Заседание семинара Лаборатории обратных задач естествознания 23.12.2021 в 10-00. "ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ «СРЕДНЕГО ПОЛЯ»", Серёдкин Александр Валерьевич

Заседание семинара Лаборатории обратных задач естествознания 23.12.2021 в 10-00. "ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ «СРЕДНЕГО ПОЛЯ»", Серёдкин Александр Валерьевич
 

  • Название диссертации: Разработка методов реконструкции и анализа трёхмерной структуры движущихся объектов
  • Соискатель: Серёдкин Александр Валерьевич
  • Научный руководитель: д.ф.-м.н., профессор, академик РАН Маркович Дмитрий Маркович
  • Место работы: НГУ
  • Место выполнения диссертации: ФГБУН Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе СО РАН


Аннотация:
Трёхмерная реконструкция – получение информации о геометрическом положении объектов в исследуемой области. Было создано большое количество решений, измерительных систем и алгоритмов обработки в различных областях науки, но специфика конкретных задач требует адаптацию измерительных устройств и алгоритмов. Данная работа посвящена адаптации, реализации и улучшению методов оптической диагностики применительно к задачам из различных областей:

  • Измерение поля скоростей методом цифровой трассерной визуализации (PIV).
  • Автоматизированная система сортировки твёрдых бытовых отходов.
  • Диагностика 3D геометрии сопла авиационного двигателя во время работы.

Целью данной работы является разработка математических алгоритмов обработки данных для создания новых оптических методов и приборов для измерения геометрических параметров и скоростей перемещения объектов, основанных на современных достижениях в области высокопроизводительных вычислений и позволяющих существенно увеличить точность и быстродействие измерений.


Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

  1. Разработка и программная реализация математических алгоритмов обработки данных камеры светового поля для восстановления трехмерных координат и формы наблюдаемых объектов.
  2. Исследование точности метода, реализованного в виде аппаратного комплекса по измерению трехмерных полей скорости частиц-трассеров в турбулентном потоке на основе камеры светового поля.
  3. Разработка и программная реализация методов аспознавания образов на изображениях и отслеживания их перемещения на основе машинного обучения с целью дальнейшей сортировки роботизированным захватом.
  4. Анализ точности алгоритма распознавания пригодных к переработке типов бытовой упаковки, эффективности алгоритма планирования сортировки, реализованных в виде экспериментального образца автоматической сортировки твѐрдых коммунальных отходов.
  5. Разработка и программная реализация математических алгоритмов измерения формы трехмерных объектов на основе малоракурсной оптической триангуляции для набора из нескольких детекторов.
  6. Анализ точности реализованного аппаратного комплекса по измерению формы трехмерных объектов на примере сопла турбореактивного двигателя.


Научная новизна:

  1. Разработаны новые способы обработки изображений с камеры светового поля, основанные на впервые предложенной реализации алгоритма перефокусировки ― "Total focus", который позволяет использовать одну камеру при применении метода трѐхмерной цифровой трассерной визуализации.
  2. Впервые реализована автоматизированная система сортировки объектов твѐрдых коммунальных отходов по их изображениям на конвейерной ленте на основе обработки изображений нейронной сетью.
  3. Предложен и реализован новый алгоритм планировщика для сбора предметов, учитывающий расположение предметов на конвейерной ленте, стоимость предметов и место сбора каждого предмета, хранящий лучшее найденное решение для использования в случай прерывания (Anytime algorithm).
  4. Впервые предложен и реализован оптический метод динамического измерения трѐхмерных координат объектов в сложных условиях (при наземных испытаниях газотурбинного двигателя) на основе обработки изображений, полученных со стереопар, с дальнейшей фильтрацией, обнаружением конкретных элементов и вычисления их размеров.


Основные положения, выносимые на защиту:

  1. Измерения гидродинамических характеристик течения в следе за цилиндром в плоском канале с использованием предложенных методов на базе камеры светового поля численно и качественно согласуются с результатами цифровой трассерной визуализации.
  2. Эффективность распознавания объектов при тестировании на изображениях, размеченных вручную, превышает 60 % по метрике ― "mean Average Precision".
  3. По результатам моделирования, эффективность работы предложенного планировщика превышает эффективность планировщика, который не использовал информацию о последующих предметах, на 11 %.
  4. При использовании разработанных подходов, относительная погрешность измерения диаметров критического и выходного сечений сопла форсажной камеры неработающего турбореактивного двигателя не превышает 0,5 %.
  5. Подтверждена возможность оптических измерений критического и выходного сечений сопла форсажной камеры турбореактивного двигателя на всех режимах работы.
     
Прикрепленные файлы: 
PDF icon Текст диссертации