Н.В. Дорогов, О.Г. Морозов, И.И. Нуреев,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Д.Л. Овчинников,
(ООО «ПромТехСервис», г. Казань)
Пульпоэкстрактор (ПЭ) - эндоскопический инструмент, применяемый в стоматологии для чистки корневых каналов зуба. Он представляет собой тонкий цилиндр с насечками (рабочая часть) и ручкой (нерабочая часть).
Конкретная проблема, требующая решения, состоит в измерении диаметра ПЭ разной длины (разброс до 3 мм) на расстоянии 1 мм от его оперативного конца и их автоматической сортировки. Диапазон измерения размеров - 180-260 мкм, необходимая точность измерения -1 мкм. Сортировка должна быть выполнена для 8 поддиапазонов шириной в 10 мкм. Эллиптичность ПЭ анализируется дополнительно и используется как качественный показатель.
Разработанная система состоит из двух ПЗС-камер, установленных под углом 90° друг к другу. ПЭ двигаются в области пересечения полей зрения линз камер. Измерение диаметра осуществляют путем измерения длительности импульса в строке видеоизображения, которое сформировано «черным» и отражает ПЭ на «белом» фоне. Камеры измеряют диаметр ПЭ в двух плоскостях. Информация об его эллиптичности оценивается по результатам измерений. После этого выдаются команды для сортировки и для информации о процессе измерений оператору.
Для реализации системы были решены следующие задачи:
- использование короткофокусных цилиндрических объективов для формирования изображения ПЭ и достижения точности измерений в 1 мкм;
- учет влияния аббераций;
- использование камер с размером пикселей 0,7-1 мкм;
- определение номера строки, которая соответствует рабочему диаметру ПЭ (1 мм от его рабочего конца);
- статистическая обработка и экстраполяция данных для уточнения измерений.
Особый интерес вызывают две последние, но взаимосвязанные проблемы. Во-первых, общая длина ПЭ колеблется в пределах 1-3 мм. На конвейере ПЭ крепятся нерабочим концом. Следовательно, определение местоположения рабочего диаметра ПЭ требует отдельного решения. Во-вторых, использование короткофокусных объективов позволяет регистрировать и частицы пыли, которые налипают на ПЭ. Это требует верификации данных измерений, то есть проведения измерений на нескольких строках и в нескольких кадрах.
Рассмотрим базовые алгоритмы определения рабочего диаметра ПЭ для следующих случаев:
- нормального расположения ПЭ в осях координат системы измерения;
- наклона оси ПЭ к осям или одной оси координат системы измерения;
- налипания внешней частицы в области определения рабочего диаметра ПЭ;
- вариант выхода области рабочего диаметра ПЭ за поле зрения камеры.
Определение рабочего диаметра ПЭ.
Для простоты рассмотрения будем считать, что ПЭ представляет собой цилиндр.
Алгоритм работы системы в этом случае определяется следующим образом.
- найти и определить номер строки N, в которой найдено начало ПЭ;
- проверить длительность импульса, соответствующего ПЭ, в следующей строке;
- при их совпадении или отличии в длительности на величину, не выходящую за допуск, определить номер строки, соответствующей области рабочего периода Ngd =N+K;
- определить длительность импульса, соответствующую рабочему диаметру ПЭ, в строке Ngd;
- проверить верность полученных значений повторными измерениями за 1-3 кадра, пока ПЭ находится в поле зрения камеры.
Определение рабочего диаметра ПЭ при его наклонном положении. Алгоритм работы системы в этом случае определяется следующим образом.
- найти и определить номер строки, в которой найдено начало ПЭ;
- проверить длительность импульса, соответствующего ПЭ, в следующей строке;
- при их Отличии проверить длительность импульса, соответствующего ПЭ, в следующих строках;
- определить номер строки, в которой длительность импульса перестает меняться;
- при совпадении длительностей импульсов в строках или отличии на величину, не выходящую за допуск, определить номер строки, соответствующей области рабочего периода Ngd =N+K;
- определить длительность импульса, соответствующую рабочему диаметру ПЭ, в строке Ngd;
- по показаниям t, t1, t2 определить угол наклона ПЭ и ввести поправку на длительность импульса в строке Ngd для определения рабочего диаметра ПЭ;
- проверить верность полученных значений повторными измерениями за 1-3 кадра, пока ПЭ находится в поле зрения камеры.
Вариант расположения области рабочего диаметра вне поля зрения камеры.
В реальном случае проекция ПЭ на плоскость может представлять собой трапецию или некую фигуру с непрямолинейными сторонами. В этом случае данная проекция считывается в каждой строке растра и записывается в память ПЭВМ. ПЭВМ определяет изменение профиля сторон проекции и его закон. Строка, номер которой рассчитан для определения рабочего периода, может находиться и вне поля зрения камеры, однако полученные сведения позволят определить диаметр, поскольку функция его изменения достаточно монотонна.
Вариант налипания внешней частицы в области определения диаметра ПЭ
Алгоритм работы системы в этом случае определяется следующим образом.
- найти и определить номер строки, в которой найдено начало рабочего конца ПЭ;
- проверить длительность импульса, соответствующего ПЭ, в следующей строке;
- при совпадении длительностей импульсов в строках или отличии на величину, не выходящую за допуск, определить номер строки, соответствующей области рабочего периода Ngd =N+K;
- определить длительность импульса, соответствующую рабочему диаметру ПЭ, в строке Ngd:
- определить длительность импульсов нескольких следующих строк;
- проверить их соответствие с законом изменения диаметра ПЭ;
- по показаниям t и t1 определить величину налипшей частицы (или неоднородности) и ввести поправку на длительность импульса в строке Ngd для определения рабочего диаметра ПЭ;
- проверить верность полученных значений повторными измерениями за 1-3 кадра, пока ПЭ находится в поле зрения камеры.
Приведенные в данном разделе алгоритмы позволяют создать программное обеспечение для работы системы по определению рабочего диаметра ПЭ. В качестве базовой оболочки нами использовалась оболочка GenieDaqФ.
|
