Sistem serat optik proyeksi pencitraan untuk pengukuran bentuk di ruang tertutup

24/5/2015 Sistem serat optik proyeksipencitraan untuk pengukuran bentuk di ruang tertutup
https://translate.googleusercontent.com/translate_f 1/10
Page 1
Serat optik sistem proyeksipencitraan untuk pengukuran bentuk di
ruang tertutup
Lujie Chena, *, Viswanath Bavigadda sebuah, Theodoros Kofidisb, Robert D. Howe c
sebuahTeknik Desain Produk, Singapore University of Technology dan Desain, Singapura
bYong Loo Lin School of Medicine, National University of Singapore, Singapore
cSekolah Teknik dan Ilmu Terapan, Harvard University, USA
Abstrak
Sebuah sistem proyeksipencitraan berbasis serat diusulkan untuk pengukuran bentuk dalam ruang tertutup.
Karena fleksibilitas serat pencitraan, sistem dapat digunakan dalam skenario khusus yang
sulit untuk setup eksperimental konvensional. Tiga percobaan: ruang terbuka, ruang tertutup dan
bawah air, dirancang untuk menunjukkan kekuatan dan kelemahan dari sistem. Hal ini menunjukkan bahwa
ketika keselarasan mungkin, akurasi yang relatif tinggi dapat dicapai: kesalahan kurang dari
2% dari tinggi keseluruhan spesimen. Dalam situasi di mana keselarasan sulit, secara signifikan
peningkatan kesalahan diamati. Kesalahan adalah dalam bentuk distorsi geometris skala kotor; misalnya
permukaan datar direkonstruksi dengan kelengkungan. Selain itu, serat pencitraan dapat memperkenalkan denda
skala suara ke tahap pengukuran, yang harus ditekan dengan menghaluskan filter. Berdasarkan
hasil dan analisis, ditemukan bahwa meskipun sistem berbasis serat memiliki kekuatan yang unik,
kalibrasi dan pengolahan metode yang ada untuk pola pinggiran harus diubah untuk mengatasi
kekurangannya sehingga untuk mengakomodasi aplikasi yang lebih luas.
Kata kunci: serat optik pinggiran proyeksi, ruang tertutup, pengukuran bentuk, pencitraan serat
1. Perkenalan
Penelitian dan pengembangan upaya substansial telah pergi ke meningkatkan akurasi, fungsi
tionality dan pelaksanaan berbagai teknik optik berdasarkan pada prinsip holografi,
interferometri, moire, proyeksi cahaya terstruktur, visi stereo dan photometrology. Optical sistemik
tems untuk tiga dimensi (3D) pengukuran bentuk telah menemukan berbagai aplikasi. Mereka
mencakup evaluasi metrologi di makro, meso dan skala mikro.
Pendekatan yang ada, sistem komersial dan setup eksperimental terkenal memiliki standar
terwujud solusi untuk banyak tugas pengukuran yang berbeda dalam skenario yang beragam. Pada skala makro, stereo
visi dan fotometri metode yang umum digunakan untuk merekonstruksi bentuk 3D dari objek yang
dimensi di atas satu meter kubik [1]. Pada mesoskala, objek desktop berukuran dapat mudah
diukur pada meja optik di lingkungan laboratorium. Tergantung pada tujuan evaluasi
(Bentuk atau perpindahan), teknik dapat dipilih yang paling sesuai dengan masalah di bawah pertimbangan
tion. Holografi [2] dan interferometri [3] cocok untuk pengukuran perpindahan; morie [4] dan
proyeksi cahaya terstruktur [5] cocok untuk pengukuran bentuk. Tentu saja ada variasi,
misalnya, interferometri cahaya putih untuk pengukuran bentuk [6]. Beberapa metode, seperti digital
korelasi citra [7], bahkan dapat mencapai kedua dalam satu pergi. Pada skala mikro, keselarasan optik tepat
sistem menjadi semakin penting. Kebanyakan implementasi teknik optik didasarkan
pada mikroskop untuk mengambil keuntungan dari estafet lensa dirancang dengan baik yang [8].
Sementara arus utama pengembangan sistem optik mengasumsikan bahwa spesimen dapat diletakkan di
posisi yang ditunjuk, ini tidak mungkin dalam insitu pengukuran; sehingga pengembang telah mo
bermotif untuk menggabungkan teknik optik dalam perangkat khusus, seperti endoskopi dan serat lingkup.
*Penulis yang sesuai
Alamat email: chenlujie@sutd.edu.sg (Lujie Chen)
Preprint disampaikan kepada Elsevier September 17, 2013
Halaman 2

Selama bertahuntahun, hologram yang diproduksi dari sistem serat optik [9, 10, 11]; morie pinggiranpola
terns dihasilkan melalui serat singlemode, dengan potensi untuk digunakan dalam diagnosis medis [12];
pinggiran proyeksi dicapai dengan mengirimkan citra kisi melalui seratlangkah untuk membuat
surement pada objek mikro [13]. Metode pengolahan data: fasepergeseran dan Transformasi Fourier,
yang diterapkan untuk pola pinggiran diperoleh endoskopi atau lingkup serat, seperti di ruang bebas
skenario [14, 15, 16]. Pendekatan fotometri juga disesuaikan dengan perangkat ini [17, 18].
Beberapa tren sepanjang pengembangan pengukuran bentuk endoskopi telah diamati.
Pertama, komponen yang lebih digital yang terintegrasi dalam suatu sistem; misalnya kisikisi digantikan oleh digital
perangkat cermin (DMD) atau modulasi cahaya spasial (SLM) unit [8, 19]. Kedua, proyeksi khusus
pola yang diterapkan untuk mengambil informasi 3D [20, 21, 22]. Ketiga, aplikasi lebih
spesifik dan solusi yang lebih disesuaikan [23, 24, 25]. Namun tidak sedikit, biaya rendah lalu,
offtherak proyektor digital yang ditunjukkan untuk menjadi unit proyeksi layak [26, 27]. Mereka
memberikan tingkat yang sama dari fleksibilitas untuk perangkat DMD atau SLM mahal dalam menghasilkan proyeksi
pola.
Namun, sebagai offtherak proyektor digital memiliki builtin optik sendiri, tidak dioptimalkan untuk
aplikasi mikroskopis, distorsi optik parah mungkin terjadi. Dalam tulisan ini, kami menggambarkan
serat optik sistem proyeksipencitraan untuk pengukuran bentuk; membandingkan hasil pengukuran
dari komponen MEMS dalam tiga skenario: ruang bebas, ruang tertutup dan air; membahas
pro dan kontra dari sistem; dan menyarankan pendekatan tentatif untuk meningkatkan kinerja
fiberscope berbasis digitalproyektor penerbangan murah sebagai alat ukur presisi tinggi.
2. Prinsip
Membangun sistem proyeksi cahaya terstruktur berdasarkan serat optik yang lurus ke depan di
Prinsip, seperti digambarkan pada Gambar 1. Perbedaan utama dari versi nonserat terletak pada penggunaan
pencitraan bundel serat untuk mengarahkan cahaya, baik dalam proyeksi atau pencitraan, atau keduanya. Catatan
bahwa, meskipun namanya, serat pencitraan bekerja sama dengan baik untuk transmisi cahaya diproyeksikan sebagai
untuk mengumpulkan cahaya untuk lolos ke kamera. Tergantung pada kebutuhan, fleksibel atau serat pencitraan kaku
dapat dimasukkan. Di pasar, ada lingkup kaku komersial yang bekerja dengan berbagai
jenis kamera; karenanya, tantangan nyata dalam keselarasan optik adalah beberapa cahaya dari
proyektor ke serat pencitraan.
komputer
proyektor
obyekkamera
lensa telanjang
tujuan serat pencitraan
lingkup kaku
lensa mikro
z
Gambar 1: Diagram Sistem.
Dua komponen: lensa telanjang dan lensa objektif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, yang diperlukan untuk
kopling ringan. Biasanya, offtherak proyektor digital memiliki sudut divergensi besar. Telanjang lensa
digunakan untuk mengurangi ukuran kerucut optik diproyeksikan sehingga sebagian besar daerah proyeksi
dapat memasukkan lensa objektif. Tanpa lensa telanjang, sebagian besar piksel proyektor akan siasia
dan resolusi berikutnya akan rendah. Rule of thumb untuk memilih lensa telanjang yang cocok untuk
mendapatkan setidaknya sebanyak piksel sebagai resolusi serat pencitraan ke dalam lensa objektif. Pada
ujung distal dari serat, lensa mikro sering melekat meningkatkan aperture numerik (NA) dari
serat pencitraan. Akibatnya, relay lensa yang cukup rumit adalah di antara chip proyektor
dan pola diproyeksikan pada objek. Relay terdiri dari proyek 'builtin lensa, telanjang
2
Halaman 3
lensa, lensa objektif dan lensa mikro. Misalignment dari pusat optik lensa ini akan
menyebabkan distorsi. Sama berlaku untuk jalur optik pencitraan.
Prosedur berikut ini digunakan untuk kalibrasi sistem. Mereka telah terbukti valid
dan akurat untuk nonserat berbasis sistem pinggiran proyeksi [28, 29]. Sebuah model lubang jarum diasumsikan
pada kedua proyeksi dan optik kamera.
Untuk mengkalibrasi optik kamera, pola papan catur yang dicitrakan di dua posisi di sepanjang
arah z (Gambar 1), dengan pergeseran dikenal di antara. Ukuran sebenarnya dari kotak di
papan catur dikenal juga; karenanya, 3D koordinat seluruh penjuru pola dikenal. Itu
asal dunia koordinat dapat dipilih secara sewenangwenang. Misalnya, asal bisa menjadi yang pertama
sudut papan catur pada posisi zarah jauh. Poin sudut yang sesuai pada gambar
dapat diekstraksi dengan ketelitian subpixel. Kemudian, matriks yang mewakili pemetaan antara

image (2D) dan dunia (3D) poin dihitung berdasarkan metode numerik yang dijelaskan dalam [1]:
(Xsaya, Ysaya, 1)T = M · (xw, Yw, Zw, 1)T. (1)
di mana M adalah matriks kamera, T menunjukkan matriks transpose, xsayadan ysayaadalah koordinat dari dicitrakan
titik sudut, x w, Yw dan zw adalah koordinat titik dunia sesuai. M digunakan kemudian untuk
mengambil koordinat 3D dari permukaan objek.
Untuk mengkalibrasi optik proyeksi, matriks relay lensa tidak dihitung tapi phase yang
toheight hubungan disimpulkan dari peta fase di dua posisi di sepanjang z arah [28, 29]. Sebagai
ditunjukkan pada Gambar 2, pesawat 1 dan 2 adalah dua pesawat referensi dengan pergeseran zarah murni. "Obyek"
menunjukkan permukaan benda di antara pesawat referensi. Pada (x1, Z1), (X2, Z2) Dan (xo, Zo), Yang
pola pinggiran harus memiliki nilainilai fase identik, yang dapat ditemukan dengan pemetaan fase [30]. Di
setiap baris yang samafase, tiga x koordinat, x1, X2 dan x o, Harus dipetakan ke subpixel akurasi;
maka, objek yang tidak diketahui ketinggian permukaan zo dapat dihitung dengan
zo=
xo x1
x2 x1
z2. (2)
asumsi z 1 = 0. Perhatikan bahwa persamaan 2 secara teoritis berlaku bahkan jika titik permukaan benda
di luar pesawat referensi.
pola pinggiran
proyeksi
x
z x2
1
2
z1
xo
Pesawat 1
Pesawat 2
obyek
x
y
z
melihat
arah
baris yang samafasebaris yang samafase
zo
Gambar 2: Kalibrasi hubungan faseketinggi.
Setelah faseketinggi konversi, titik objek memperoleh 3D koordinat unit campuran.
X dan y koordinat titik dalam gambar koordinat, dengan unit pixel. z adalah
dunia berkoordinasi, dengan satuan jarak yang sebenarnya, seperti milimeter. Untuk mendapatkan x dan y dalam
dunia koordinat, Persamaan 1 harus digunakan lagi. Sejak M diketahui setelah kalibrasi
3
Halaman 4
optik kamera, hanya ada dua yang tidak diketahui xw dan yw. Representasi matriks berisi tiga
persamaan, dua di antaranya adalah bebas linear; maka, x w dan yw dapat diselesaikan. Ini melengkapi
proses pengukuran dan permukaan benda yang dihasilkan adalah dalam dunia 3D koordinat.
3. Percobaan
Tiga percobaan dilakukan pada komponen MEMS ditunjukkan pada Gambar 3. Mereka mewakili
berbeda disitu skenario: ruang terbuka, ruang tertutup dan di bawah air. Pengukuran 3D di ditutup
ruang dan bawah air yang menantang, di mana sistem proyeksi pencitraan berbasis serat menemukan yang khusus
aplikasi.
3.3
3.2
0,9
mm
Gambar 3: Komponen MEMS dengan ketebalan 0,55 mm. Permukaan diperlakukan dengan cat difusi.
Gambar 4 menunjukkan setup eksperimental skenario tertutup ruang; spesimen adalah en
ditutup pada bola ping pong. Pencitraan jalur optik terdiri dari kamera CCD (Sekutu Visi

Teknologi, Manta G504B mono) dan lingkup serat kaku. Jalan proyeksi terdiri dariminiprojector, lensa telanjang (melekat dan di belakang panggung 3D), lensa objektif dan fleksibel
lingkup serat (Fujikura figh15600N). Baik kaku dan lingkup serat fleksibel memiliki inte
parut lensa mikro, dengan sudut yang berbeda dari sekitar 100 derajat. Setup eksperimental dari
dua skenario lainnya adalah sama.
fleksibel
lingkup serat
lingkup serat kaku
kamera
proyektortujuan lensa telanjangspesimen tertutup
di bola
Gambar 4: Setup Eksperimental skenario tertutup ruang.
Gambar 5 menunjukkan pinggiran pola khas diproyeksikan pada bidang referensi. Radial relatif besar
distorsi dapat dilihat oleh pengamat pada Gambar 5 (a); Namun demikian, pola dicatat oleh
Kamera CCD, Gambar 5 (b), menunjukkan distorsi kurang radial karena (1) itu adalah ramuan pusat
daerah yang diproyeksikan dan optik (2) pencitraan memiliki distorsi radial juga, yang terjadi untuk membatalkan
bahwa optik proyeksi. Dalam semua percobaan, pergeseran zarah bidang referensi adalah
diperkenalkan melalui mikrometer mekanik. Gambar 6 menunjukkan pola papan catur untuk kamera
4
Halaman 5
kalibrasi, tercatat dua posisi z. Mereka berada di posisi yang sama seperti di mana referensi
pola pinggiran ditangkap.
serat pencitraan
proyeksi
serat
(A) (B)
Gambar 5: Sebuah pola pinggiran diproyeksikan pada bidang referensi, seperti yang terlihat (a) oleh pengamat dan (b) dengan kamera terpasang
untuk lingkup serat kaku.
(A) (B)
Gambar 6: Pola papan catur untuk kalibrasi kamera, tercatat (a) dekat dan (b) posisi jauh z. Lingkaran merah di
(A) menunjukkan titik sudut otomatis terdeteksi.
Dalam percobaan ruang terbuka, Gambar 7 (a), spesimen itu selaras tegak lurus terhadap
melihat arah, ideal untuk pengukuran 3D. Gambar 7 (b) menunjukkan pinggiran pola khas yang diperoleh.
Hasil penelitian ini merupakan indikasi kasus terbaikskenario dicapai oleh sistem, karena
tidak ada kendala dalam ruang.
Dalam percobaan tertutup ruang, spesimen itu melekat pada permukaan dalam sebuah ping pong.
Beberapa lubang diciptakan pada ping pong untuk menyediakan akses untuk serat, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8 (a).
Gambar 8 (b) menunjukkan pinggiran pola khas yang diperoleh, di mana orang dapat melihat banyak serat individu
berakhir dari bundel serat pencitraan. Jika mereka fokus seperti pada gambar ini, itu berarti bahwa
pencitraan optik adalah fokus juga. Dalam skenario tertutup ruang, keselarasan spesimen dengan
proyeksi atau optik pencitraan sulit. Sisiefek selanjutnya akan dibahas dalam Bagian 4.

Percobaan ketiga bertujuan untuk menguji sistem untuk pengukuran bawah air. Di sana
dua tantangan utama: pertama, ruang kerja yang terbatas dan kedua, proyeksi atau imag
ing melalui udara dan air secara umum tidak layak karena pembiasan di udaraair
antarmuka. Sebuah sistem berbasis serat adalah calon yang baik untuk tugastugas pengukuran seperti insitu. Seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 9 (a), serat yang dicelupkan ke dalam air. Pinggiran di sekitar serat, seperti yang terlihat oleh
pengamat, memang terdistorsi karena pembiasan; Namun, yang terlihat oleh kamera [Gambar 9 (b)]
tidak karena cahaya yang dipantulkan dikumpulkan oleh serat pencitraan di dalam air tanpa
melewati antarmuka udaraair.
5
Halaman 6
serat proyeksi
serat pencitraan
(A) (B)
Gambar 7: Skenario Openruang. (A) Closeup dari serat distal akhir. (B) Pola pinggiran direkam oleh kamera.
serat proyeksi
serat pencitraan
(A) (B)
Gambar 8: skenario Ditutupruang. (A) Beberapa lubang dibuat pada permukaan ping pong untuk menyediakan akses
untuk serat. (B) Pola pinggiran direkam oleh kamera. Zoom gambar, orang dapat melihat gambar dari banyak
dari ujung serat individu.
4. Hasil dan Diskusi
Gambar 10 menunjukkan profil permukaan MEMS komponen diperoleh di ruang terbuka mantan
periment; (A) adalah peta ketinggian divisualisasikan dalam 2D, di mana x dan y adalah di unit pixel dan intensitas
menunjukkan ketinggian di milimeter; di (b), semua koordinat dikonversi ke jarak yang sebenarnya berdasarkan
pada Persamaan 1, seperti yang dijelaskan dalam Bagian 2. sudut kanan atas dan kanan bawah Gambar 10 (a)
berisi data pemetaan fase valid karena bidang pandang terbatas dalam referensi dan objek
peta fase. Mereka bertopeng putih. Hasil pemetaan fase langsung sangat bising;
karenanya, 3by3 median diikuti oleh ratarata penyaringan diterapkan untuk menekan kebisingan. Gambar
ditampilkan adalah hasil setelah smoothing. Kebisingan sebagian besar disebabkan oleh kekosongan daerah di bundel serat:
masalah ini akan dibahas lebih lanjut dalam percobaan bawah air.
Spesimen memiliki ketebalan 0.55mm, diukur dengan calliper a. Nilai ini digunakan sebagai
referensi untuk mengevaluasi akurasi pengukuran keseluruhan. Pada Gambar 10 (a), daerah tertutup oleh
merah garis putusputus adalah permukaan depan spesimen dan yang tertutup oleh garis putusputus cyan
adalah bidang dasar. Tinggi ratarata perbedaan antara kedua daerah ini adalah 0,56 mm, diperoleh
dengan metode optik, yang dalam perjanjian yang baik dengan yang diperoleh calliper tersebut. Kedalaman
dari dip pusat tidak diketahui. Berdasarkan pengukuran optik, itu adalah sekitar 0.46mm dari
permukaan depan. Inspeksi visual dari sudut pandang yang berbeda menunjukkan bahwa tidak ada yang jelas
kesalahan pengukuran.
Gambar 11 menunjukkan di 2D dan 3D masingmasing profil permukaan spesimen yang diperoleh di
percobaan tertutup ruang. Seperti dapat dilihat, permukaan miring, menunjukkan bahwa spesimen
tidak tegak lurus terhadap serat pencitraan, juga terhadap bidang referensi, selama percobaan.
Hal ini tidak mengherankan, karena komponen MEMS tertutup dalam ping pong [Gambar 8 (a)]
dan keselarasan sulit. Keselarasan sempurna seperti khas dalam skenario tertutup ruang, di mana
aksesibilitas terbatas. Hasil menunjukkan masalah distorsi: permukaan depan datar dan
bidang dasar menjadi melengkung.
6

Halaman 7
serat proyeksi
serat pencitraan
(A) (B)
Gambar 9: skenario Underwater. Kedua serat yang dicelupkan ke dalam air. Pola pinggiran seperti yang terlihat (a) oleh pengamat
dan (b) dengan kamera yang melekat pada lingkup serat kaku.
(A)
1.4
0,7
0
mm
X
Y
Z
0
0 1 2 3 4
1
2
3 mm
1
(C)
Gambar 10: percobaan Openruang. (A) tinggi Permukaan peta 2D dan (b) profil permukaan 3D MEMS yang
komponen.
Kelengkungan yang lebih jelas dengan kemiringan kotor dihapus oleh pas pesawat ke depan
permukaan dan kemudian mengurangkan pesawat dari profil. Resultan 2D dan tinggi permukaan 3D
distribusi ditunjukkan dalam Gambar 12. distorsi ini sebagian besar kemungkinan disebabkan oleh relay lensa
dari proyeksi dan pencitraan optik, yang menyimpang dari model lubang jarum diasumsikan dalam kamera
kalibrasi dan pemetaan fase. Penyimpangan kecil pada bidang referensi tetapi cukup
signifikan keluar dari pesawat. Akibatnya, hasil percobaan pertama relatif akurat
tapi orangorang dari kedua miskin. Ratarata perbedaan ketinggian dari permukaan depan dan dasar
Pesawat, yang ditunjukkan pada Gambar 12 (a), adalah 0,44 mm. Meskipun hanya berbeda dari hasil calliper yang
sebesar 20%, deviasi yang cukup parah karena permukaannya yang bahkan tidak datar.
(A)
1.7
0,7
0.3
mm
X Y
Z
0
0 1 2 3 4
1
2
3
mm
1
(B)
Gambar 11: percobaan Ditutupruang. (A) tinggi Permukaan peta 2D dan (b) profil permukaan 3D MEMS yang
komponen.
Gambar 13 menunjukkan hasil tanpa filter dari percobaan bawah air. Di ketinggian permukaan 2D
Peta Gambar 13 (a), belu suara yang kuat diamati. Sebuah wilayah yang ditunjukkan oleh persegi putih
diperbesar pada Gambar 13 (b), di mana kepadatan dan frekuensi suara jelas divisualisasikan. Sebagai
disebutkan sebelumnya, kebisingan adalah karena membatalkan daerah dari serat pencitraan. Mereka adalah ruang di
7
Halaman 8
0.25

(A)
0,3
0,85
mm
X Y
Z
1
0
1
2
3
4
1
2
3 mm
0,5
(B)
Gambar 12: Kemiringan kotor dihapus dari Gambar 11.
antara banyak serat individu, seperti yang ditunjukkan dalam kontras pinggiran peta pada Gambar 13 (c). Titik terang
di peta kontras citra serat individu. Mereka mengubah intensitasnya menurut
pola proyeksi, sehingga mendapatkan kontras tinggi. Ruang di antara serat individu memiliki
kontras yang lebih rendah karena tidak ada cahaya melewati. Intensitasnya bervariasi lemah, karena untuk defocused
cahaya dari serat sekitarnya. Kesalahan fase yang tak terelakkan di wilayah ini dan telah menyebabkan
sejumlah besar suara.
Artefak lain dalam Gambar 13 (a) adalah wilayah sabit cerah di dip pusat. Akar Penyebab
cukup tak terduga: itu adalah bagian dari citra bola proyektor. Dalam percobaan ini, dibatasi
dengan ukuran kapal [lihat Gambar 9 (a)], sudut antara proyeksi dan pencitraan serat adalah
kecil; kemudian, citra bola, yang diproduksi oleh dan di bawah air, adalah di bidang
lihat. Tanpa hatihati mengatur dua serat, satu mungkin dengan mudah berakhir dengan titik terang besar
(Gambar bola lampu) di gambar yang direkam. Kami secara khusus menempatkan serat pencitraan lebih dekat dengan
spesimen dari serat proyeksi sehingga mantan diblokir spot light dari bohlam.
Namun, keunggulan sisa spot light tetap dalam pola pinggiran direkam; telah menghasilkan
daerah kontras rendah pada Gambar 13 (c) dan distribusi fase yang salah pada fase dibungkus
Peta, Gambar 13 (d).
(A) (B)
(C) (D)
Gambar 13: percobaan Underwater. (A) peta ketinggian tanpa filter. (B) Diperbesar daerah persegi putih di (a). (C) Fringe
kontras peta. (D) Dibungkus peta fase.
Ketinggian permukaan peta setelah smoothing pameran ditingkatkan keseragaman tetapi artefak di
wilayah tengah berlanjut, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 14. Ratarata ketinggian perbedaan antara depan
permukaan dan bidang dasar, yang ditunjukkan pada Gambar 14 (a), adalah 0,65 mm. Deviasi relatif besar
8
Halaman 9
dari 0,55 mm, diperoleh calliper, dapat dikaitkan dengan dua faktor. Pertama, sudut antara
proyeksi dan pencitraan kecil, menyebabkan sensitif rendah pengukuran tinggi. Kedua,
spesimen terjebak dengan bidang dasar dengan bermuka dua pita, yang mungkin menjadi kurang lengket di
air dan ruang antara dua permukaan diperluas sedikit. Serupa dengan percobaan pertama,
spesimen itu selaras tegak lurus terhadap serat pencitraan; oleh karena itu, tidak ada distorsi melengkung hadir
dalam hasil.
(A)
2.4
1.2
0
mm
X Y
Z
0
0 2
4
1
2 mm
0
4
2
(B)
Gambar 14: percobaan Underwater. (A) tinggi Permukaan peta 2D dan (b) profil permukaan 3D MEMS yang
komponen.

Berdasarkan tiga percobaan, fitur unik dari serat optik sistem proyeksipencitraan
baik ditunjukkan. Namun, ia juga menemukan bahwa jika menggunakan kalibrasi dan pengolahan metode
dirancang untuk sistem konvensional, kesalahan terlihat dapat diproduksi dalam skenario di mana yang tepat
keselarasan sulit. Selain itu, jika optik adalah dalam fokus, yang dianggap perlu dalam
praktek umum, bundel serat pencitraan akan menghasilkan suaraskala halus relatif kuat. Kebisingan
mengurangi akurasi pengukuran fase dan resolusi tetapi, untuk beberapa memperpanjang, bisa ditekan
dengan menghaluskan filter.
5. Kesimpulan dan Masa Depan
Proyeksi dan pencitraan sistem berbasis serat dibangun untuk pengukuran bentuk. Itu
eksperimen dan hasil telah menunjukkan kekuatan dan kelemahan. Sangat cocok untuk terbatas
aplikasi ruang dan mampu merekonstruksi profil permukaan yang cukup akurat di bawah keselarasan.
Ketika keselarasan berbeda, sistem ini mampu mengambil bentuk kotor tetapi tunduk
distorsi terlihat. Masa Depan kerja bisa fokus pada pendekatan komputasi dan instrumental
untuk mengurangi distorsi. Dalam pendekatan komputasi, faktor skala dapat dimasukkan
dalam model kamera dimodifikasi untuk memperhitungkan perubahan skala orde kedua sehubungan dengan
kedalaman yang berbeda dalam arah z. (Perubahan orde pertama dianggap dalam model lubang jarum.) Dalam
pendekatan instrumental, skrup khusus dapat dirancang untuk memount erat proyektor, yang
lensa telanjang, lensa objektif dan bundel serat untuk proyeksi. Seperti yang terintegrasi dan tetap
Unit proyeksi akan memerlukan hanya sekali kalibrasi, mencapai tingkat yang sama kekompakan
sebagai endoskopi yang tersedia di pasar. Sebuah kombinasi dari komputasi dan instrumental
pendekatan bisa mencapai generasi baru perangkat pengukuran. Mereka dapat menampung baru
aplikasi sulit untuk memulai sebelumnya dan masih menjaga akurasi pengukuran tinggi dan
fleksibilitas pinggiran proyeksi.
Pengakuan
Karya ini didukung oleh International Design Center (IDC) IDD31200102 hibah,
IDG31200109 dan SUTD SREP11013,
9
Halaman 10
Referensi
[1] R. Hartley, A. Zisserman (Eds.), Beberapa Lihat Geometri di Computer Vision, Cambridge
University Press, 2000.
[2] T. Kreis (Ed.), Handbook of Holographic interferometri, WileyVCH, 2005.
[3] JW Goodman (Ed.), Speckle Fenomena di Optik: Teori dan Aplikasi, Roberts dan
Perusahaan Penerbit 2007.
[4] K. Patorski (Ed.), Handbook of teknik moire pinggiran, Elsevier 1993.
[5] J. Geng, terstruktur cahaya 3d pencitraan permukaan: tutorial, Kemajuan Optik dan Photonics
3 (2011) 128160.
[6] JC Wyant, interferometri cahaya putih, di: Prosiding SPIE, Vol. 4737 2002.
[7] MA Sutton, JJ Orteu, HW Schreier (Eds.), Gambar Korelasi untuk Shape, Gerak dan
Deformasi Pengukuran: Konsep Dasar, Teori dan Aplikasi, Springer, 2009.
[8] C. Zhang, PS Huang, FP Chiang, fasepergeseran mikroskopis profilometry berdasarkan digital
teknologi perangkat Micromirror, Optik Terapan 41 (28) (2002) 58965904.
[9] M. Yonemura, T. Nishisaka, H. Machida, Endoskopi hologram interferometri menggunakan serat
optik, Optik Terapan 20 (9) (1981) 16641667.
[10] S. Schedin, G. Pedrini, HJ Tiziani, FM Santoyo, Allserat berdenyut holografi digital,
Optik Komunikasi 165 (1999) 183188.
[11] E. Kolenovic, W. Osten, R. Klattenhoff, S. Lai, C. Kopylow, W. Juptner, miniatur digital
sensor holografi untuk distal endoskopi tiga dimensi, Optik Terapan 42 (25) (2003) 5167
5172.
[12] L. Wosinski, R. Schumann, Endoskopi moire metrologi, di: Prosiding SPIE, Vol.
2341 1994, hlm. 249252.
[13] S. Wang, CJ Tay, C. Quan, HM Shang, Sebuah serat optik pinggiran proyektor untuk mikro
komponen, Optik 111 (9) (2000) 419422.

[14] CR Mercer, G. Beheim, serat optik sistem fase loncatan untuk interferometri, Terapan
Optik 30 (7) (1991) 729734.
[15] I. Merta, LR Jaroszewicz, S.Swillo, metode sederhana dari pengukuran bentuk 3d oleh sistem
dari serat optik pinggiran proyeksi, di: Prosiding SPIE, Vol. 5952 2005.
[16] F. Zhang, F. Duan, C. Lv, X. Duan, E. Bo, F. Feng, serat optik proyekpinggiran interferometri
dengan sistem fase modulasi sinusoidal, Optical Engineering 52 (6) (2013) 065601.
[17] K. Kaneda, T. Ohashi, T. Tsumanuma, K. Sanada, Ultrathin fiberscope untuk stereoscopic
visi, di: Prosiding SPIE, Vol. 1889, 1993, hlm. 233242.
[18] AG Albertazzi, AC Hofmann, AV Fantin, JMC Santos, endoskopi Photogrammetric
untuk pengukuran permukaan silinder dalam menggunakan pinggiran proyeksi, Optik Terapan 47 (21)
(2008) 38683876.
[19] CH Wong, NG Chen, CJR Sheppard, Studi potensi pencahayaan terstruktur
mikroskop menggunakan perangkat Micromirror digital untuk tujuan endoskopi, dalam: Prosiding
Simposium Internasional tentang Biophotonics, Nanophotonics dan Metamaterials 2006, pp.
218221.
10
Halaman 11
[20] G. Zhang, J. Dia, X. Li, inspeksi visi 3d untuk permukaan internal berdasarkan lingkaran terstruktur
cahaya, sensor dan aktuator A 122 (2005) 6875.
[21] NT Clancy, D. Stoyanov, L. MaierHein, A. Groch, G. Yang, DS Elson, spektrum ini dikodekan
berbasis serat penyelidikan terstruktur pencahayaan untuk intraoperatif 3d imaging, Optik Express 2 (11)
(2011) 31193128.
[22] C. Schmalz, F. Forster, A. Schick, E. Angelopoulou, Sebuah 3d scanner endoskopi berdasarkan
cahaya terstruktur, Medis Analisis Gambar 16 (2012) 10631072.
[23] C. Ohrt, M. Kastner, E. REITHMEIER, Endoskopi geometri pemeriksaan oleh modular serat optik
sensor dengan peningkatan kedalaman fokus, di: Prosiding SPIE, Vol. 8082 2011, p. 808.215.
[24] C. Ohrt, M. Kastner, E. REITHMEIER, pengukuran resolusi tinggi dari kerawang, geome batin
mencoba dengan endoskopi mikro pinggiran proyeksi, di: Prosiding SPIE, Vol. 8788 2013,
p. 878.817.
[25] H. Cui, N. Dai, W. Liao, X. Sheng, intraoral sistem pengukuran optik 3d untuk gigi
restorasi, Optik 124 (9) (2013) 11421147.
[26] T. Pfeifer, S. Driessen, gambar akuisisi 3d dengan berbasis serat pinggiran proyeksi, di: Prosiding
dari SPIE, Vol. 5776, 2005, hlm. 589595.
[27] KC Fan, R. Li, HM Lagu, KM Yeh, teknik Fiber gambar dalam mikroskop stereo digital,
di: Prosiding Konferensi IEEE 2005 Internasional tentang Mekatronika, 2005.
[28] R. Ishiyama, T. Okatani, K. Deguchi, Precise 3d pengukuran menggunakan pola uncalibrated
proyeksi, di: IEEE Konferensi Internasional tentang pengolahan gambar, Vol. 1, 2007, hlm. 225228.
[29] M. Dai, L. Chen, F. Yang, X. Dia, Kalibrasi revolusi sumbu untuk 360 deg pengukuran permukaan
ment, Optik Terapan 52 (22) (2013) 54405448.
[30] V. Srinivasan, HC Liu, M. Halioua, fasemengukur Otomatis profilometry: fase
Pendekatan pemetaan, Optik Terapan 24 (2) (1985) 185188.

11

Sistem serat optik proyeksi pencitraan untuk pengukuran bentuk di ruang tertutup

Recommended

Recommended

More Related Content

Featured

Featured (20)

Sistem serat optik proyeksi pencitraan untuk pengukuran bentuk di ruang tertutup