchnykh rabotnikov i inzhenerov (Handbook of Mathematics for Scientists and Engineers), Moscow, 1973, 832 р. (in Russ.)Никитин М. М. Проектирование оптико-электронной системы измерения координат точек объекта методом пространственного растра // Аннотированный сборник научно-исследовательских выпускных квалификационных работ среди бакалавров и специалистов Университета ИТМО. СПб: Университет ИТМО, 2019. С. 217—223.Nikitin M.M. Annotirovannyy sbornik nauchno-issledovatel'skikh vypusknykh kvalifikatsionnykh rabot sredi bakalavrov i spetsialistov Universiteta ITMO (Annotated Collection of Research Final Qualification Papers among Bachelors and Specialists of ITMO University), St. Petersburg, 2019, рр. 217–223. (in Russ.)Никитин М. М. Исследование параметров и характеристик автоколлимационной системы при использовании отражателя с цилиндрической гранью // Сб. тр. IX конгр. молодых ученых. СПб, 15—18 апреля 2020 г. 2021. Т. 2. С. 278—283.Nikitin M.M. Sbornik trudov IX kongressa molodykh uchenykh (Proceedings of the IX Congress of Young Scientists), St. Petersburg, April 15–18, 2020, 2021, vol. 2, рр. 278–283. (in Russ.)Старовойтов В. В., Голуб Ю. И. Получение и обработка изображений на ЭВМ. Мн.: БНТУ, 2018. 204 с. ISBN 978-985-550-770-4.Starovoitov V.V., Golub Yu.I. Polucheniye i obrabotka izobrazheniy na EVM (Obtaining and Processing Images on a Computer), Minsk, 2018, 204 р., ISBN 978-985-550-770-4. (in Russ.)Arthur D., Vassilvitskii S. k-means++: The advantages of careful seeding // Proc. of the 18th annual ACM-SIAM symp. on Discrete algorithms. Society for Industrial, Applied Mathematics. 2007. Р. 1027—1035.Arthur D., Vassilvitskii S. Proceedings of the eighteenth annual ACM-SIAM symposium on Discrete algorithms, Society for Industrial, Applied Mathematics, 2007, рр. 1027–1035.Ester M., Kriegel H.-P., Sander J., and Xu X. A density-based algorithm for discovering clusters in large spatial databases with noise // Proc. Intern. Conf. Knowl. Discovery Data Mining. 1996. Vol. 96, N 34. P. 226—231.Ester M., Kriegel H.-P., Sander J., and Xu X. Proc. Intern. Conf. Knowl. Discovery Data Mining, 1996, no. 34(96), pp. 226–231.Vanderverf D. Applied prismatic and reflective optics. Bellingham: SPIE Press, 2010. 296 p.Vanderverf D. Applied prismatic and reflective optics, Bellingham, SPIE Press, 2010, 296 p.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.