Определение параметров взвешенных частиц произвольной формы оптико-электронным методом

Данные о параметрах взвешенных частиц необходимы в электронной, оптической, химической и горнодобывающей промышленности, порошковой металлургии, физике атмосферы, медицине и др. В работе представлены результаты определения параметров взвешенных частиц произвольной формы с помощью комбинированного оптико-электронного подхода, включающего фотоэлектрический метод и метод цифровой обработки изображений. Результаты обоих методов использовали для коррекции параметров частиц и оперативного управления излучением лазерного излучателя. Работа применяемого для определения параметров оптико-электронного устройства основывалась на анализе изображений частиц в четырех проекциях, а также на регистрации рассеянного частицами и собранного эллиптическим зеркалом излучения. Спектрометрию дисперсного состава аэрозолей проводили с использованием фотоэлектронного умножителя. Изображения взвешенных частиц для цифровой обработки получали с помощью матрицы прибора с зарядовой связью. Показано, что применяемые алгоритмы обработки изображений позволяют удалять шумы, корректировать фон, улучшать границы, определять порог бинаризации, исключать мелкие частицы, выделять замкнутые области и границы, проводить разбиение изображения на части и подсчет количества частиц в каждой из них, определять параметры и классифицировать частицы. Кроме того, они дают возможность восстанавливать объемную форму взвешенной частицы и выводить ее основные характеристики на цифровой индикатор с точностью до 1 %, что существенно лучше, чем у известных аналогичных устройств. Полученные результаты могут быть использованы для контроля загрязнения воздуха и повышения точности идентификации взвешенных частиц произвольной формы.

1. Семенов В. В. Телевизионный анализатор аэрозолей / 9-я Международ. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности»: сб. тр. — СПб.: Политехнический университет, 2010. С. 260 -261.

2. Семенов В. В. Компьютерная обработка изображений в телевизионном анализаторе аэрозолей / Известия ЮФУ. Технические науки. 2014. № 10(159). С. 88 - 97.

3. Семенов В. В., Асцатуров Ю. Г., Ханжонков Ю. Б. Оценка потенциальной опасности возникновения поллинозов телевизионным анализатором аэрозолей / Инженерный вестник Дона. 2012. № 4. Ч. 1.

4. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. — М.: Техносфера, 2005. — 1072 с.

5. Антонов И. В., Алиевский В. М., Кадушников Р. М., Гроховский В. И. Морфологическое исследование наночастиц средствами анализа изображений / Вестник УГТУ-УПИ. 2005. № 10(62). С. 63 - 68.

6. Беляев С. П., Никифорова Н. К., Смирнов В. В. и др. Оптико-электронные методы изучения аэрозолей. — М.: Энергоиздат, 1981. — 232 с.

7. Филиппов В. Л., Казаков В. Н., Толстая Н. В. Спектрометрия дисперсного состава аэрозолей. — Казань: КГЭУ, 2009.

8. Толстая Н. В., Филиппов В. Л., Казаков В. Н. Особенности конструкции оптико-электронных аэрозольных спектрометров и их влияние на точностные характеристики приборов / Вестник КГЭУ. 2010. Т. 5. № 2. С. 22 - 35.

9. Шмаргунов В. П., Полькин В. В. Счетчик аэрозольных частиц на базе АЗ-5 / Приборы и техника эксперимента. 2007. № 2. С. 165.

10. Asatryan R. S., Karayan G. S., Khachatryan N. R. Methodology for metrological certification of an optical-electronic meter of aerosol particles in the environment / Colloquium-journal. 2018. N 3-1(14). P. 58 - 63.

11. Коломиец Г. А., Коломиец С. M. Анализатор размеров и формы аэрозолей «АРФА» / Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12. № 6. С. 553 - 555.

12. Сойфер В. А., Сергеев В. В., Попов С. Б., Мясников В. В. Теоретические основы цифровой обработки изображений: учеб. пособ. — Самара: СГАУ, 2000. — 256 с.

13. Шапиро Л. Компьютерное зрение / Пер. с англ. — М.: Бином. Лаборатория знаний, 2006. — 752 с.

14. Яне Б. Цифровая обработка изображений. — М.: Техносфера, 2007. — 584 с.

15. Щекин С. Б. Восстановление формы трехмерных объектов методами структурированного освещения / Науч.-техн. вестник информ. технологий, механики и оптики. 2007. № 43. С. 301 - 307.

16. Тупицын И. В. Реконструкция трехмерной модели объекта на основе стереопары при решении задач 3D моделирования / Вестник СибГУ имени М. Ф. Решетнева. 2011. №3(36). С. 88-92.

17. Самойленко М. В. Восстановление формы трехмерного объекта по двухмерным изображениям / Науч.-техн. вестник информ. технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. №6. С. 1074 -1083. DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-6-1074-1083

18. Аленин В. А. Трехмерная реконструкция объектов из последовательности изображений / Молодой ученый. 2011. № 3-1. С. 33-35.

19. Котляр В. В., Залялов О. К. Итеративный алгоритм восстановления трехмерной формы объекта / Компьютерная оптика. 1996. Т. 16. С. 71 - 74.

20. Щекин С. Б. Восстановление формы трехмерных объектов методами структурированного освещения / Науч.-техн. вестник информ. технологий, механики и оптики. 2007. № 43. С. 301-307.