Videometrie a bezkontaktní měření

Garant předmětu:

Jan Fischer, Radislav Šmíd

Přednášející:

Jan Fischer, Radislav Šmíd

Cvičící:

Jan Fischer, Radislav Šmíd

Předmět zajišťuje:

katedra měření

Anotace:

Náplní předmětu je problematika optoelektronických senzorů a jejich použití v systémech bezkontaktního měření na principech videometrie; problematika záření a vlnění, jejich vlastnosti, chování; optická projekční soustava. V rámci předmětu se řeší lab. úlohy, dále se řeší, prakticky realizuje a prezentuje hodnocený projekt optoelektrického snímače.

Požadavky:

Znalost elektroniky, absolvování předmětu B3B31EPO „Elektronické prvky a obvody“, nebo ekvivalentu, např. B2B31ZEOA „Základy elektrických obvodů“, nebo B1B31EOS Elektrické obvody

Osnova přednášek:

1. Úvod do problematiky videometrie a bezdotykového měření; optické záření, jeho vlastnosti

2. Polovodičové detektory záření, fotodiody, fototranzistory, základní obvody

3. Polovodičové zdroje záření, LED, LASER

4. Fotodiodové snímače polohy, triangulační snímače, snímače s PSD

5. MOS kapacitor a PN přechod jako detektor optického záření, posuvný registr CCD, řádkové snímače

6. Plošné snímače CCD, uspořádání, princip funkce jednotlivých typů

7. Snímače CCD - vlastnosti a analýza chyb, kamery a jejich funkce (el. závěrka, AES, AGC, Gama kor.)

8. Obrazový senzor CMOS, uspořádání, vlastnosti, typy, způsoby řízení a čtení výstupní informace

9. Optická projekční soustava, vlastnosti a chování, použití

10. Výpočty pro volbu optických soustav používaných ve videometrii, meze rozlišovací schopnosti

11. Videosignál dle televizních norem, jeho digitalizace a přenos do mikropočítače, rozhraní dig. kamer

12. Obrazové senzory - reálné vlastnosti, chyby, fotonový šum, šumy senzoru, limity rozlišení

13. Základní metody zpracování informace z obrazových senzorů pro měření polohy a rozměrů objektů

14. Osvětlovače a zdroje strukturovaného osvětlení pro systémy počítačového vidění

Osnova cvičení:

V laboratorních cvičeních se nejdříve řeší úlohy základních optoel. snímačů a určení jejich vlastností. Na základě poznatků a s využitím znalostí z ostatních předmětů každý student samostatně řeší projekt „Návrh a realizace optoel. snímače polohy“. V rámci domácí přípravy navrhne koncepci snímače a jeho strukturu, vypočte parametry součástek, případně vytvoří program pro mikrokontrolér. S využitím volně dostupného simulátoru odsimuluje chování obvodů snímače. V laboratoři pak postupně sestavuje snímač (včetně potřebných el. obvodů), oživí jej, stanoví jeho parametry a porovná je s požadavky zadání. K projektu vytvoří dokumentaci - vývojovou zprávu a prospekt („firemní katalogový list“). Projekt následně prezentuje (powerpoint) a obhájí vlastní řešení projektu, vývojovou zprávu i prospekt. Podle úrovně splnění obdrží bodové hodnocení započítávané ke zkoušce. V následující části semestru se cvičí laboratorní úlohy, které se věnují obrazovým senzorům, kamerám, optické projekční soustavě i dalším senzorům pro bezkontaktní měření.

Cíle studia:

Naučit: Základy optoelektronických senzorů a optické projekční soustavy

Studijní materiály:

Durini, Daniel, ed. 2019. High Performance Silicon Imaging: Fundamentals and Applications of CMOS and CCD Sensors. 2. vyd. Woodhead Publishing. Předchozí vydání z roku 2014 dostupné jako e-kniha přes knihovnu.

Sinha, P. K. 2012. Image Acquisition and Preprocessing for Machine Vision Systems. Bellingham, Wash: SPIE Press. Dostupná jako e-kniha přes knihovnu.

Poznámka:

Další informace:

https://moodle.fel.cvut.cz/courses/B3M38VBM

Pro tento předmět se rozvrh nepřipravuje

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Kybernetika a robotika (povinně volitelný předmět)