Разработка современных оптических информационных систем в задачах компьютерного технического зрения и прецизионного контроля геометрических и физических характеристик 3D объектов

Отчет 89 л., 32 рис., 84 источн., 1 прил. Перечень ключевых слов: эллипсометрия, оптическая схема, объектив, мультифокальный стереоокуляр, нейронные сети, оптико-электронные системы и комплексы, обработка изображений, методы оптического контроля, цифровая спекл-интерферометрия, метод хроматического кодирования, системы компьютерного зрения, роговица глаза, интраокулярная линза, фронтенды синхротронного излучения, коллимация пучка, моделирование тепловых режимов, расчет механических напряжений, метод конечных элементов, вторая гармоника, напряжения, структуры CdхHg1-xTe. Объектом исследования являются оптико-информационные и лазерные технологии прецизионного контроля физических и пространственных характеристик 3D-объектов. Цели работы по этапу 1 и проекту в целом сформулированы в плане научно-исследовательской работы КТИ НП СО РАН на 2024–2026 годы. В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: Разработаны зеркальные и линзовые объективы для метода широкоспектральной эллипсометрии со следующими характеристиками: спектральный диапазон 250-1000 нм; увеличение 1/10Х - 1/12Х; размер источника до 400 мкм; доля фонового освещения не более 10-4; поворот плоскости поляризации при прохождении через объектив менее 0,05⁰. Произведен расчет широкоугольного мультифокального окуляра для для трехмерного мультифокального наголовного дисплея со следующими характеристиками: поле зрения 44⁰, максимальный радиус пятна рассеяния 13 мкм; размер пикселя 9,3 мкм. Дисторсия окуляра не превышает 5%, кривизна поля не более 0,05 мм. Рассчитана линейка телецентрических объективов для прецизионных датчиков со следующими характеристиками: размер объекта 30 мм, линейное увеличение -1/4Х, спектральный диапазон 650-800 нм. Удалось достигнуть высокой телецентричности краевого луча в пространстве предметов 10-4 рад и лучше, в пространстве изображений 10-3 рад и лучше. Дисторсия менее 0,15%. Относительное отверстие объектива 1/18, глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) ±30 мм. Разработанные окуляры и объективы планируется применять в оптико-электронных системах контроля промышленных изделий c целью повышения качества получаемых изображений и улучшения метрологических характеристик проектируемых оптических систем. Разработаны следующие алгоритмы обработки данных интерференционных измерений с субмикронным и субнанометровым разрешением: - алгоритмы фильтрации измерительных данных для снижения влияния вибраций на достоверность измерения рельефа поверхности; - алгоритм формирования метрической шкалы сканирования; - алгоритм объединения результатов измерения соседних участков поверхности. Разработан алгоритм машинного обучения для определения доминирующей длины волны зондирующего и отраженного излучений при контроле цвета поверхности измеряемого объекта. Разработаны специализированная экспериментальная установка и алгоритмы обработки изображений, с помощью которых проведён ряд экспериментов и выполнены экспериментальные исследования воздействия высокой (100 мM) концентрации калия в среде на объем клеток эндотелия роговицы человека в зависимости от времени холодовой консервации донорского препарата и исследование нарушения регуляции объёма клеток эндотелия роговицы при кератоконусе. Разработан, создан и апробирован экспериментальный стенд с использованием элементов компьютерного зрения для тестирования характеристик современных оптических элементов, в частности, ИОЛ. Проведены натурные эксперименты по сравнительному изучению следов различ-ных огнестрельных повреждений с обработкой их цифровых фотографий по методикам и с помощью, аппаратно-программного комплекса компьютерного зрения «MS-Unit». Ал-горитмы, реализованные в ПО, позволяют провести расчет оптической плотности отложения копоти выстрела, характеризовать количественно следы близкого выстрела и определить его дистанцию, что является эффективным способом решения диагностических задач судебно-баллистической экспертизы. Исследованы режимы работы основных элементов фронтендов ондуляторных каналов синхротронного излучения 1-1 и 1-2 Сибирского кольцевого источника фотонов (СКИФ) с выходной мощностью до 8 кВт. Приведены результаты 3D моделирования полей температур и механических напряжений элементов фронтенда под действием непрерывной тепловой нагрузки в условиях сверхвысокого вакуума. Расчет был проведен для следующих элементов: фиксированная маска, подвижная тепловая шторка, регулируемая маска, радиационный затвор, алмазные вакуумные окна, тепловые фильтры, мониторы пучков СИ. Полученные данные показывают, что разработанные системы охлаждения элементов фронтенда позволяют в полном объеме отводить поступающую тепловую энергию СИ и обеспечивают их штатную работу. Экспериментально апробирован новый высокочувствительный нуль-метод на основе фазового синхронизма второй гармоники отраженного от образца лазерного излучения, измерены указанным методом величины остаточных механических напряжений в поверхностных слоях структур КРТ. Протокол заседания Научно-технического совета от 23.01.2025 г. № 1.