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:
- Разработка и программная реализация математических алгоритмов обработки данных камеры светового поля для восстановления трехмерных координат и формы наблюдаемых объектов.
- Исследование точности метода, реализованного в виде аппаратного комплекса по измерению трехмерных полей скорости частиц-трассеров в турбулентном потоке на основе камеры светового поля.
- Разработка и программная реализация методов аспознавания образов на изображениях и отслеживания их перемещения на основе машинного обучения с целью дальнейшей сортировки роботизированным захватом.
- Анализ точности алгоритма распознавания пригодных к переработке типов бытовой упаковки, эффективности алгоритма планирования сортировки, реализованных в виде экспериментального образца автоматической сортировки твѐрдых коммунальных отходов.
- Разработка и программная реализация математических алгоритмов измерения формы трехмерных объектов на основе малоракурсной оптической триангуляции для набора из нескольких детекторов.
- Анализ точности реализованного аппаратного комплекса по измерению формы трехмерных объектов на примере сопла турбореактивного двигателя.
Научная новизна:
- 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.
- Впервые реализована автоматизированная система сортировки объектов твѐрдых коммунальных отходов по их изображениям на конвейерной ленте на основе обработки изображений нейронной сетью.
- 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).
- 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:
- 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.
- Эффективность распознавания объектов при тестировании на изображениях, размеченных вручную, превышает 60 % по метрике ― "mean Average Precision".
- По результатам моделирования, эффективность работы предложенного планировщика превышает эффективность планировщика, который не использовал информацию о последующих предметах, на 11 %.
- При использовании разработанных подходов, относительная погрешность измерения диаметров критического и выходного сечений сопла форсажной камеры неработающего турбореактивного двигателя не превышает 0,5 %.
-
Подтверждена возможность оптических измерений критического и выходного сечений сопла форсажной камеры турбореактивного двигателя на всех режимах работы.