Вісники та науково-технічні збірники, журнали
Permanent URI for this communityhttps://ena.lpnu.ua/handle/ntb/12
Browse
5 results
Search Results
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 Математична модель взаємозв’язку просторових координат точок мікроповерхні дослідного об’єкта з відповідними їх координатами на РЕМ-стереозображеннях(Видавництво Львівської політехніки, 2016) Іванчук, О.На підставі перспективно-афінного відображення отримано формули зв’язку просторових координат точок мікроповерхні з відповідними їх координатами на цифрових РЕМ-знімках стереопари для трьох основних випадків РЕМ-знімання: рівномірно-відхиленого, нормально-конвергентного та конвергентного. Виконано експериментальне дослідження точності отримання координат X, Y, Z мікроповерхні хромованої сталі за допомогою запропонованих формул на підставі вимірів стереопар, які одержані на РЕМ JSM 7100F зі збільшенням М = 750х і кутами нахилу гоніометричного столика в діапазоні від 0° до 8°. Підтверджена коректність наведених формул і доцільність їх використання у РЕМ-фотограмметрії для отримання кількісних параметрів мікроповерхонь дослідних об’єктів з необхідною точністю. На основании перспективно-афинного отображения получены формулы связи пространственных координат точек микроповерхности с соответствующими их координатами на цифровых РЭМ-снимках стереопары для трех основных случаев РЭМ-съемки: равномерно-отклоненного, нормально-конвергентного и конвергентного. Выполнено экспериментальное исследование точности получения координат X, Y, Z микроповерхности хромированной стали с помощью предложенных формул на основании измерений стереопар, полученных на РЭМ JSM 7100F при увеличении М = 750х и углах наклона гониометрического столика в диапазоне от 0° до 8°. Подтверждена корректность приведенных формул ицелесообразность их использования в РЭМ-фотограмметрии для получения количественных параметров микроповерхностей исследуемых объектов с необходимой точностью. Based on the perspective-affine mapping connection formulas obtained spatial coordinates of points microsurface with their corresponding coordinates on the digital SEM images of a stereo pair of three main cases SEM shooting: uniformly rejected, normally convergent and convergent. An experimental study of the accuracy of the coordinates X, Y, Z microsurface chromed steel using the proposed formula based on the stereo measurements obtained on SEM JSM 7100F with increasing M = 750 h and goniometric table angles from 0° to 8°. It confirmed the correctness of these formulas and their appropriateness for use in SEM photogrammetry to obtain quantitative parameters microsurface of the objects with the required accuracy.Item Дослідження точності моделювання мікрорельєфу поверхонь об’єктів математичними методами за вимірами їхніх цифрових РЕМ-стереозображень(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Іванчук, О.Наведено результати досліджень точності моделювання мікрорельєфу поверхонь дослідних об‘єктів (лесового грунту, зламу металу, хромованої сталі) різними математичними методами в програмному середовищі Surfer 10.0. для створення ЦММР поверхонь застосовано 14 різних математичних методів. Вихідними даними для цифрового математичного моделювання були просторові координати точок мікроповерхонь об’єктів, отримані за результатами вимірів цифрових РЕМ-стереозображень з урахуванням їхніх геометричних спотворень. Встановлено доцільність використання для побудови ЦММР мікроповерхонь об’єктів методів Крайгінга, радіальних базисних функцій, природних околів та тріангуляції з лінійною інтерполяцією. Методи Шепарда, обернено пропорційний до відстані у степені, сусідніх околів та мінімальної кривизни дають подекуди у два–три рази нижчу точність побудови ЦММР, тому їх використання недоцільне. Приведены результаты исследований точности моделирования микрорельефа поверхностей исследовательских обьектов (лессового грунта, излома металла, хромированной стали) различными математическими методами в программной среде Surfer 10.0. для создания ЦММР поверхностей применено 14 различных математических методов. Исходными данными для цифрового математического моделирования были пространственные координаты точек микроповерхностей обьектов, полученнɵе по результатам измерений цифровых РЕМ-стереоизображений с учетом их геометрических искажений. Установлена целесообразность использования для построения ЦММР микроповерхностей обьектов методов Крайгинга, радиальных базисных функций, естественных соседей и триангуляции с линейной интерполяцией Методы Шепарда, обратно пропорциональнɵй расстоянию в степени, соседних окрестностей и минимальной кривизнɵ дают иногда в два–три раза ниже точность построения ЦММР, поетому их использование нецелесообразно. The results of investigations precision simulation research microrelief surfaces of objects (loess soil, scrapping metal, chrome steel) in various mathematical methods in the software environment Surfer 10.0. To create TSMMR surfaces used 14 different mathematical methods. The initial data for mathematical modeling of digital spatial coordinates were miсrorelief surfaces of objects obtained by measuring SEM-digital stereo view of their geometric distortion. Established the feasibility of using to build TSMMR miсrorelief surfaces of objects methods Kriging, radial basis function, natural neighbor and triangulation with linear interpolation. Methods modified Shepard, inverse distance to the power, nearest neighbor and minimum curvature sometimes 2–3 times lower accuracy TSMMR building, so their inappropriate use.Item Особливості калібрування геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на різних РЕМ(Видавництво Львівської політехніки, 2015) Іванчук, О.Наведено результати досліджень геометричних спотворень цифрових РЕМ-зображень, отриманих на чотирьох різних РЕМ у діапазоні збільшень від М = 1000х до М = 10000х. Акцентовано увагу на особливостях запису цифрових РЕМ-зображень для різних РЕМ, встановленні їх реальних фізичних розмірів, урахування яких дає можливість коректно визначати та враховувати як лінійні (масштабні) спотворення (ΔМ = ±3 %), так і нелінійні спотворення геометрії РЕМ-знімків (до ±1,5 мм або ± 15 пікселів) за розмірів зображення 12090 мм. Найефективнішим методом їх врахування є метод поліноміальної апроксимації, після якої їх залишкові значення не пере- вищують ±0,3 мм (±3 піксели). Це дає змогу отримувати просторові кількісні параметри мікроповерхонь дослідних об’єктів з високою точністю, зокрема у разі збільшення (масштабу) зображень М = 1000х: mx = my = = 0,1–0,3 мкм, mh(Z) = 1–1,5 мкм, а якщо М = 25000х – – mx = my = 0,005–0,01 мкм, mh(Z) = 0,1–0,2 мкм. Приведены результаты исследований геометрических искажений цифровых РЭМ-изображений, полученных на четырех разных РЭМ в диапазоне увеличений от М = 1000х до М = 10000х. Акцентировано внимание на особенностях записи цифровых РЭМ-изображений для разных РЭМ, определении их реальных физических размеров, учет которых дает возможность корректно определять как линейные (масштабные) искажения (ΔМ = ±3 %), так и нелинейные искажения геометрии РЭМ-снимков (до ± 1,5 мм или ± 15 пикселей) при размере зображений 12090 мм. Наиболее эффективным методом их учета является метод полиномиальной аппроксимации, после чего их остаточные значения не превышают ± 0,3 мм (± 3 пиксела). Это позволяет получать пространственные количественные параметры микроповерхностей исследуемых объектов с высокой точностью, в частности, при увеличении (масштабе) изображений М = 1000х: mx = my = 0,1–0,3 мкм, mh(Z) = 1–1,5 мкм, а при М = 25000х – mx = my = 0,005–0,01 мкм, mh(Z) = 0,1–0,2 мкм. The results of studies of geometric distortion of digital SEM images obtained in 4 different SEM magnification range from M=1000h up to M=10000h. The attention is focused on the features of digital recording SEM images for different SEM, to determine their actual physical size, which makes it possible to account defined as linear (large-scale) distortion (ΔM = ± 3 %), and nonlinear distortion geometry SEM pictures (up to ± 1,5 mm or ± 15 pixels) The image at the size of 12090 mm. The most effective method is a method of accounting polynomial approximation, after which their residual values does not exceed ± 0,3 mm (± 3 pixels). This allows for quantitative spatial parameters microsurface researched objects with high accuracy, in particular by increasing the (scale) image of M = 1000h: mx = my = = 0,1–0,3 mkm, mh(Z) = 1–1,5 mkm, аnd when М = 25000h – – mx = my = 0,005–0,01 mkm, mh(Z) = 0,1–0,2 mkm.