Юлиян Димитров



Дата15.12.2017
Размер116.13 Kb.
#36784


Годишник на Минно-геоложкия университет "Св. Иван Рилски"


том 44-45, свитък III, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, София, 2002, стр. 95-99
АВТОМАТИЗИРАНА РЕКОНСТРУКЦИЯ ОТ СКАНИРАНО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ЧЕРТЕЖ НА ДЕТАЙЛ В АКСОНОМЕТРИЯ
Юлиян Димитров
Минно-геоложки университет

“Св. Иван Рилски”

София 1700, България
РЕЗЮМЕ

Поради нееднозначността на представянето, качественото преобразуване от растерен във векторен формат среща определени трудности. В известните комерсиални програмни продукти за векторизиране на технически изображения се използват само някои семантични свойства на чертежа. Това основно се осъществява при възстановяване на симетричните форми в изображението.

Тук се обсъжда метод за машинно разпознаване на сегменти (отсечки и дъги от окръжност) и основни конструктивни елементи (признаци) в сканирано изображение на детайл в аксонометрия. Формулират се подходящи за машинна реализация условия за реконструкция на изображението.


УВОД
Сканираното изображение на машиностроителен чертеж е растеризирано копие, което съдържа допълнителни отклонения от оригинала, дължащи се на грешки на системата за копиране. Растерните формати на изображенията не са подходящи за използваните методи за обработка и графична работа с копията на машиностроителните чертежи. Необходимо е специално преобразуване на изображението, свързано с разпозна-ването на елементи на чертежа и в резултат на това, получаване на определен семантичен начин на съхраня-ване и представяне на графичната информация.
Съществуват много публикации, съдържащи методи и алгоритми за разпознаване, разрешаващи определени конкретни задачи, но те не са адаптирани за машино-строителните чертежи. Реализирането на качествено преобразуване от растерен във векторен формат на изображение, среща определени трудности. От една страна, това произтича от нееднозначността на начините за заместване на растерното представяне с векторно, а от друга, от нерешени въпроси свързани с подчертана контекстна зависимост на елементите на изображението.
Създадени са много методи и алгоритми за разпозна-ване. Всеки един такъв алгоритъм извършва една част от обработката и той следва да се комбинира с други за едно цялостно решение. Изображението на машиностроителен детайл в аксонометрия е двумерно, но лесно се възприема като тримерно. Установяването на точната форма и положението на обект и построяването на неговата монжова проекция по дадено негово изображение в аксонометрия и някои необходими данни се нарича реконструкция. Необходимите данни и ограниченията за вида на разглежданите обекти са условията за реконструиране.
Представлява интерес машинното разпознаване на сканирано изображение на машиностроителен детайл в аксонометрия. За ефективното разпознаване на отсечки и дъги от окръжности в изображението и максимално доближаване до двумерно векторно представяне, реализи-рано с чертожен продукт е необходимо да се извърши и реконструкция, включваща:

- Определяне на технологичните признаци, представ-ляващи основни геометрични тела, съставящи обекта и съпътстващите ги прости геометрични фигури;

- Построяване на монжовата проекция с допълнителни означения за технологичните признаци на обекта.

- Семантично разпознаване на отсечки и дъги от окръж-ности в контекста на определените технологични приз-наци.

ЦЕЛ
Да се представи метод за разпознаване на отсечки и дъги от окръжност в аксонометричен чертеж на детайл. Неговото автоматично реконструиране при подходящи ограничения върху сложността на детайла.

РАЗПОЗНАВАНЕ НА ЛИНИЯ В СКАНИРАНО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА МОНЖОВА ПРОЕКЦИЯ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ЧЕРТЕЖ


Линиите са основен графичен елемент в машино-строителния чертеж, изобразен в монжова проекция. Преобладават вертикални и хоризонтални линии. Повечето от линиите са отсечки и дъги от окръжност. Линиите са означени по точно определен начин в зависимост от вида им (БДС-ISO 128) и имат стандартни:

- форма: отсечка, дъга от окръжност, непрекъсната с чупки линия и непрекъсната вълнообразна линия;

- вид: непрекъсната линия, прекъсната линия, прекъс-ната линия с точка и прекъсната линия с две точки;

- дебелина и минимално отстояние между успоредни ли-нии – съгласно стандартни изисквания;

- изисквания за начина на изпълнение.
Преобразуването от растерен във векторен формат с програмите, предназначени да обработват сканирани изображения на чертежи, среща определени трудности. Основен проблем при векторизирането, е че отсечките не винаги се разпознават като един сегмент. Разчита се на дебелината на линията и в случай на не добре изразена разлика в дебелините на различните линии се получават грешки. Няма механизъм за контекстно разпознаване и се разчита на намесата на оператора за да се коригират грешките.
Обработване на растерно представената линия

Основната характеристика на растерно изобразената линия, е че тя има определена ширина. За добро визуално възприемане е необходима достатъчно голяма раздели-телна способност, така че по ширината на линията да се поместват поне няколко пиксела. Съществува и критерий за оптимален избор на разделителната способност, наречен условие за съвместимост (Pavlidis,1986), така че растеризираното представяне да съдържа основните топологични свойства на кривата. Този критерий е форму-лиран по евристични съображения – смята се, че ако представената растерно крива се възприема добре визуално, то тя притежава всичките си свойства. Стремежът към намаляване на растерната мрежа е свързан с това, че от броя на растерните елементи пряко зависи броя на необходимите операции за обработване на изображението на линията – т.е. зависи сложността на изображението в това представяне. Намаляването на броя на пикселите на линията или представянето по друг начин, чрез подобни основни елементи при запазване на необходимите за преобразуването свойства, увеличава информативността на растерното изображение.


Избор на подходящ метод за разпознаване на отсечка и дъга от окръжност

При избора на метод за разпознаване е необходимо да се отчитат начина на изпълнение на линиите, стандарт-ните свойства на растерно изобразените линии, характера на преобладаващите дефекти в растерното изображение и наличието на взаимно пресичане на линиите. Подходящ е метод, който интерпретира ръчното чертане на линиите като последователно нанасяне на малки отсечки с определена дължина .


Основен вектор наричаме отсечка с дължина със свойството: дължината да е достатъчна, така че при представяне на дъга от окръжност с възможно най-малкия радиус на чертежа чрез последователност от отсечки с дължина , грешката да не надминава предварително определена стойност.
След прилагане на стандартния метод за оконтурване, така полученият верижен код, се замества с последо-вателност от основни вектори – насочени отсечки посока-та, на които се определя от начина на преминаване по контура.
Представянето на контура с отсечки с дължина има предимството, че се преодоляват дефекти като:

- някои редуващи се липсващи или излишни пиксели по контура;

- липсващи малки групи или единични пиксели вътрешни за линията;

- дефекти само по една граница в локална област на линията;

- излишно детайлно представяне на контура, което забавя обработката.
Всеки сегмент (част от отсечка или дъга от окръжност) се представя чрез двойка съвкупности и от основни вектори, апроксимиращи контура (фиг.1, фиг.2). Определя се и - последователност от основни вектори с достатъчен брой, така че да може да се определи кривината на сегмента и от там дали той е сегмент на отсечка или на дъга от окръжност. Сегментът се описва векторно като един обект – отсечка или дъга от окръжност. Прилага се метода на Hough (Гочев Г., 1998).


Фигура 1: Изобразяване на отсечка в пространството


Фигура 2: Изобразяване на дъга от окръжност в пространството

РАЗПОЗНАВАНЕ НА ДЪГА ОТ ОКРЪЖНОСТ В СКАНИРАНО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ЧЕРТЕЖ В АКСОНОМЕТРИЯ


В общия случай окръжността се изобразява като елипса. Разпознаването на дъга от елипса най-общо може да стане чрез интерполация на пикселите на линията с параметрично описана елипса. С геометрични средства задачата се реализира по-рационално.
Определяне на спрегнатите радиуси на сегмент от елипса и допълването му до елипса

След представяне на сегмента от елипса с основни вектори по се определя, че сегментът не е отсечка. Използва се средната линия между и на сегмента. Когато дъгата е по-малка от 1/2 част от елипсата може да се приложи методът илюстриран на фигура 3. Дъгата се дели на три равни части и по всяка 2/3 част се построява диаметър и допирателна. Използва се, че спрегнатият диаметър е успореден на допирателната. По два диаметъ-

ра се определя центъра на елипсата. За допълване на сегмента до елипса се използва, че всяка хорда успоредна на единия диаметър, се разполовява от спрегнатия му диаметър.




Фигура 3: Построяване на центъра на елипса и нейни спрегнати радиуси по даден сегмент от нея
Реконструкция на окръжност, изобразена в аксонометрия

Трансформирането на елипса в окръжност може да стане по различни начини в зависимост от избраната афинна трансформация. Задачата има стандартно решение, когато окръжността е в координатна равнина. На фиг.4 е илюстрирана трансформация на дъга от елипса от равнина в окръжност при произволна наклонена аксонометрия с мащабни единици . Получена-та окръжност е подобна на действителната с коефициент на подобие . Тази трансформация се прилага върху основните вектори и се получават и за окръжността. Тя се разпознава по метода на Hough




Фигура 4: Реконструкция на дъга от окръжност

РЕКОНСТРУКЦИЯ ОТ СКАНИРАНО ИЗОБРАЖЕНИЕ НА МАШИНОСТРОИТЕЛЕН ДЕТАЙЛ В АКСОНОМЕТРИЯ


Под реконструкция от сканирано изображение в аксонометрия ще разбираме съпоставянето на простран-ствените координати и размери на сегментите от отсечки и окръжности, представящи ръбовете на детайла. Крайният резултат ще послужи за по-точно изобразяване на обекта в монжова проекция или аксонометрия. При по-пълно решаване на въпроса за разпознаване от сканирано изображение е необходимо да се използват и означенията за размер. Тук ще се ограничим само до геометричното получаване на размерите, което е достатъчно за целите на изобразяването.
Основни условия за реконструиране

За реконструирането на най-прости тела – права правоъгълна призма и прав кръгов цилиндър с основа в е достатъчно да се зададат:

- началото на координатната система и размерите на три отсечки, с направления успоредни на координатните оси. Това може да са връх от основата и ръбове на изобразеното тяло (фиг.5);

- ръбовете от основата на тялото трябва да се посочат.


При така зададените условия линиите на телата от фиг.5 могат лесно да се разпознаят и опишат с техните пространствени размери. Използва се, че:

- успоредните и равни отсечки имат равни дължини;

- стените представляващи равнинни фигури, които имат две контурни отсечки, успоредни на координатна равнина са успоредни на тази равнина и имат една постоянна координата за всичките си точки;

- основата на цилиндъра се получава по начина за реконструкция на окръжност от координатна равнина, разгледан по-горе;

- еднаквите елипси, представляват образите на еднакви окръжности от успоредни равнини.



Фигура 5: Призма и цилиндър със зададени основни условия за реконструкция
При зададени основни условия за реконструиране е необходимо, тръгвайки от един долен връх на тялото да могат да се обходят всичките му ръбове и се определят координатите на крайните точки на тези ръбове. Обхождането може да стане едновременно с маркиране на стените на тялото – чрез запълване на стена се определят ръбовете, които я ограничават. Използва се, че тези ръбове лежат в равнина, успоредна на координатна равнина и се определят координатите на крайните им точки.
Стените са три вида:

Вид 1 – равнинна фигура, успоредна на координатна равнина.

Вид 2 – равнинна фигура или цилиндрична повърхнина, успоредни само на една координатна ос.

Вид 3 – равнинна фигура, не успоредна на координатна ос или не равнинна фигура.


Допълнителните условия се състоят в указване от оператора на стените от вид 3, при което те не участват в алгоритъма, представен на фиг. 6 за поставяне на координати на ръбовете.




Фигура 6: Схема на алгоритъма за реконструкция на детайл от сканирано изображение на аксонометричен чертеж


Допълнителни условия за реконструкция

Разглеждаме въпроса за реконструиране на тяло, конструктивно представящо се като сечение, обединение и разлика на прави правоъгълни призми и прави кръгови цилиндри. Такава форма е най-често срещана при детайлите в машиностроителен чертеж. Обикновено при изобразяване в аксонометрия по-голямата част от стените на тялото са успоредни на координатните равнини и тялото е поставено с основата си в .


Скрита информация

Аксонометричното изображение е нагледно, но може да не съдържа цялата графична информация. Детайлът, изобразен на фиг.7 има скрити стени и части, които не са изобразени. Тази информация може да се допълни само, ако са дадени ортогонални проекции на детайла и евентуално необходимите изгледи и разрези.

РЕАЛИЗАЦИЯ НА МЕТОДА
За експериментално реализиране е използван, сканиран от хартиено копие чертеж на детайл (фиг.7) с разделител-на способност 300 dpi. Основните операции се извършват в паметта на контекстно устройство за визуализиране с 256 цвята.
Реализирани са алгоритмите:

- оконтурване;

- описване на контура с основни вектори;

- разпознаване на отсечка и дъга от окръжност;

- отделяне и разпознаване на щриховани линии;

- отделяне на размерните линии и означенията;

- реконструиране на аксонометричен образ на окръжност от координатна равнина.




Фигура 7: а. – сканирано изображение от аксонометричен чертеж на детайл; б. – фрагмент от изображението след оконтурване на ръбовете
Въвежда се параметър за дължина на основния вектор, стандартни дебелини на линиите и допустимо изкривяване на отсечките. Щрихованата част се отделя по дебелина на линиите.
На фиг.7а. са означени с и повърхнините от вид 3. Началото на координатната система е в точката A и са избрани за контрол на изчисленията точките B, C и D. Резултатите са дадени в таблица 1.
На фиг.7б. е изобразен фрагмент от изображението след оконтурване. От него непосредствено се наблюдават важни свойства, които се използват при разпознаване на линиите:

- по – малка дебелина на щрихованите линии;

- ясно изразена кривина на дъгите от ръбовете;

- възможността за преодоляване на дефектите, като се апроксимира получения контур и

- много добре изразена свързаност на вътрешния контур на всички ръбове ограничаващи една стена.
Таблица1: Координати на точките A, B, C, и D получени при реализиране на метода





x

y

z

A

0.00

0.00

0.00

B

8.02

2.23

27.15

C

34.40

17.05

27.15

D

54.84

-2.45

27.15

Обсъденият подход за машинно разпознаване на аксонометричен чертеж на детайл съдържа основните необходими контекстно зависими обработки. Предлага се рационален метод за разпознаване на обектите в пространството и възстановяване на информацията за основните фигури на изображението.


Формулираната задача за реконструиране на сканирано копие на аксонометрично изображение и избрания подход могат да послужат за автоматизирано извличане на основ-ните конструктивни признаци на детайл и създаване на система за разпознаване с оптимално използване на семантиката на обекта..

ЛИТЕРАТУРА


Горанов П., 1999. Относно връзката между 2D CAD и системи чрез автоматично разпознаване на признаци, Автоматика и информатика ½.

Гочев Г., 1998. Компютърно зрение и невронни мрежи, София.

Димитров Ю., Ст. Иванов, 2001. Автоматично разпознаване на размерните линии в сканирано копие на машино-строителен чертеж, Трета научна конференция “Смолян - 2001”.

Cheng F., M. Chen, 1989. Recognition of Hahdwriten Chines Characters by Modified Hough Transform Techiques, IEEE Trns. Pattern Anal. Machine Intell. Vol. II.



Pavlidis T., 1986. Algorithms for graphics and image processing, Computer science press.





Препоръчана за публикуване от
катедра “Математика” на МЕМФ





Каталог: annual -> public html -> 2002
2002 -> Марин Цветков
2002 -> Annual of the University of Mining and Geology "St. Ivan Rilski"
2002 -> The mineralogical education in bulgaria as exposed in textbooks from the XIX and first half of the XX century
2002 -> Том 44-45, свитък III, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, София, 2002, стр. 71-72
2002 -> Технология на обработка на гранитни материали за единични дебелостенни изделия
2002 -> Пластична зона на срязване и разломи на крехко разрушаване в югозападния склон на златишко-тетевенска планина
2002 -> Том 44-45, свитък III, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, София, 2002, стр. 105-108
2002 -> Том 44-45, свитък III, Механизация, електрификация и автоматизация на мините, София, 2002, стр. 73-75
2002 -> Том 45, свитък I, Геология, София, 2002, стр. 69-74 ценни съпътстващи компоненти в състава на българските медно-порфирни находища
2002 -> Задача за две тела (Synge, 1940; Synge, 1960) и е показана тяхната еквивалентност


Сподели с приятели:




©obuch.info 2024
отнасят до администрацията

    Начална страница