ДонНТУ   Портал магістрів

Реферат за темою випускної роботи

Зміст

Вступ

Очі людини, за своєю природою, дуже уразливі, особливо коли доводиться працювати в несприятливому середовищі, як, наприклад, при електрозварювання [5] або при засліпленні світлом фар зустрічного автомобіля. Під час зварювальних робіт і різання металу виникає яскраве світлове випромінювання, небезпечне для очей. Інфрачервоні та ультрафіолетові промені здатні викликати опік сітківки, а яскраві спалахи світла можуть пошкодити рогівку ока. Однак цих небезпек можна уникнути, якщо мати необхідні засоби захисту та правильно користуватися ними.

Засліплення відбувається через деяких особливостей зору людини. Справа в тому, що око - вкрай чутливий орган, завдяки чому можна відмінно бачити і в нічний степи, і на сонці в погожий зимовий день. Око людини здатний сприймати яскравості, що відрізняються один від одного в мільярд разів.

Незважаючи на універсальність людського зору, у нього існує великий недолік: при різкій зміні яскравості освітлення очам потрібно багато часу на те, щоб пристосуватися під нове освітлення. Адаптація зіниці до нового висвітлення займає кілька десятків секунд. При раптовому різкій зміні освітлення людина не бачить майже нічого.

1. Актуальність теми

Захист зору операторів при роботі з яскравими спалахами світла є досить актуальним завданням. Так, наприклад, технологія зварювання досягла небувалих висот, які ще десять років тому здавалися неможливими, але при цьому питання про збереження здоров'я зварювальника вирішено не повністю [4]. Електрична дуга, що застосовується при зварюванні, може пошкодити зір або навіть засліпити, а також призводить до стомлюваності і зниження працездатності. Цією проблемою стурбовані багато європейських фірми, в дослідження засобів персонального захисту вкладаються величезні гроші. На даний момент актуально створення інтелектуальних засобів захисту, здатних реагувати на яскраві спалахи світла.

Очі під час зварювання необхідно захищати від шкідливого випромінювання, так як їх поразка відбувається за частки секунди і миттєво відчувається - від легкого засліплення до опіку рогівки ока. Маски з звичайними затемненими стеклами незручно тримати, вони не забезпечують необхідний захист зварнику. Постійний візуальний контроль зварювального процесу без необхідності підняття і опускання маски покращує якість і підвищує продуктивність зварювальних робіт.

2. Ціль и задачі досліджень

Метою дослідження є розробка автоматизованої системи управління засобами захисту зору від засліплення яскравими спалахами світла при виконанні зварювальних робіт.

При розробці автоматизованої системи управління засобами захисту від засліплення можна виділити наступні функції:

  1. Визначення координат яскравого джерела світла в оптичній системі відеокамери.
  2. Обчислення координат у просторі.
  3. Управління захисним засобом.

Структурну схему системи можна представити таким чином (рис. 1):

Структурна схема автоматизованої системи управління засобами захисту від засліплення

Рисунок 1 — Структурна схема автоматизованої системи управління засобами захисту від засліплення
(анімація: 7 кадрів, 5 циклів повторення, 31 кілобайт)

3. Огляд досліджень і розробок

В даний час з'явилися «розумні» маски нового покоління з автоматично затемнюється світлофільтром [7]. Одна з них - маска, вироблена компанією Sperian. Sperian виготовила партію фірмових масок «ШТОРМ». Маска призначена для будь-яких типів зварювальних робіт з можливістю регулювання затримки повернення в світле положення, при якому освітленні, в діапазоні струмів від 1 до 500 А при ручному зварюванні (ММА), напівавтоматичного зварювання (MIG / MAG), аргонодугового зварювання (TIG), плазмової різанні / зварюванні, газовому різанні / зварюванні.

Маска має два режими регулювання затемнення - ручний і автоматичний.

Світлофільтр складається з семи різних рівнів захисту - УФ / ІЧ фільтр. УФ / ІЧ фільтр безперервно блокує шкідливу радіацію, незалежно від того, включений він чи вимкнений. Висока швидкість спрацьовування (всього 0,18 мс при кімнатній температурі і 0,12 мс при температурі 55 ° С) і оригінальний алгоритм управління світлофільтром забезпечують мінімальне навантаження на очі зварника протягом усього робочого дня.

Щиток автоматично налаштовує ступінь затемнення в залежності від інтенсивності світіння дуги: унікальна технологія светосенсоров дозволяє світлофільтри автоматично вибирати необхідний рівень затемнення і постійно адаптувати його під умови, що змінюються, вловлюючи і оцінюючи інтенсивність електричної дуги.

Особливості роботи пристрою:

Сварочная маска «Шторм»

Рисунок 2 - Зварювальна маска «Шторм»

Характеристики пристрою:

  1. Регульована панель сенсорів усуває вплив навколишнього освітлення зміною кута сприйняття сенсорів від 60 ° до 120 °
  2. Режим роботи - ручний або автоматичний
  3. Регулювання рівня затемнення в діапазоні 9-13 DIN
  4. Режим шліфування для запобігання спрацьовування щитка на летять іскри
  5. Кнопка чутливості для регулювання сприйняття сенсорами електричної дуги
  6. Регулювання швидкості висветленія для захисту від післясвітіння зварного шва, а також для установки індивідуальних налаштувань
  7. Батарейки 3В, 2 шт.

4. Геометрично-оптична модель системи захисту зору від засліплення

Робота будь-якої телевізійної вимірювальної системи (ТІС) заснована на тому, що проектується оптичною системою світлове поле перетвориться телевізійним датчиком шляхом покадрового зчитування інформації в двовимірний масив дискретних відліків відеосигналу [1-2]. Цей відеосигнал містить в собі NхM елементів і являє собою прямокутну матрицю, що має M рядків та N стовпців, де M і N - деякі нерівні натуральні числа. Можна вважати, що за час розгортки телевізійного кадру зсув зображення об'єкта по детектуючої поверхні датчика незначно і його можна вважати рівним нулю, а відповідно і ефектами змазування зображення можна також знехтувати.

Зображення об'єкта формується оптичною системою відеокамери в площині фотоприймальний матриці. Аналоговий відеосигнал з виходу відеоматріци перетвориться в цифровий сигнал за допомогою АЦП і надходить для обробки в мікропроцесор.

Оптична система відеокамери Л (рис. 3) формує на поверхні матричного фотоприймача, розташованого в фокальній площині об'єктива F, плоске (так зване видиме) зображення спостережуваного об'єкту.

Преобразованіе координат об'єкту оптичною системою відеокамери

Рисунок 3 - Перетворення координат об'єкту оптичною системою відеокамери

Основна система координат розташована в центрі оптичної системи (об'єктива Л). Плоске зображення об'єкта формується в системі координат матриці, яка представляє собою результат паралельного перенесення основної системи на відстань уn.

Початкове зображення об'єкта з сукупністю координат всіх його точок x0, y0, z0 перетворюється оптичною системою в плоске зображення з координатами точок хn, уn, zn при уn≈F (об'єкт розташований на відстані Li >> е).

Відповідно до законів геометричної оптики зв'язок між координатами плоского зображення об'єкта на матриці і реальними координатами в просторі визначається співвідношеннями:

Связь між координатами плоского зображення об'єкта на матриці і реальними координатами в пространстве

Відстань до об'єкту Li:

Расстояніе до об'екта

5. Алгоритм знаходження координат яскравого джерела світла

Для визначення координат яскравого джерела світла можна запропонувати наступний алгоритм обробки зображень:

  1. Підвищення контрастності оброблюваного зображення, з використанням спектральних відмінностей між фоном і об'єктом.
  2. Фільтрація зображення з метою придушення фону і перешкод. Видалення фону призводить до скорочення часу обробки відеоданих і підвищенню точності виявлення об'єктів, які цікавлять в межах сцени. В окремому випадку відеоспостереження нерухомої відеокамерою з фіксованим полем огляду, так званий статичний фон, може бути оцінений кількісно. У загальному випадку назва «статичний фон» умовно, оскільки розподіл яскравості в ньому постійно змінюється і для правильного виділення рухомих об'єктів необхідна його періодична переоцінка. Оцінка фону необхідна, так як фон безперервно змінюється через зміну освітленості, зашумленості зображення фону, появи в поле зору сторонніх об'єктів [3].
  3. Виділення яскравого джерела світла. Виділення яскравих об'єктів і придушення стаціонарного фону на плоскому зображенні може проводитися за допомогою простого різницевого алгоритму, однак він нестійкий до змін яскравості фону та об'єктів і відрізняється великою ресурсоемкостью.

    4. Для реалізації алгоритму, що визначає координати яскравого джерела світла, поточний кадр розіб'ємо на прямокутні блоки однакового розміру, і для кожного блоку обчислимо найбільшу відмінність від попереднього кадру. В якості міри відмінності обчислимо суму модулів різниці яркостей пікселів MAD в межах блоку [6]:

    MAD

    де т, п - число пікселів в блоці.

  4. Виділення на зображенні пов'язаних областей підвищеної яскравості (сегментація об'єктів). Після виділення на зображенні областей, що володіють високою яскравістю, проводиться їх сегментація, що дозволяє сформувати об'єкт як єдиний образ, який характеризується певною формою і розмірами. Блоки, що належать одному об'єкту, повинні розташовуватися на кадрі в одній області і утворювати пов'язану групу.
  5. Визначення координат центру ваги об'єкту:
    6. Определеніе координат центру ваги об'екта

Висновки

  1. Для захисту від засліплення перекриття яскравого джерела світла можна здійснити шляхом введення непрозорою перепони, що перекриває частину огляду.
  2. Розглянуто алгоритм обробки зображень, що дозволяє визначати координати яскравого джерела світла. Даний алгоритм не володіє великою ресурсоемкостью, так як для розглянутої задачі немає необхідності обробляти зображення з високою роздільною здатністю. Розглянутий алгоритм необхідний для розробки програмного забезпечення автоматизованої системи управління засобами захисту зору від засліплення.
  3. Управління даними засобом захисту буде здійснюватися за допомогою мікроконтролерів.
  4. Використання пропонованого пристрою дозволить без помітного зниження якісних показників оглядовості, видимості, кольоровості і контрастності спостережуваних об'єктів зменшити небезпечний вплив надлишкової світлової енергії на органи зору людини, знизити стомлюваність і підвищити продуктивність праці.

При написанні даного реферату магістерська робота ще не завершена. Остаточне завершення: грудень 2012 року. Повний текст роботи і матеріали по темі можуть бути отримані у автора або його керівника після зазначеної дати.

Список джерел

  1. Повышение точности центроидного алгоритма для определения координат малоразмерного объекта [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://lib.tusur.ru/cgi-bin/....
  2. В.В. Коротаев. Телевизионные измерительные системы: учебное пособие. / В.В. Коротаев, А.В. Краснящих. – СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. – 108 стр.
  3. Телевизионные измерительные системы контроля скоростного режима дорожного движения [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.kit-e.ru/assets/....
  4. Европа за здоровых сварщиков: Средства защиты [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://uraltreid.ru/....
  5. Средства защиты сварщика [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.svarkainfo.ru/...
  6. Метод определения координат транспортных средств на изображении в телевизионных измерительных системах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.rae.ru/...
  7. Маски Speedglas [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.msvarki.ru/welding/?data_id=135/