Вісники та науково-технічні збірники, журнали
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/12
Browse
8 results
Search Results
Item A study of methods for texture classification of SEM images of micro-surfaces of objects and their segmentation(Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2020-03-12) Іванчук, О.; Тумська, О.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityМета. Мета роботи – розробити і дослідити методи класифікації текстур РЕМ-зображень мікроповерхонь об’єктів на основі статистичних та спектральних характеристик текстурних фрагментів, а також порівняльного аналізу методів сегментації РЕМ-зображень. Методи. Визначення характеристик текстури РEM-зображень ґрунтувалось на статистичних моментах, розрахованих за гістограмою яскравості. Спектральні міри текстури обчислювались за спектром Фур’є. Для визначення спектральних текстурних характеристик вибрано параметри амплітудної та осьової функцій. Сегментацію РEM-зображень мікроповерхонь об’єктів виконано чотирма способами, а саме: методом глобальної порогової сегментації, методом нарощування області, методом поділу та злиття і методом вододілу з використанням маркерів. Результати. Опрацювання серії РЕМ-зображень ґрунтів показало найкращий результат класифікації текстур за мірою однорідності, ніж за іншими статистичними характеристиками. Обчислення спектральних характеристик РЕМ-зображень металів виявило періодичність або майже періодичність і спрямованість присутніх у зображенні елементів текстур і разом із результатами класифікації за мірою однорідності дає змогу отримати узагальнену характеристику текстури зображення. Порівняльний аналіз чотирьох методів сегментації показав, що найкращий результат визначення меж об’єктів на РЕM-зображенні отримано методом вододілу з використанням маркерів. Програмну реалізацію методів класифікації текстур та їхню сегментацію виконували в системі MatLab. Наукова новизна. Запропоновано метод класифікації РЕМ-зображень на основі спектральних текстурних характеристик за параметрами амплітудної та осьової функцій. Показано, що сегментація РEM-зображень методом поділу і злиття дає змогу задати умови для виділення на зображенні областей із певними характеристиками текстури. Практичне значення. Узагальнена характеристика текстури РЕМ-зображення, що визначається за статистичними і спектральними мірами, корисна для автоматизованого розпізнавання текстур і аналізу РЕМ-зображень. Вибір ділянок із певними характеристиками текстури є важливим етапом попередньої обробки зображень під час знаходження точок інтересу, що придатні для зіставлення РЕМ-зображень і розпізнавання об’єктів.Item Автоматизована побудова цифрової моделі мікроповерхні об'єкта за РЕМ-стереопарою методом кореляційного ототожнення ідентичних ділянок(Видавництво Львівської політехніки, 2019-03-12) Іванчук, О. М.; Тумська, О. В.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityМета роботи – розробити і дослідити метод автоматизованої побудови цифрової моделі мікроповерхні об’єкта з використанням стереопари цифрових РEM-зображень з урахуванням специфіки РEM-знімання і оцінки точності цифрового моделювання. Розроблений метод полягає, по-перше, у генеруванні щільного набору вхідних точок на лівому РEM-зображенні стереопари в областях з локальними особливостями і використанні ітераційного процесу по рівнях піраміди зображень. По-друге, пошук відповідних точок на правому РEM-зображенні стереопари виконується на основі послідовного зміщення точок (центрів вікон пошуку) на параметр зсуву з можливого діапазону паралаксів із використанням методу кореляційного ототожнення. Для дослідження використано дві стереопари цифрових РEM-зображень. Цифрові зображення деформованої поверхні хромованої сталі отримано за допомогою JSM 7100F (JEOL) зі збільшенням 750х. Зображення лесового ґрунту отримано за допомогою РЕМ “Hitachi” S-800 зі збільшенням 1000х. Під час розрахунку просторових координат точок мікрорельєфу поверхні враховано значення геометричних спотворень, властивих РЕМ-знімку. Щоб усунути деякі аномальні значення висот тривимірної моделі, застосовано процедуру адаптивної медіанної фільтрації. Для оцінювання точності моделювання мікроповерхонь були створені тестові моделі шляхом ручного вимірювання координат характерних точок цифрових стереопар обох зразків. Заропоновано спосіб зсуву параметрів, який зменшує пошук і ймовірність помилкової ідентифікації і, крім того, прискорює процедуру ототожнення в парі зображень. Отримано формули для розрахунку координат центру вікна пошуку та відповідної точки на правому зображенні на k-му кроці процесу зсуву. Для оцінювання точності обчислені різниці між висотами тестової моделі і висотами, інтерпольованими в тих самих точках з використанням створених моделей. Для мікроповерхні зразка хромованої сталі близько 79 % точок, а для мікроповерхні зразка лесового ґрунту близько 70 % точок містяться в межах допуску ΔZ ≤ ± 2 мкм. Вперше в Україні розроблено метод автоматизованого пошуку відповідних точок стереопари на основі зсуву параметрів з урахуванням особливостей РЕМ-знімання. На основі вищевказаного методу розроблено технологію автоматизованого створення цифрової моделі мікроповерхні об’єкта за стереопарою РEM-зображень і створено авторське програмне забезпечення, яке показує її ефективність і доцільність. Можливість відтворювати мікрорельєф поверхні об’єкта автоматизовано з використанням стереопари цифрових РEM-зображень відповідно до вимог точності визначення просторових координат точок та структури мікроповерхні об’єкта.Item Автоматизована побудова цифрової моделі мікроповерхні об’єкта за стереопарою цифрових РЕМ-зображень(Видавництво Львівської політехніки, 2019-02-28) Іванчук, О.; Тумська, О.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityThe purpose of this work is to develop and study the method of automated construction of a digital model of the micro relief of an object's surface using a stereo pair of digital SEM images taking into account the specifics of a SEM survey and studying the accuracy of digital modeling of a micro surface of an object, depending on the type of input point generation. Methodology. Research is based on the processing of three types of data models. The test model is derived from the measurement of digital images of SEM stereo pairs. Other models are constructed from the points generated on the left image of the SEM stereo pairs by a regular grid and by a gradient method. The identification of the corresponding points of the stereo pair is performed by a correlation method in stages with the use of search windows of various sizes. To obtain the spatial coordinates of the micro relief points of the object's surface with the accuracy required for the researchers, the values of the geometric distortions inherent in the SEM image are taken into account. In order to eliminate some abnormal values of the heights of a 3D model, an adaptive median filtering procedure is used. The estimation of the accuracy of the values of the heights of the points of the micro relief of the surface of the object is performed by comparison with the test model. Results. The possibility of a stereo pair of digital SEM images in the automated mode is established to reproduce the micro relief of an object's surface with the requirements of both the accuracy of determining the spatial coordinates of the points and the structure of the micro surface of the object. The developed algorithm is implemented in MATLAB. Due to the dense set of points, both models allow to correctly model the small elements of the structure of the micro surface. The number of points in which the difference between the values of the heights of the test and the studied models are within the tolerance 5Z ~ ± 2 mu is 88–89 %. The estimation of the algorithm's time for identifying the corresponding points of the stereo pair using the 2–3-search windows of various sizes is performed. Scientific novelty. The authors developed a method of step-by-step correlation identification using search windows of various sizes is accompanied at all stages by the author's software. Evaluation of the effectiveness of this technique has shown the feasibility of its practical application. Practical significance. The application of this technique allows to automate the process of constructing a digital model of micro relief of the object's surface based on the SEM stereo pairs of digital images. The results of the experiment confirm the effectiveness of the proposed algorithm and a significant reduction in the construction time of the digital model of the micro relief compared with the time measurement of points coordinates by the operator in manual mode.Item A study of fractal and metric properties of images based on measurements data of multiscale digital SEM images of a test object obtained(Видавництво Львівської політехніки, 2017-03-28) Іванчук, О.; Тумська, О.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Національний університет “Львівська політехніка”; Lviv Polytechnic National UniversityМетою цієї роботи є встановлення та дослідження фрактальних та метричних характеристик зображень, отриманих за допомогою растрових електронних мікроскопів (РЕМ). Методика. Дослідження ґрунтуються на опрацюванні даних вимірювань цифрових РЕМ-зображень тест-об’єкта, отриманих на чотирьох типах сучасних РЕМ у діапазоні збільшень від 1000х до 30000х (крат). Результати. Встановлено аналітичне співвідношення між фіксованим на шкалі приладу і “фрактальним” збільшенням (масштабом). Виконано розрахунок коефіцієнтів подібності Af та експоненціальних показників Df для фрактальних збільшень (масштабів) уздовж осей х та у для 4-х типів РЕМ. Отримано і наведено формули для розрахунку можливого діапазону збільшень зображень тест-об’єкта залежно від кроку тест-об’єкта, розміру піксела та масштабу. Отримані співвідношення для обчислення фрактальних масштабів дають змогу автоматично визначити дійсне збільшення (масштаб) РЕМ-зображень і разом з визначеними коефіцієнтами поліномів ефективно усувають їхні дисторсійні спотворення. Наукова новизна. Розроблена авторами методика отримання фрактальних та метричних характеристик РЕМ-зображень виконана вперше в Україні. Запропонована методика супроводжується на всіх її етапах авторським програмним забезпеченням і показала свою ефективність та доцільність. Практична значущість. Застосування цієї методики встановлення та врахування фрактальних і метричних характеристик цифрових РЕМ-зображень дає змогу з більшою точністю визначати дійсні значення збільшень (масштабів) цифрових РЕМ-зображень та величини їхніх геометричних спотворень. Врахування цих характеристик РЕМ-зображень дає змогу суттєво підвищити точність отримання просторових кількісних параметрів мікроповерхонь дослідних об’єктів, а, отже, покращити їхні експлуатаційні та економічні характеристики. Отримані характеристики можуть бути додатковими важ- ливими кількісними параметрами для виявлення особливостей цифрових РЕМ зображень.Item Порівняльний аналіз статистичних та скейлінгових характеристик РЕМ-зображень, отриманих на різних типах РЕМ(Видавництво Львівської політехніки, 2017-06-01) Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Иванчук, О.; Тумская, О.; Національний університет “Львівська політехніка”Робота містить результати застосування статистичного та фрактального аналізів цифрових РЕМ-зображень, які отримані на різних типах РЕМ у широкому діапазоні збільшень (масштабів) від 1000х до 27000х (крат). Зокрема, обчислені параметри шумової складової РЕМ-зображень, отримано їх дисперсійні фрактальні розмірності спектрів та розмірності за значеннями яскравостей вздовж осей х і у зображень. Ці дослідження дають змогу встановити ізотропний або анізотропний характер яскравісних характеристик зображень та тип їх шумової складової. Показано, що розподіл яскравостей РЕМ-зображень може характеризуватись дисперсійною фрактальною розмірністю Dσ, яка має порівняно стале значення і неістотно змінюється у разі зміни збільшення (масштабу) РЕМ-зображення. Результати досліджень авторів можна використати під час калібрування та цифрового опрацювання РЕМ-зображень і тим самим підвищити точність отримання кількісних просторових параметрів дослідних мікроповерхонь твердих тіл.Item Почесна відзнака імені професора(2017-02-07) Дрбал, О.; Іванчук, О.; Моторний, А.; Тревого, І.; Drbal, A.; Ivanchuk, O.; Motornyy, A.; Trevoho, I.; Дрбал, А.; Иванчук, О.; Моторный, А.; Тревого, И.Подано коротку біографічну інформацію про видатного вченого А. Д. Моторного, а також поло- ження про почесну відзнаку його імені, засновану Українським товариством геодезії та картографії.Item Методика автоматизованого визначення координат центрів вузлів тест-об’єкта за його РЕМ-зображеннями з використанням засобів MatLab(2017-02-07) Іванчук, О.; Тумська, О.; Ivanchuk, O.; Tumska, O.; Иванчук, О.; Тумская, О.; Національний університет “Львівська політехніка”Наведено та описано окремі технологічні процеси автоматизованого методу вимірювання координат вузлів спеціального тест-об’єкта з роздільною здат- ністю r = 1425 лін./мм для визначення дійсних значень збільшень цифрових РЕМ-зображень та величин їх геометричних спотворень, який розробили автори. Результати досліджень підтвердили високу ефективність запропонованого методу розпізнавання вузлів тест- об’єкта, який дає змогу отримувати координати вузлів тест-об’єкта з точністю 1–3 піксели (0,1–0,3 мм), яка співмірна з точністю вимірювань цифрових РЕМ- зображень. Внаслідок цього можна визначити параметри калібрування РЕМ-зображень з необхідною точністю і значно швидше.Item Development and research of technology for automation of the calibration and account of digital SEM images geometric distortion obtained with JCM-5000 (NeoScope) (JEOL, Japan)(Видавництво Львівської політехніки, 2016) Ivanchuk, O.; Tumska, O.Purpose. Solids microsurface digital images obtained with scanning electron microscopes (SEM) are characterized by significant geometric distortions, which must be defined and taken into account when determining the quantitative parameters of microsurface solids with high accuracy. Therefore, this problem is so important and urgent, especially during the high-tech quality control of production processes using nanotechnology, particularly in mechanical engineering, aircraft construction, and for creating space and military equipment. It is also important to perform SEM images measurements and obtain quantitative parameters of the studied microsurface in automatic mode that would allow processing of the data much faster without operator intervention. Therefore, the aim of this work was to develop and research the effective technology for automated calibration and account for the SEM images geometric distortion as well as the creation of a software package that would implement it. Methods. Digital SEM images processing and their transformations were used to automate the measurement. Results. The developed automation technology for digital SEM images measurement was tested and studied in the treatment of SEM images of the reference test object with a resolution of r = 1425 lines/mm, obtained with SEM using the JCM-5000 (NeoScope) in the range of magnifications from 1,000x to 15,000x. Accuracy and quantified characteristics of SEM images, in particular, their scales along the axes of the image, as well as their geometric distortion, are comparable to measurements made by hand. Automation of this process eliminates monotonous work, especially in the processing of SEM images in a range of relatively small increases in M=1000h-5000h, significantly reducinge the measurement time, and avoiding human errors that can occur. Scientific novelty. The developed technology for automation of the measurement of digital SEM images and to determine their geometric parameters is executed for the first time in Ukraine. The proposed technological measurement automation scheme of SEM images, and the creation of this authoring software show its efficiency and expediency. The practical significance. This technology allows you to automatically and accurately determine the true value of the SEM images increase (scale), the value of their geometric distortion. These values use determine with high accuracy of the quantitative spatial parameters of micro surface solids to increase the reliability end efficiency devices, mechanisms, and materials made from them. Мета. Цифровим зображенням мікроповерхонь твердих тіл, отриманим на растрових електронних мікроскопах (РЕМ), притаманні суттєві геометричні спотворення, які необхідно встановити і врахувати під час визначення кількісних параметрів мікроповерхонь твердих тіл з високою точністю. Тому це завдання с важливим і актуальним, особливо під час контролю якості процесів високотехнологічного виробництва з застосуванням нанотехнологій, зокрема, у машинобудуванні, літакобудуванні, під час створення космічної та військової техніки. Важливо також виконувати вимірювання РЕМ-зображень і отримувати кількісні параметри мікроповерхонь у автоматизованому режимі, що дало змогу б їх виконати значно швидше і уникнути похибок оператора. Тому метою цієї роботи є розроблення та дослідження ефективності технології автоматизованого калібрування геометричних спотворень РЕМ-зображень і їх врахування, а також створення пакета програм, які б її реалізували. Методика полягає у застосуванні для автоматизації вимірювань методів цифрового опрацювання РЕМ-зображень і різноманітних їхніх перетворень. Результати. Розроблену техно¬логію автоматизації вимірів цифрових РЕМ-зображень апробовано і досліджено під час опрацювань РЕМ-зображень еталонного тест-об’єкта з роздільною здатністю г = 1425 лін/мм, отриманих на РЕМ JСМ-5000 (№о8соре) в діапазоні збільшень від М = 1000х до М = 15000х крат. Точність вимірів і встановлених кількісних характеристик РЕМ-зображень, зокрема їхніх масштабів уздовж осей знімка, а також геометричних спотворень, співмірні з вимірами, виконаними вручну. Автоматизація цього процесу дає змогу замінити рутинну працю вимірювань цифрових РЕМ-зображень, особливо під час опрацювання РЕМ- зображень у діапазоні порівняно невеликих збільшень М = 1000'-5000\ суттєво зменшити час вимірювань, а також уникнути суб’єктивних помилок, які при цьому виникають. Наукова новизна. Розроблена технологія автоматизації вимірів цифрових РЕМ-зображень і визначення їх геометричних параметрів виконана вперше в Україні. Запропонована технологічна схема автоматизації вимірювань цифрових РЕМ-зображень та створене для цього авторське програмне забезпечення показали його ефективність і доцільність. Практична значущість. Застосування цієї технології дає змогу автоматично і з високою точністю визначати дійсні значення збільшень (масштабів) цифрових РЕМ-зображень, величини їхніх геометричних спотворень, а також враховувати їх під час отримання кількісних просторових параметрів мікроповерхонь твердих тіл з високою точністю, а отже, підвищувати надійність і ефективність виготовлених з них пристроїв, механізмів, матеріалів, тощо.