Luận văn thạc sĩ nghiên cứu xây dựng cơ sở thiết kế thiết bị Đo các thông số hình học của các chi tiết dạng thanh bằng phương pháp chụp Ảnh vết chiếu laser

Đằng cách chiêu chủm tia laser lên bẻ mặt vật thế cần đo và xác định tọa độ của các điểm chiếu, ta cá thể xác định được biên dạng bề mặt và đo được các thông số kích thước hình học của

BO GIAO DUC VA ĐÀO TẠO

TRUONG DAl HOC BACH KHOA HA NOL

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCTI KIIQA HÀ NOI

.#®ướ

DINH THE THIN

NGHIEN CUU XAY DUNG CO SG THIET KE THIET BỊ DO CÁC THONG SO HINH HOC CUA CHI TIẾT DẠNG THANH BẰNG

PHUONG PHAP CHUP ANH VET CHIEU LASER

CHUYÊN NGÀNH: CƠ KHÍ CHÍNH XÁC & QUANG HỌC

LUAN VĂN THẠC SỸ

NGANH: CONG NGHỆ CƠ KHÍ

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Vinh

HẢ NỘI 2009

2 MỤC LỤC

CHUONG 1: MỘT SÔ PHƯƠNG PHÁP ĐO TOA DO KHONG TIẾP XÚC

1.1 Phương pháp đo khoảng cách kết hợp với góc quay 7

CHIƯƠNG 2: PHƯƠNG PIIÁP THU ẢNII VÉT CHIÊU LASER L6

2.1.1 Các đặc tỉnh cần thiết của vốt sáng - 16

2.1.2 Các đặc tính cơ bản của chùm tia laser : 16

2.1.3 Tao nguén sang dạng dường từ nguồn sáng dang diễm 17

2.3 Lựa chọn thiết bị thu ảnh vết sáng, - 24

2.3.2 D6 phan gidi camera va dé phan gidi anh - 32 2.3.3 Một số tiêu chỉ khác ¬—

2.4 Các thông số kỹ thuật liên quan đến chế độ chụp ảnh - 33

2.4.1 Su phơi sáng (Exposure) - 34 2.4.2 Độ mở ống kinh (Aperture) - 34

2.4.4 Dộ nhạy sảng của cảm biển " 36

2.4.5 Độ phơi sảng (Exposurc Valuc - Ev), - 36

2 Độ sâu của trường ảnh (Depth Of Iield - DOF) 37 2.4.7 Lựa chọn thông số chế đô chụp ảnh vết sáng 38

2.5 Phân tích hình ảnh vết sáng

2.5.1 Tìm hiểu về hệ máu

2.5.2 Khoảng phân bồ mâu của vết sáng

2.6 Phân cập nguẫn laser và an toàn khi sử dụng,

2.6.1 Tác động nguy hiểm do bức xạ laser

2.6.2 Phân cấp nguồn Ìaser

2.6.3 Phân cấp theo hệ sửa đỗi

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MỘT HỆ THÔNG THIẾT BỊ ĐO

3.6 Nguyên lý điều khiển và thu thập dữ liệu

CHƯƠNG 4: THỰC NGHIÊM VÉ PHƯƠNG PHÁP ĐO

3

LỜI NÓI ĐẢU

"Trong các lĩnh vực sản xuất công nghiện nói chung và trong lĩnh vực sản

xuất cơ khí nỏi riêng, nhu cầu đo các thông số hình học của các chỉ tiết săn

phẩm theo phương pháp đo không tiếp xúc rất lớn Phương pháp đo không

tiến xúc với nhiều ưu điểm cho phép thực hiện nhanh nhép đu ngay trong quá

trình gia công, đo chỉ tiết có nhiệt đô bề mặt cao hoặc các chỉ tiết có bề mặt mềm khó thực hiện đối với phương pháp đo tiếp xúc

Hiện nay trên thế giới một số hãng săn xuất thiết bị do đã cho ra đời một

số thiết bị do quét không tiếp xúc theo phương pháp chụp ảnh vết chiếu laser tạo nên trên bề mặt chỉ tiết Với xu hướng chủ yếu lả đo kiểm thông số hình

học của chỉ tiết đạng thanh phục vụ cho các quá trình gia cổng cơ khí hoặc

trên đây chuyên đàn, cản với hiệu quả kinh tế và độ chính xác tương đối

cao Cơ sở nguyên lý cũng như các yếu tố đảm bảo độ chính xác của phương

pháp do dựa vào ảnh chụp của vết quét bề mặt là một vấn dễ khá mới mẽ ở

Việt Nam

Xuất phát từ nhụ cầu thực Lễ công việc thường xuyên cần đo kích thước

hình học và tiết diện mặt cắt của các mẫu thử dang thanh có mặt cắt hình chữ nhật và dang tròn Dang thời qua tìm hiểu thiết bị đo theo phương pháp này

của một số hãng sản xuất trên thế giới về mặt đăm báo độ chỉnh xác va tinh

hiệu quả của phương pháp Dược sự đồng ý của thầy giáo hướng dẫn 1s

Nguyễn Văn Vinh - Bộ môn Cơ khí chính xác & Quang học, Tôi đã đi đến

tựa chọn dễ tải “Nghiên cửu phương pháp do các thông số hình học của chi

tiết đạng thanh bằng chụp ảnh vết chiều laser”

Với quỹ thời gian tương đối hạn hợp tìm hiểu về một lĩnh vue img dung tương đối mới và nhiều hạn chế về mặt tài liệu nghiễn cứu cũng như thực tế

về thiết bị Trong bản luận văn nảy Tôi đề cập chủ yêu đến cơ sở lý thuyết của

phương pháp và dưa ra thiết kế diễn hình của thiết bị đủng cho do các chỉ tiết

6

đạng thanh hình mặt cắt hình chữ nhật và hình tròn Phần chế tạo thiết bị

không năm lrơng nội dưng ding ky ctia lên dé Lai nhưng trong quả trình xây

đựng cơ sở lý thuyết của phương pháp và thiết kê hệ thống cho thiết bị đã cần đến lắp đựng một số bộ phận chỉnh của thiết bị đo Nhờ vậy cơ sở lý thuyết

tính toán và các yếu tế nâng cao độ chỉnh xác của phương pháp đo dã dược

kiểm chứng

Tuy nhiên những vấn để trình bay trong bản luận văn này còn có thể có nhiều hạn chế vả sai sót 'Tôi mong rằng sẽ nhận được sự góp ý chân thành

của các thầy cô và các bạn để giúp Tôi hoàn thiên hơn nữa về mặt thiết kế cho

thiết bị cũng như cơ sở lý thuyết tính toán của phương pháp phục vụ cho công

việc chế tạo thiết bị đo hoàn chỉnh sau nảy

Một lần nữa, Tôi xin chân thành cẩm ơn tới thầy giáo hướng dẫn Ts Nguyễn Văn Vĩnh và các thấy giáo, cô giáo Bộ môn Cơ khí chính xác và

Quang học trường DHBK Hà Nội đã nhiệt tỉnh giúp đỡ Tôi trong quá trình

học lập và hoàn thành luận văn nảy

4à nội, tháng 9 năm 2009

Học viên Dinh Thế Thìn

CHƯƠNG 1: MOT S6 PITUONG PIAP BO TOA BO KIIONG TIEP

XÚC SỬ DUNG TIA LASER

Do có nhiều ưu diễm nỗi trội của nguồn sáng kết hợp, tia laser dược sử đụng nhiều trong các thiết bị đo có dùng đến chủm tia do Khi thực hiện đo quét, dối tượng dơ vả đầu do dược dặt vào một hệ tọa độ nhất dịnh Đằng cách

chiêu chủm tia laser lên bẻ mặt vật thế cần đo và xác định tọa độ của các điểm

chiếu, ta cá thể xác định được biên dạng bề mặt và đo được các thông số kích

thước hình học của vật thể Tọa độ của các diểm chiến có thể dược xác dịnh theo nhiễu phương pháp khác nhau 8au đây là một số phương pháp cơ bản để

xác định toa độ ác điểm trên bề mặt vật thể khi được chiếu bằng chùm lia

laser Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm và pham vi ứng dụng khác

nhau

1.1 Phương pháp đo khoảng cách kết hợp với góc quay

Theo phương pháp nảy tọa độ của một điểm cần đo trên bề mặt vật thể

được xác định thông qua khoảng cách từ đầu do đến diễm do và góc giữa

chum tia chiéu lên điểm đo với các trục tọa đô Để thay đỗi vi trị quét của

chùm tỉa laser trên bề mặt có thể thực hiện địch chuyển góc đối với đầu đo hoặc đối với chỉ tiết Khoảng cách từ đầu do đến điểm chiếu thường được xác định dựa vào độ trễ pha của chùm tia phản xạ thu được 0

8

Chùm tia đo sử dụng trong phương pháp đo này có thể là chùm tỉa laser

hoặc chủm tia hồng ngoại Chủm tia hồng ngoại đám báo an toản cho người

sử dụng, tuy nhiên khả năng phản xạ kém yêu cầu phải sử dụng gương hoặc tấm dán phản xạ ngay cả khi đo ở khoảng cách gần Trong khi đó ở khoảng

cách tương đối xa lên đến vải trăm mét, sử dung chim tia cũng có thể thu

được tín hiệu phản xạ từ bề mặt có hệ số phần xạ không yêu cầu cao Với

những thiết bị sử dụng nguồn laser công suất lớn dùng cho mục địch do khoảng cách xa, thiết bị thường phải có bộ phận lọc sáng nhằm giảm bớt

cường độ của chùm laser phản xạ khi đo ở khoảng cách gần

Linh 1.2: Do quét tự động theo lưới tọa độ

khi thực hiện phương pháp đo quét tự động theo phương pháp này, việc

thay dỗi vị trí của điểm do trên bể mặt dược thực hiện bởi dịch chuyển góc Như vậy khoảng cách gần nhất có thể giữa hai điểm đo liền kể trên b mặt vật

thể phụ thuộc vào độ phân giải của dịch chuyển góc Với những khoảng cách

tương dối, dộ phân giải của dịch chuyển góc ảnh hưởng rất lớn dén dé phan

giải giữa các điểm đo Nếu gọi độ phân giải dịch chuyển gic 1A Ag (rad), thi

9

với khoảng cách Lúmm) từ đầu đo đến điểm chiều, khoảng cách giữa hai điểm

đo liền kể sẽ là Ax=L*Ao (mm)

Nguyên lý nảy thường được ứng dụng khi đo quét với khoảng cách xa

chẳng hạn thiết bị toàn đạc dùng trong trắc địa, quan trắc IIạn chế về khoảng

cách xa nhất có thể do được phụ thuộc vào công suất của nguồn laser và tinh

chat phân xạ của bề mặt cần đo Công suất cho phép của nguồn laser phụ

thuộc vào các qui định về an toàn vé con người vá an toàn cháy nỗ Hiện nay

một số máy toản đạc sử dụng tỉa laser có thé do xa tới 8000m Khoảng cách

gần bị hạn chế đo khả năng xáo định độ trễ pha với quằng đường truyền sáng

ngắn Thường khoảng cách này có thể dạt dược cỡ 50mm

Ngoài sai số hệ thông của các bộ phận đo góc và khoảng cách, khi đo ở

khoáng gách xa còn mắc phái sai số do sự khúc xạ khi qua môi trường không khí cla chim tia do cũng như tia nhìn của ổng ngắm Sự mở rộng chùm tia

khi truyền ở khoảng cách xa cũng ảnh hưởng đến sai số đo của thiết bị 1liện

nay một số hãng sản xuất đã chế tạo dược những thiết bị do với sai số do

khoảng cách +(1mm + IppmaxL), sai số đo góc 1”

1.2 Phương pháp thu ảnh của điểm chiếu

Phương pháp này sử dụng một hoặc hai bộ thu quang để thu ảnh của điểm chiếu của chim laser trên bê mặt vật thể cần đo Dựa vào vị trí ánh của điểm

sảng trên bộ thu quang có thể xác dịnh được tọa độ của điểm chiếu Người ta

thường sử dụng bộ phận gương quay để hướng chủm tia laser quét trên bề mặt

chỉ tiết cần do

Xét sơ đỗ nguyên lý của của một hệ do tọa độ theo phương pháp thu

ảnh điểm chiến sử dụng một bộ thu quang như hình 1.3 Với hệ tọa dd OXY

có gốc tọa độ trùng với tâm của thấu kinh

Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý đo tọa độ sử dụng một CCD

Theo phương pháp tam giác lượng dễ dàng xác định được tọa độ điểm

chiều trên vật như sau

L : khoảng cách tâm chùm tia tới trên gương đến tâm thấu kính

P: tọa độ theo phương X của điểm sáng trên bộ thu quang CCD

E: tọa độ theo phương Y của điểm sáng trên bộ thu quang CCD

ø: góc chiều của chùm tia theo phương Y'

Nhìn vào sơ đồ nguyên lý của phương pháp cần phân biệt rằng ảnh của

điểm chiếu trên bộ thu quang (CCD) không phải là hình ảnh tạo nên do chim

tia laser phản xạ trên bề mặt vật đo đi vào hệ quang của bộ thu Hỉnh ảnh

11

chấm sáng trên bộ thu quang là ảnh thứ cấp do chủm tia laser tán xạ trên bề

mặt chỉ tiết đo tạo nên và được bộ thu quang thu lại

Phương pháp đo nảy thường được ứng dụng trong các đầu đo tọa độ

không tiếp sử dụng trong các máy đo tọa độ Vị trí đo trên vật thể được quan

sát dựa vào điểm chiếu laser của đầu đo Máy đo tọa độ có gắn đầu đo không

tiếp xúc sử dụng tia laser ngoài các ứng dụng đo điểm cén duoc ding trong

các ứng dụng quét để sao chép khuôn mẫu; quét số hóa biên dạng bể mặt để

kiểm tra so sánh với thiết kế 3D

Hình 1.4: Hình ảnh một đầu đo không tiếp xúc của hãng Renishaw

1.3 Phương pháp thu ảnh vết chiếu laser

Thiết bị đo theo phương pháp này sử dụng chủm tia laser để tạo vết chiếu

sáng lên bề mặt vật đo sau đó dùng bộ thu quang để thu bức ảnh có chứa hình

ảnh vết sáng Hình ảnh thuộc vết sáng được phân tích, xử lý dựa vào những

đặc điểm khác biệt so với những điểm không thuộc vết sáng về cường độ

sáng, màu sắc Căn cứ vào tỷ lệ tạo ảnh và vị trí các điểm anh doc theo

12

đường tâm vết quét ta có thể xác định được tọa đô của các điểm trên biên

dang tao nên do vết chiều sáng trên bề mặt vật thể

Chỉ tiết đo

Hình 1.5: Nguyên lý thu ảnh vết chiếu laser

Thiết bị sử dụng phương pháp đo này có tốc độ đo quét rất nhanh với độ

chính xác cao Với mỗi lần chụp ảnh có thể xác định được tọa đô của rất

nhiều điểm trên biên dạng quét Số điểm tọa độ trên biên dạng quét phụ thuộc

vào độ phân giải của bộ thu quang Bộ thu quang có độ phân giải càng cao thì

số điểm ảnh của vết sáng càng nhiều, giúp ta chia càng nhỏ biên dạng quét thành nhiều điểm tọa độ hơn do đó đạt được độ chính cao hơn Ngoài ra trường nhìn của bộ thu quang cũng ảnh hưởng tới số điểm ảnh của vệt sáng

Khung hình bức ảnh đủ rộng để chứa được hình ảnh vét sing thi số điểm ảnh

sẽ cao hơn bức ảnh có khung hình rộng với hình ảnh vệt sáng nhỏ

Với nhiều ưu điểm nổi trội về tốc độ đo, khả năng đảm bảo độ chính xác

đo và các đặc tính kinh tế kỹ thuật Hiện nay phương pháp này được ứng dụng ngày cảng nhiều trong các hoạt động kiểm tra chất lượng sản phẩm trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp.

13

Thanh tuu đạt được của một số hãng sản xuất thiết bị đo trên thế giới dựa

theo nguyên lý của phương pháp chụp ảnh vết sáng khi chiếu laser lên bề mặt vật thể đo

a) Thiết bị đo kiểm lốp xe

= Ngudn laser str dung: Class Ia

b) Thiết bị đo kiểm sản phẩm thanh định hình

Hình 1.7: Thiết bị kiểm tra thanh định hình của hãng Bytewise

Hình 1.8: Một thiết bị khác kiểm tra chỉ tiết thanh của Bytewise

Hình 1.9: Thiết bị kiểm tra chỉ tiết thanh của hãng Zumbach

* Hãng sản xuất: Zumbach - Thụy Sỹ

= Model: Profile Master

15

" Mục đích sử dụng: đo kiểm các thông số kích thước hình học của chỉ

tiết dạng thanh định hình

" Độ lặp lại 0,01mm

* Nguồn laser sử dụng: Class 3R:

¢) Tay đo quét 3 tọa độ với đầu quét laser

~_ Đo các chỉ tiết trong khi đang gia công tiên, mài vô tâm, đánh bóng

~ Đo quét các chỉ tiết có bề mặt mềm, xốp như đệm mút, cao su, đa

nhiều cách khác nhau Tuy nhiên phương pháp chụp ảnh vết sáng của chùm

tia dé do kích thước yêu câu vết sáng phải đảm bảo các tính chất sau:

-_ Độ đẳng màu cao, piúp cho việc tách các diễm màu của vết sáng dâm

báo độ chính xác cao

- Độ ẩn định màu sắc cao Khi cô sự thay đổi của nguồn điện cấp, nguồn phát tia chiếu vẫn phải đầm bảo được đệ én định màu

- Mét 8 diém mau cao

~_ Độ rộng của vết sáng đảm bảo khả năng phân biệt các vủng chuyển

tiếp trên bề mặt vật thể,

Với các yêu cầu trên ta nhận thấy sử dụng các nguồn laser mau rat nhù hợp

cho ứng dụng

2.1.2 Cac die tinh co ban của chim tia laser

Laser là tên viết tất của cum tr Light Amplification by Stimulated

Emission of Radiation trong tiếng Anh, và có nghĩa là "khuếch đại ảnh sing

bing phat xạ kích thích"

"Tính dơn sắc rẤt cao: chùm sảng chỉ có một màu (hay một bước sống)

duy nhất Do vay chim laser không bị tán xa khi đi qua mặt phân cách của

hai môi trường có chiết suất khác nhau Đây là tỉnh chất đặc biệt nhất mà không nguồn sang nào có Màu sắc của chùm tia laser được đặc trưng bởi

bước sóng của chủm tia Bước sóng của chùm tia phụ thuộc vào môi chất

phát bức xạ cưỡng bức của nguồn lasor Sự chônh lệch giữa các mức năng

12

lượng của các bức xạ cưỡng bức trong buồng cộng hưởng gây nên sự chênh lệch bước sóng của chủm tia lascr phát ra Khoảng thay dổi bước sóng còn được gọi là độ rộng phổ, độ rộng phổ của nguồn laser khá hẹp

THên nay laser bán dẫn đã có thể phát ra chủm sáng với độ rộng phổ

<0,Inm

» Dộ định hưởng cao: tỉa laser phát ra hầu như là chùm song song do đó khả năng chiếu xa hàng nghìn km ma không bị phân tán

=- Mật độ năng lượng cao: nguồn laser có khả năng phát xung cực ngắn, cỗ

mi giầy (ms), nano giây, pico giây, cho phép tập trung năng lượng Ha

laser cực lớn trong thời gian cực ngắn

2.1.3 Tạo nguên sáng dạng đường từ nguồn sáng dạng điểm

Nguồn sáng được sử dụng ở đây là nguồn sáng dạng điểm có độ định hướng cao, tính đơn sắc cao Vấn đề đặt ra ở đây là làm sao tạo ra được nguồn

chiếu sáng đang dường (có góc chiếu rộng với chiều rộng của vết sáng nha) tir

nguồn sáng đạng điểm

2.1.3.1 Sử dụng chuyển động quay của gương

Chùm tia laser được chiếu vào mặt phần xạ của gương chuyển động quay

với tắc độ lớn Thông thường sử dụng gương đa cạnh để có được vết sảng

tương đối ôn định về cường độ sáng trên toàn bộ chiêu dài

18

Nhược điểm của phương án này là khi sử dụng bộ thu quang với tốc độ chụp lớn thì cường độ sáng của vết sảng thu dược trên ảnh khó dại dược sự đồng đêu trên toàn bộ chiều đải Gây khó khăn cho việc tách lọc vết sảng ra khỏi bức ảnh chung

2.1.3.2 Sử dụng thấu kính trụ

Vết sáng đường dược tạo thánh từ nguồn sáng nhở vảo đặc điểm tạo ảnh của thấu kinh trụ Thấu kính trụ có hai mặt phẳng †ạo ảnh: mặt phẳng tới

trùng với mặt vuông góc với truc tru duve goi 1A mil Merion, mặt phẳng tới

chứa trục trụ và dường sinh gọi là mặt Sakitan Tụ số của thấu kính trụ thay

đổi tủy thuộc vào các mặt phẳng tới

Tụ số theo mặt Merion: D #0

Tu sé theo mặt Salitan: D' = 0

Như vậy trong mặt phẳng Sakitan chiều rộng lớn nhất của vết sáng bằng dường kính của chùm tia laser, trong mat phing Merion cham tia laser bi phân kỳ tạo nên góc chiêu rộng

Hình 2.2: Sử dụng thấu kính trụ dễ tạo vết chiếu

2.1.4 Tính toán thâu kính trụ

'thẩu kinh trụ có hai mặt khúc xạ, một trong hai mặt là mặt trụ hoặc cả hai

mặt đều là mặt trụ Mặt phẳng tới trùng với mặt vuông góc với trục trụ được

gọi là mặt Merion, mặt phẳng tới chứa trục trụ vả đường sinh gọi lả mặt

Sakitan Tụ số của thấu kính trụ thay đổi tùy thuộc vào các mặt phẳng Tới,

Tu sé theo mat Sakitan: D’ - 0

‘Tu sé theo mat Merion: 1 #0

Thau kinh có mặt trụ lỗi là thấu kinh dương (D'>0) Thau kính có mặt trụ

lãm là thâu kinh âm q@<0)

"Thấu kính có hai mặt cong bán kính cong lần lượt là rị, r› với chiểu dày

thấu kính là d Trong môi trường không khí, thấu kính có tụ số được tính theo công thức sau

Chùm tía tới hưởng vuông gác với mặt phẳng của thấu kính

"Tụ số theo mặt Merion được tính theo công thức: j3 =”_1 :

Trong đó: r là bản kính cong mặt trụ

n là chiết suất của vật liệu thấu kinh

b) 'Thấu kính trụ tròn xoay có bán kính cong r

Chiểu dày của thấu kính: d= 2r

Bản kinh cong các mặt: rị =; 1z =-r

2@~ DŒn—D q2)

ay

Thay vào công thức tổng quát (1.1) ta dược: 7 —

Khi sử dụng thấu kính trụ với mục đích dùng nguồn sáng dạng chùm điểm để tao chim sang det voi góc phát rộng thi cần dùng đến độ tụ D' của

20

thâu kính lớn Với hai trường hợp đã xét ở trên ta dễ dàng nhận thấy khi sử

dụng thấu kinh trụ có cả hai mặt dều trụ lỗi thì thu được cỏ giá trị lớn hon

Xét thấu kinh hai mặt trụ:

~_ Vật liễu thúy tình có chiết suất: n

-_ Bán kính trụ: r

Dé tính góc phân kỳ phải biết độ rộng chủm tia, góc phân kỳ lớn nhất do

những tia nằm biên ngoài củng sau khi di qua thấu kính hội tụ tại tiêu diễm Những tia trùng quang trục truyền thẳng khi qua thấu kính

~_ Độ rộng chủm tia di vào thấu kính là Ød;

-_ Khoảng tiêu cự thấu kính là f'

- Goi gée phân kỳ lớn nhất của chủm tia là @

Qua hình 2.3 ta dễ nhận thay ring

- Vi cling mét thâu kinh trụ, đường kính của chùm tỉa laser đi vào thầu

kính tỷ lệ thuận với góc mở rộng của chùm tia khi đi qua thầu kính trụ

Như vậy với thấu kinh trụ cỏ trước ta nên chọn nguồn sang laser cb

21

đường kính chim tia có đường kính xắp xỉ đường kính của thấu kính

trụ Đường kinh chủm lia lớn hơn dường kinh của thấu kính trụ cũng

không cải thiện thêm về góc mở rộng của chùm tia

~_ Góc mớ rộng của chủm tia sẽ lớn hơn đối với thầu kính trụ cỏ khoảng

tiêu cự nhỏ hay có độ tụ lớn Kết hợp với công thức (1.2) ta nhận thấy

độ tụ thấu kinh sẽ lớn hơn khi bán kính trụ nhỏ đi

Như vậy việc tăng đường kính chủm tia xấp xỉ bằng đường kính thấu kính

trụ và việc giảm đường kính thấu kính trụ xuống đều là hai biện pháp nhằm

nâng cao dộ rộng góc mở của chủm tia khi đi qua thấu kính Tuy nhiên hai

yếu tố này có liên quan mật thiết và ảnh hưởng lẫn nhau

Dựa vào công thức (1.4) khi đường kính chùm tia lớn hơn hoặc xấp xỉ

2

bằng dường kinh của thấu kính trụ thì ta có se(Bpe OOD Hay néi 2

cách khác khi chủm tia laser đã phủ hết toàn bộ mặt Merion của thâu kính trụ thi việc giảm bán kinh cong của thấu kính trụ không làm thay đổi độ rộng góc

mở chủm tia khi đi qua thấu kinh trụ Việc giảm bản kính cong chủm lia

xuống nhằm nâng cao độ rộng góc mở chỉ có tác dụng khi đường kính thấu

kính trụ lớn hơn đường kính chủm tia

Việc tính toán dễ đưa ra lựa chọn thiết kế dé dạt được dé rộng góc mở

hop lý của chùm tỉa khi đi qua thấu kinh trụ cũng là một vấn dé rt quan

trọng Bi vì góc mở chùm tia réng hay hep déu có ưu nhược điểm nhất định, phụ thuộc vào không gian do của thiết bị

= Néu goc phat rộng

Ưu điểm

- Sy thay đổi độ hẹn chim tia khi qua thấu kính trụ sẽ ít thay đổi hơn

-_ Không cần phải đặt chỉ tiết xa nguồn laser giúp giảm bớt không gian thiết bị

Nhược điểm:

-_ Mật độ chùm tia yếu

- Khi đo các chỉ tiết kích thước nhỏ, chùm tia chiếu ra ngoài chỉ tiết quá

nhiều lam cho khó phân biệt đâư là vết sáng cần phân tích khi xử lý

- Suthay đổi độ rong biểu hiện rõ trên dai chiến của chùm tỉa

2.1.5 Tạo vét chiéu laser véi bề rộng ngang ít thay đổi

Do đặc điểm chủm tia laser hình rễ quạt được tạo ra đo khi cho chim tia

dang tròn đi qua thấu kính trụ, nên nếu hứng chủm tia bằng mặt phẳng ảnh

vuông góc với trục đối xửng thì nhận được vết chiếu sảng hình Ehp Vết chiếu hình Hlip khi chiếu lên các bề mặt cong hay bề mặt gấp khúc sẽ gây khó

khăn cho việc phân tích, xử lý hinh ảnh vết sáng Một biện pháp được đưa ra

nhằm én dinh bễể rộng ngang của chùm tia là sử dụng khe chắn sáng hình chữ

nhật Vị trí khe chắn sáng có thể được đặt sau thấu kính trụ:

Khe chin sang

Tĩnh 2.4: Khe sảng đặt sau thấu kính trụ

23

Hoặc đặt giữa thấu kính trụ và nguồn laser

Khe chin sáng

Finh 2.5: Khe sing đặt piữa thấu kính trụ và nguồn laser

Với vết sáng có chiều rộng ngang nhỏ sẽ tốt hơn cho quá trình xử lý tính

toán tọa độ các điểm thuộc vết sáng Độ rộng của khe sáng cũng ảnh hướng

đến cường đô sáng của vết sáng trên bề mặt vật thể được chiếu Với vết sáng

có cường độ sáng yếu, bức ảnh chụp sẽ khó phân biệt được các điểm ảnh thuộc vết sáng với các điểm ảnh ở vùng khác Mặt khác khe sáng quá hẹp còn

gây nên hiện tượng nhiễu xạ của chủm tia khi đi qua khe hẹp gây nên hình

ảnh xấu của vết sáng

3.2 Góc chiếu laser và góc chụp ảnh

Phần này đẻ cập đến cách bế trí nguồn laser và bộ phận chựp ảnh để có

được góc chiếu laser lên bề mặt vật thể và góc chụp ảnh hợp lý nhất nhằm

đảm bảo độ chính xác đo cao nhất

Với camera có độ phân giải nhất dịnh, dễ chọn được góc chiếu laser vả

góc chụp anh vét sang hop lý nhất ta tập trung vào các ý chính sau:

—_ Góc chiếu của laser lên bề mặt vật thể đo sao cho biên dạng của vết

sáng cảng gần với kích thước cần đo cảng tốt

-_ Góc chiêu vả góc chụp bế trí hợp lý để tránh hiện tượng chum tia laser

phan xa lên bề mặt vật đo đi vào ông kính gây hiện tượng nhòe ảnh và

24

thấp chi có thể gây hư hại đến camera do nhận phải cường độ sáng quá

mạnh

- Anh vét sang có độ sắc nét sao, độ rộng ngang nhỏ Với độ rộng ngang

của chủm tia càng nhỏ càng cho phép thực hiện các lưới quét trên bê

mặt vật thể đo với mật độ cao hơn Tuy nhiên nếu độ rộng chim tia quá nhẽ thì cường dé sáng của vết chiếu sáng trên bé mặt vật thể rất yếu, gây khó khăn cho việc phân biệt các điểm ảnh trên vết sáng vả

các điểm ảnh không thuộc vết sáng

-_ Ilình ảnh của vết sáng trong khung hình được sắp xếp theo chiều sao

cho chiếm số lượng điểm ảnh lớn nhất

-_ Khung hình của bức ảnh cảng phủ vừa với chiều đài đoạn vết sáng cần

chụp cảng tốt Vì với khung hình bức ảnh đủ rộng dễ chứa dược hình

ảnh đoạn vết sáng cần chụp thị số điểm ảnh của vết sáng sẽ cao hơn so

với khung hình rộng có hình ảnh vết sáng nhỗ

-_ Ilướng chụp của camera cảng vuông góc với mặt phẳng chứa vết sáng

thì số diểm ảnh của vết sáng cảng cao, tránh dược hiện tượng trùng lấp

25

Chọn hệ trục tọa độ có trục Oz trủng với trục chỉ tiết, mặt phẳng thẳng đứng là mặt yO+, mặt phẳng nằm ngang là mặt phẳng xOz

Chưa xét đến vi trí đặt hộ phận thu ảnh, ta tiá sử nguồn laser được đặt sáo

cho trục đối xứng của chủm tia laser nằm trong mặt phẳng thắng đứng yOz

Mặt phẳng chứa chùm tia số tạo với trục Oz (hay trục chỉ tiết) một góc Ôn

trong mặt phẳng nằm ngang xOz và tạo với trục Oz mộ góc [Èy trong mặt

phẳng thăng đứng yOz

Mặt phẳng chía

Hình 2.7: Mô tả góc chiếu Dụ và By

Tải toán đặt ra là đi tìm góc bằng Bu và góc đứng fv hợp lý nhất Ta nhận

thay khi mặt phẳng chứa chùm lia laser lạo với trục Öz một góc Ân vuông 90°

thì chiều dài vết sáng do laser tạo ra trên bề mặt chỉ tiết là ngắn nhất, gần với kích thước đệ rộng của chỉ tiết Theo lập luận ở phần trên ta nhận thấy chọn póc [lu — 90° là hợp lý nhất

Góc chiếu Bv @xét trong mặt phẳng yOz) sẽ ảnh hưởng đến độ rồng ngang

của vết sáng trên bề mặt chỉ tiết Khi góc chiếu Äv—1809 tức mặt phẳng chứa chum tia laser song song với trục thẳng đứng Oy thi vết sáng tạo ra trên bé

mmặt chỉ tiết có độ rộng ngang nhỏ nhật Miặt khác khi mặt phẳng chiếu tạo với trục chỉ tiết một góc nhỏ theo phương thắng dimg thi tia laser bi phan xa rất

mạnh trên bề mặt chỉ tiết gây nền hiện tượng không rõ nét của vết sáng Tuy

26

nhiên việc chọn góc Jv hợp lý còn phụ thuộc vào góc chụp ảnh xét ở phần

sau

a) Phản xạ định hướng, b) Phản xạ khuếch tán hay tán xạ

Hình 2.8: Sự phản xạ và tán xạ của tia laser trên bề mặt vật thể

Trong nhiều quá trình vật lý, khi sóng phẳng lan truyền tới một bề mặt

phân cách thì xảy hiện tượng phản xạ Người ta chia hiện tượng phản xạ thành

hai loại cơ bản: phản xạ định hướng và phản xạ khuếh tán hay con gọi là tán

xạ Hiện tượng phản xạ định hướng xảy ra khi sóng truyền tới mặt tiếp giáp

giữa hai môi trường phẳng nhẫn Với hiện tượng phản xạ định hướng góc tới 6¡ bằng góc phản xa 6

Phản xa khuếch tán (hay tán xa) xảy ra khi sóng đi tới bề mặt tiếp giáp giữa hai môi trường không phẳng nhẫn và sóng phản xa đi theo nhiều phương khác nhau Phản xạ khuếch tán thường thấy khi ta chiếu một tia sáng vào tờ giấy trắng, trên tờ giấy xuất hiện một vệt sáng Khí đó ánh sáng bị hắt lại theo

mọi hướng

Một yếu tổ rất quan trọng quyết định đến việc chọn góc chiếu Py dé 1a qui

trình do Tuy theo các mục đích đo đạc khác nhau cần thực hiện đối với chỉ tiết đo mà ta sẽ thực hiện qui trình đo khác nhau Chẳng hạn khi cần đo quét

để số hóa bề mặt chỉ tiết thì phải thực hiện nhiều phép đo hơn nhằm thu thập

được một lưới tọa độ các điểm thuộc bề mặt vật thể với mật độ mắt lưới nhất

định Từ bề mặt vật thể đã được số hóa ta có thể xác định được các kích thước hình học và các sai số kích thước hình học, sai số tương quan về vị trí Và

trường hợp này góc chiếu By cla chum tia có thể là một góc vuông hoặc một

27

góc bất kỳ Nhưng đối với các mục đích đo đơn giản hơn, chẳng hạn chỉ cần

xác định các kích thước cạnh hay dường kinh của thanh phục vụ cho xác dịnh

tiết diện mặt cắt ngang với số phép đo tối thiểu thi bắt buộc phải thiết lập góc

chiếu By cing vuông góc cảng tốt

2.2.2 Góc chụp ảnh

Theo két qua phân tích ở trên, ta sẽ đắt nguồn phát lascr sao cho chùm tia

laser tạo với trục Qz một góc Br = 90° (xét trong mat phẳng nằm ngang xO2) Khải mệm góc chụp đưa ra ở dây được được hiểu là góc tạo bởi trục quang

của camera với mặt phẳng chứa chùm tia laser xét trong mặt phẳng thing

đứng yOz góc chụp được ký hiệu là ạ Với một giả thiết mặc định lá quang

trục của camera luôn nằm trong mặt phẳng yÖz

Nhiệm vụ tiếp theo là phân tích, tính toán để đưa ra phương án chọn góc

chụp œ như thế nào cho hợp lý VỀ nguyên lắc quang Irục của camera càng

vuông góc với mặt phẳng chứa vết sáng (cũng là mặt phẳng chứa chùm tia laser) thi với một góc chiếu By nhất định, số điểm ảnh của củng một đoạn vết sảng xét thco phương thẳng dứng sẽ nhiều hơn Lúc đó tỷ lệ điểm ảnh của vết

sáng theo phương năm ngang và theo phương thẳng đứng càng gần với nhau

Việc chọn góc chụp @ còn phải tính đến góc chiếu By để không xây ra

hiện tượng chùm tia laser phần xa vào camera pây nhỏc ảnh hoặc gây hư hại

28

đến bộ thu quang của camera do cường độ ánh sáng đi vào ống kinh quá

mạnh

Như đã phân tích ở trên, trường hợp thiết bị đo có thực hiện các phép đo

với mục đích xác định các kích thước hình hạc thuộc mặt cắt vuông góc với trục chỉ tiết hoặc xác dinh sai số hình học như dé không thẳng, độ ôvan thì

yêu cầu góc chiếu fv phải là góc vuông Lúc đó nếu ta rong muốn chụp ảnh

vết sảng theo hướng vuông pỏc với mặt phẳng chứa vết sáng (qg=90%1 lả diễu không thể thực hiện được Và nếu muốn có được góc chụp ạ lớn thì đôi hỏi

giữa camera và nguồn phát laser phải đặt ở những vị trí cách nhau một

khoảng tương dối lớn so với không gian thiết bị

Mặt phẳng chữa

1 So 2 chùm laser

Hinh 2.10: Vj tri camera voi céc géc chụp khác nhau

Tir hinh vé ta nhdn thay, & vi tri sd (2) gan véi ngudn laser thi ede chup pz

có giá trị nhỏ hơn ở vị trí số (1) xa nguồn laser Sự ảnh hưởng của góc chụp

đến chất lượng ảnh chụp vết sảng vả đỗ chính xác của phép do cần phải tiến

hành các quá trình thực nghiệm để đánh giá.

29

2.3 Lựa chọn thiết bị thu ảnh vết sáng

Ảnh của vết sáng cần được thu lại và thông qua chương trình phần mềm

định

các thông số kích thước hình học cần đo Thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số là thiết

để xử lý, tính toán đưa ra tọa độ các điểm thuộc vết sáng để rồi từ đó

bị lựa chọn thích hợp cho việc thu ảnh vết sáng

Các hãng sản xuất thiết bị với mức độ tích hợp cao thường sử dụng các bộ

cảm biến quang dùng trong thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số và xây dựng các bo mạch điều khiển quá trình chụp ảnh, truyền dữ liệu ảnh cho cảm biến quang

“Tuy nhiên cũng có nhiều góc độ khác nhau trong việc sử dụng các thiết bị

chụp ảnh kỹ thuật số vào cầu hình chung của hệ thống thiết bị

Những phân tích dưới đây đề cập đến những loại cảm biến quang phổ

biến dùng trong thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số Đồng thời đưa ra một số thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số có thể sử dụng cho mục đích xây dựng mô hình thiết bị phục vụ cho công việc thực nghiêm và cho việc chế tạo thiết bị sau nảy,

2.3.1 Một số loại cảm biến quang

Bộ cảm biến quang làm thực hiện việc biến đổi ánh sáng thành những tin hiệu rời rạc Bộ cảm biển gồm hàng triệu ô nhỏ, những ô nhỏ này phần ứng với một mảu ánh sáng tùy theo kính lọc màu của nó Mỗi ô đó gọi là một

pixel, chúng được sắp xếp xen vào nhau sao cho ba chấm màu RGB (đỏ-lục-

lam) ghép lại thành cụm điểm có đủ ba màu đỏ, lục, lam

Hình 2.11: Cấu tạo các lớp của bộ cảm biến

30

Hiện nay có hai loại cảm biến được dùng rộng rãi trong kỹ thuật ảnh số

đó là cảm biển CCD va cảm biến CMOS

2.3.1.1 Cảm biến quang CCD

CCD duoc viét tat tir Charge Couple Device (thiét bi tich dién kép), là

một bộ nhớ điện tử có khả năng tích điện dưới tác dụng của ánh sáng Khi gặp

ánh sáng, mỗi điểm trên CCD sẽ được nạp một mức điện tích tương ứng theo

cường đô nguồn sáng chiếu vào Mọi người thường hình dung CCD lả một thiết bị số điển hình, song thiết bị này lại sử dụng công nghệ tương tu CCD thường có hình chữ nhật kích thước 1⁄2 inch hoặc 2/3 inch hoặc lớn hơn tuỳ thiết bị, bao gồm các transistor MOS (metal oxide semiconduetor) đặc biệt có

khả năng cảm nhận ánh sáng, hay còn gọi là diode quang (photo diode), được sắp xếp thành ma trận Kích thước của ma trận (số lượng transistor, hay còn

gọi là số pixel) xác định độ phân giải tối đa của CCD

Số transistor càng lớn, CCD cho độ phân giải càng cao Do công nghệ sản xuất vi mạch ngày càng tỉnh vi, kích thước của transistor trở nên nhỏ hơn, chiếm ít chỗ hơn, cho phép tăng mật độ transistor trên một diện tích

Hình 2.12: Bộ cảm biến quang với kích thước nhỏ gọn

31

Cùng với CCD, một thiết bị điện tứ khác là ADCŒ (analog to digital converler — bộ chuyển tín hiệu tương tự sang tỉn hiệu số) độc lập thực hiện

chức năng chuyến đối giá trị điện tích của các điểm trên CCD sang một giá trị

số biểu thị mâu tương ứng Nếu kích thước ma trận trên CỚD quyết định độ phan gidi, thi ADC xac dinh dé sdu mau (color depth, do bang bit), ttre kha

năng thể hiện các sắc độ máu của hình ảnh được ghi nhận Độ sâu cảng lớn,

nảu cảng trung thực

2.3.1.2 Cảm biến quang CMOS

CMOS, viết tắt cha "Complementary Metal-Oxide-Semiconductor" 14

thuật ngữ chỉ một lọai công nghệ dùng để chế tạo vi mach tích hợp Công

nghệ CMOS được đúng để chế tạo vị xử lý, vị điều khiển, RAMI tĩnh vả cũng,

được dùng rất nhiều trong các mạch tương tự như cảm biến hình ânh

1Iai đặc tính cơ bản của các linh kiện được chế tạo bằng công nghệ

CMOS là có đệ miễn nhiễu cao và tiêu thụ năng lượng ở trang thái tĩnh rất

thấp Các vi mạch CMOS chỉ tiêu thụ năng lượng một cách đảng kế khi các

transistor bên trong nó chuyển đổi giữa các trạng thái đóng (ON) và mở

(OEE) Kết quả là các thiết bị CMOS ít tiêu thụ năng lượng và tạo ra ít nhiệt

hơn se với các loại mạch lôgíc khác như mạch transistor-transistor logic

(TTL) hay mach logic NMOS (khác với CMOS, NMOS chí dùng téan bộ transistor hiệu ứng trường kiểu n và không dùng transistor hiệu ứng trường

kiểu p) CMOS cũng cho phứp tích hợp các hàm lôgíc với mật độ cao trên

chip

So với các thiết bị chụp cảnh kỹ thuật số ding cảm biến quang CCD thi

thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số sử dụng cảm biển quang CMIOS có những ưu

điểm sau:

-_ Độ nhạy sáng cao

- Độ phân giải cao

32

~_ Điện năng tiêu thụ íL kẻo đải thời gian dùng pm

~_ ÍL bị nhiễu, tý số tin hiệu trên nhiễu cáo

-_ Tếc độ xử lý ảnh chụp nhanh hơn

- _ Tích hợp nhiều chức năng tương tác trên ảnh chụp

2.3.2 Dộ phân gi:

amera và độ phân giải ảnh

Khi xét đến khái niệm độ phân giải La cân chú ý phân biệt hai khái niệm

đô phân giải của camera và độ phân giải của ảnh chụp Dộ phân giải canlera

đặc trung bởi số lượng các pixel có trên cảm biến quang của camera Số lượng pixcl tinh theo hang trigu goi la megapixcl Nhung sé pixel chua da quyết định độ phân giải thật của ảnh Còn phải xét đến kích thước của bộ cảm biến, chất lượng của ống kinh, và cách sip xép cdc pixel Nhiều máy chụp ảnh

s6 gon có sé pixel rất lớn nhưng kich thước bộ căm biến lại nhỏ nên kích

thước của mỗi pixel quá nhỏ, nhỏ hơn khả năng ống kính có thể phân biệt

của ảnh không thật sự bing sé pixel do

được, như vậy thí dộ né:

Quá nhiều pixel có khi còn làm giảm chất lượng của ảnh theo một cách khác De pt+xel quá nhỏ, nó nhận được quá í† ánh sáng nên tín hiệu nó sinh ra quá yếu để bị lẫn với nhiễu của mạch diện tử Kết quả là bức ảnh không rõ,

nhất là ở những vùng chuyển màu

Độ phân giải của bức ảnh chụp luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng độ phân giải

camera, nó phụ thuộc vào việc thiết lập kích thước ảnh chụp Chẳng hạn với

sự thiết lập kích thước ảnh chụp khác nhau mả với cùng một camera có độ

phân giải 60 Mega Dixol ta có các kích thước ảnh sau

Kích thước chiêu rộng x "tý lệ chiêu Độ phân giải chiều cao của bức ảnh (pixel) | rộng/ chiều cao |_ (Mega pixel)

Ngoài các tiêu chí như loại cảm biển quang, độ phân giải của caraera Khi

chọn thiết bị kỹ thuật số dùng cho việc chụp ảnh vết sáng do laser tạo nên trên

bể mặt vật thể cần quan tâm đến các vin dé sau:

~_ Khả năng kết nổi với máy tính Đây là một tiêu chí rất cân thiết, nó cho phép thiết bị chụp ảnh có thể gửi dữ liệu ảnh phục vụ cho việc

phân tích, tính toán bằng chương trình phần mềm

-_ Khả năng chụp ảnh nét ở cy ly gần Đảm bảo cho việc thiết kế mô hình thiết bị với kích thước gon nhẹ

- Kha ning diều khiển quá trình chụp, truyền dữ liệu ảnh linh hoạt Quá

trình chụp ảnh vết sáng cân điểu chỉnh nhiều thông số của quá trình

chụp để đảm bão thu được bức ảnh với độ phơi sáng hợp lý Các thông

số diều chính hao gồm độ mở ống kinh, tốc độ mản trập, thởi gian

phơi sáng Những thông số này sẽ được phân tích chủ tiết hơn ở phần

sau

3.4 Các thông số kỹ thuật liên quan đến chế độ chụp ảnh

Ilinh ảnh của vết sáng đo chủm laser chiếu lên bê mặt vật thể tạo nên có

những đặc điểm rất khác biệt so với những điểm khác không thuộc vết sảng

hờ độ đồng mau cao và độ Ổn định mau sắc của chùm tỉa laser và đặc biệt là

ánh sáng của chùm ta có cường độ sáng rất cao Tuy nhiền việc thu ảnh của

vết sáng làm sao để đảm bảo tốt nhất cho việc xử lý ảnh thi không phải la vin

34

đề đơn giản đối với một vết sáng có cường độ sáng cao ngoài ra còn bi tin xa

khi gap bé mit chi tiết

Ngoài các yếu tố kỹ thuật nhằm đảm bảo vết sáng có cường độ sáng đều với bề rộng vết sáng ít thay đổi thi các yếu tổ kỹ thuật liên quan đến chụp ảnh

vết sảng, cũng hết sức quan trọng Ta tạm gọi vết sảng là chủ thể còn các điểm

khác ngoài vết sảng được tạm gọi là hậu cảnh Để chụp được bức ảnh với chủ

thể nỗi bật trong hậu cánh ta phải hiểu dược các vẫn đề kỹ thuật sau

2.4.1 Sw phoi sang (Exposure)

Bản chất của chụp ảnh là sự phơi sánn, camera là một hộp tối Khi didu

khiển chụp ảnh, một cánh cửa được mở ra cho ánh sáng bên ngoài đi vào qua

ng kinh Ảnh sáng tác dụng vào cảm biển quang để tạo ra hình ảnh Một bức

ảnh ta có thể tạm chia làm hai phần: độ sáng và sự cân đối ánh sáng Cảm biến quang là một vật thu sáng và độ sáng của bức ảnh quyết định bởi lượng

ánh sáng mà cảm biến thu dược Khi lượng ánh sáng vào quá nhiều thì ảnh sẽ

trắng xóa còn không đủ thì ảnh sẽ bị tối Một bức ảnh cá độ sáng đúng với đối tượng được chựp gọi là đúng sáng Ngoài yếu tố độ sáng ra, sự cân đối ảnh

sáng khác nhau sẽ tạo ra những bức ảnh hoàn toản khác nhau với cùng, một độ sáng Lượng ánh sáng cảm biến thu được gọi là 46 phoi sing Ev (Exposure

valuc) Khải niệm Ev liên quan đến nhiễu yếu tổ ảnh hưởng khác nên sẽ được

trình bảy sau

2.4.2 Ðộ mở ống kính (Aperture)

Độ mô ống kính là phần điều chỉnh cường độ ánh sáng đi qua ổng kính Chúng ta có thể hiểu phan nay như là khả năng cho anh sáng di qua của ông,

kính Cấu tạo bộ phận này bao gồm những lá mỏng ghép lại tạo ra khe hở

dang hinh tròn có thể điều chỉnh được Tương ứng với các độ mở ng kinh ta

có đây trị số tiêu chuẩn l, 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, E, 11, l6, 32 các trị số

35

này gọi là F-stop hay Khẩu đô Tại mdi F-stop ta có đường kính lỗ mở d

tương đương d=f/1, 1.4, Ÿ/2 f/28 và f chính là độ dài tiêu cư ống kính

Như vậy ta có thể thấy khẩu độ càng lớn thì đường kính d càng nhỏ và anh

sáng đi qua ống kính cảng ít Và củng một đường kính lỗ mở d nếu đô dài tiêu

cự ông kính càng dài thì khẩu độ càng lớn

Hình 2.13: Bộ phận điều chỉnh độ mở ống kính

Day trị số F-stop là day bôi số căn bậc hai của 2 Trong kỹ thuật chụp

ảnh, người ta chọn tiêu chuẩn điều chỉnh đô sáng với một khoảng cách 1a gap đôi Nghĩa là khi mở ống kính thêm một khẩu độ có nghĩa là lương ánh sáng thu được sẽ tăng gấp hai lần Muốn như thể diện tích lỗ mở phải tăng gấp đôi tương đương với đường kính tăng lên 1 4 lần

Khi chọn thiết bị chụp ảnh kỹ thuật số cần để ý đến khả năng thay đổi độ

mở ống kính Môt số camera có độ mở ống kính cố định, phổ biến là các webcam (web camera) Với đô mở ống kính cỗ định thì làm giảm đi tính đa dang trong việc điều khiển chụp ảnh vết sáng, không cho phép thay đổi độ sâu

của bức ảnh hay nói cách khác độ rộng của vùng rõ nét bị cổ định (sẽ được

phân tích kỹ hơn ở phần độ sâu trường ảnh)

2.4.3 Thời chụp hay tốc độ (Shutter Speed)

Ngoài việc điều chỉnh cường độ ánh sáng đi qua ống kính ta còn có thể điều chỉnh thời gian cho ánh sáng đi vào để thay đổi đô sáng của ảnh chụp Yêu tố này gọi là thời chụp hay tốc độ chụp Đơn vị tính là giây.

Hình 2.14: Câu tao man trap Thời gian nảy chính là thời gian màn trập trong camera mở ra để cho ánh

sáng đi vào Thời gian này cảng lâu (tốc độ châm) thì lượng ánh sảng đi vào

cảng nhiều và ngược lại, thời gian này cảng ngắn (tốc độ nhanh) thì lượng sáng đi vào sẽ ít đi Cũng như phần đô mở ống kính, theo tiêu chuẩn thì khi tăng một nắc thời gian chụp thì lương ánh sáng đi vào gấp đôi Tốc độ chụp nhanh hơn Is c6 1/2, 1⁄4, .1/125, 1/250 Còn lâu hơn Is 1a 2, 4, 8 , 16s 2.4.4 Độ nhạy sáng của cảm biến

Yếu tố này thể hiện khả năng hấp thụ ánh sáng của cảm biến Độ nhạy

sáng thường được thể hiên qua chỉ số ISO 100, ISO 200, ISO 400, ISO 800

“Thông thường các camera số có thể thiết lập được một số giá trị đô nhạy sáng,

cho chế đô chụp Độ nhạy sáng cao thi độ phơi sáng nhanh đạt đến giá trị bảo

hòa Nếu thiết lập độ nhạy sáng cao lên thỉ những vùng có cường độ sáng cao

sẽ bão hỏa trước, các điểm ảnh tại các ving dé sé co mau tring Những vùng

có cường độ sáng kém hơn sẽ có màu tối Tuy nhiên với độ nhạy sáng cảng cao thì nhiễu cũng tăng lên, kết quả là hình ảnh không rõ nét

2.4.5 Độ phơi sáng (Exposure Value - Ev)

Sự kết hợp của độ mở ống kính và tốc độ chụp cho ta một đại lượng đặc

trưng gọi là Exposure value (Ev) Ev 0 là khi ta đặt khẩu đô là 1 ở tốc đô chụp

37

là 1 giây Ev được tính bằng kết hợp hai hảm logarit của giá trị độ mở ống

kính (Aperture value) và giá trị của thời chụp (Time Value),

Khi mở ống kính thêm một khẩu độ thì thời gian chụp phải giảm đi một

nửa thì Ev không thay đổi Ánh sáng tác động vào cảm biến quang cỏn phụ

thuộc vào độ nhạy sáng của cảm biến Độ nhạy sáng của cảm biển quang thì

đơn giản như khẩu độ hay tốc độ chụp là tăng gấp đôi thì lượng sáng vào sẽ

tăng gâp đôi

2.4.6 Độ sâu của trường anh (Depth Of Field - DOF)

Một thực tế là khi chụp một bức anh, độ rõ nét không xuyên xuốt Khi ta

canh nét vào chủ thể thì trước và sau chủ thể sẽ có khoảng không rõ nét

Khoảng cách mà ảnh còn rõ nét trước và sau điểm lấy nét gọi là độ sâu trường

ảnh và thường gọi tắt là DOE Khoảng rõ nét do nhiều yếu ảnh hưởng đên

Tuy nhiên yếu tố đầu tiên có thể nói là độ mở ống kính

Hình 2.15: Độ sâu trường ảnh thay đổi theo độ mở E

tế

38

Hình trên miều tả khi chụp các vạch thước ở củng một vùng chụp như nhau nhưng với độ mở ống kinh khác nhau sẽ cho độ rộng của vủng rõ nét khác nhau Diễm lây nét trong tất cã các hình là điểm giữa khoảng 3 4 inch

Số 3 và 4 rõ nét trong tất cả các hình Các điểm còn lại rõ nét dần khi độ mở ang kính khỏa nhỏ lại Như vậy khi ống kinh khép nhỏ lại thỉ khoảng rõ nét cảng thu hẹp lại

2.4.7 Lara chon thông số chế dé chụp ảnh vết sáng

Qua phân tích một số thông số hên quan dến kỹ thuật chụp ảnh Nhận thấy với đặc diễm vết sáng do laser tạo ra trên bé mat có cường độ sáng cao nên muốn có được bức ảnh chụp với sự nổi bật của vết sáng, vùng rõ nét rộng theo chiều sâu ảnh vả ít nhiễu Cần lựa chọn các thông số với xu hướng sau:

= D6 mé éng kinh nhé (F-stop cao) để đạt được bức ảnh sâu, vùng rõ nét

rộng

"- Độ nhạy sang cao: nhằm thu chủ thể vết sánp nỗi bật hơn sơ với hậu

cảnh

" Thời gian chụp thấp: thời gian chụp điều chỉnh đủ nhỏ để ảnh các

điểm trên vết sáng vừ đủ bão hòa hoặc ở một gam mảu nhất định

Các phân tích trên mới chi mang tính định tính Để có các thông số cụ thể

cần phải liễn hành thực nghiệm với Lừng trường hợp cụ thể

2.5 Phân tích hinh ảnh vết sang

2.5.1 Tìm hiểu yề hệ màu

Thién nhiên thường tạo ra màu sắc bằng cách lọc hỗ (trừ dị) một số bước

sớng vả phản xạ những bước sóng khác Việc trừ bổ bước sóng được thực hiện bởi những nguyên tử gọi là sắc tố (pigment), ching hap thụ những phần

đặc biết của phổ Ví dụ, khi ánh sáng mặt trời pễm nhiều bước sóng khác

nhau chiểu vào quả táo đỏ, hệ thống hàng tỷ phân tử sắc tố trên bể mặt của

39

quả táo hấp thụ tất cả các bước sóng ngoại trù bước sỏng ứng với màu đỏ Kết

quả là ảnh sáng phản xa gây cảm nhận máu dó Các sắc tổ lấy di những bước

sóng và hỗn hợp của hai loại sắc tố khác nhau sẽ tạo ra ánh sáng phần xạ mà bước sóng ngắn hơn Đó 14 hé mau trir (subtractive color system) Khi hai

thử mực có màu khac nhau dược trộn để tạo ra một màu khác trên giấy thì dây

cũng là một hé mau trừ Màu mà người ta nhìn thấy là từ phần của ánh sáng

không bi hp thụ

em cộng nhiều nguễn sáng với những bước sóng khác nhau, sẽ tạo ra được nhiều màu khác nhau Ví dụ man đèn hình tivi màn được phủ với những chấm photpho nhỏ rực rỡ xếp thành từng cựm 3 màu Mỗi nhóm gồm 1 điểm

mau đổ (Red), một điểm màu lục (Green) va một điểm mau lam (Blue) Str

dụng 3 mau đó là vì khi tổ hợp một cách thích hợp chúng có thể Lạ ra một dải

mâu rộng hơn mọi tổ hợp của những bộ ba màu khác, chủng là những mau co bản của hệ màu cộng

Dua trên cơ chế phát xa ánh sáng va cơ chế hap thu ánh sáng, người la

chia thành hai hê màu chính:

= Hé mau cong (additive color system) RGB: mô hình màu dựa trên cơ

sở phát xạ ánh sáng HỆ màu công được đúng chủ yếu lrong xử lý ảnh

phục vụ chụp ảnh, hiển thị ảnh trên máy tính

" - Hệ màu trừ (subtracbve color syslem) CMYE: mã hình mảu lắm việc theo cơ chế hân thụ ảnh sáng Hệ màu trừ duoc ding chủ yếu trong các

chế bản phục vụ cho in ấn

2.5.1.1, Hé mau cing RGB

Ba mau co ban cua hé mau Ur la: R (mau do-Red), G (mau xanh 1A cay —

Green) va B (mau xanh datrời Blue)