Введение
ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса и постановка задач исследования
1.1 Технологические предпосылки автоматизации процесса высокоскоростной съёмки 12
1.1.1 Развитие высокоскоростной съёмки 12
1.1.2 Методы высокоскоростной съёмки быстродвижущихся объектов с подвижным полем зрения
1.1.2.1 Съёмка при помощи ряда фоторегистрирующих устройств 16
1.1.2.2 Съёмка с подвижной высокоскоростной камерой 17
1.1.2.3 Съёмка с неподвижной камерой и подвижной зеркальной системой 18
1.2 Анализ существующих подходов и средств автоматизации процессов высокоскоростной съёмки быстродвижущихся объектов 20
1.2.1 Съёмка объекта, двигающегося по известной траектории 21
1.2.1.1 Художественная съёмка 21
1.2.1.2 Траекторные измерения 23
1.2.2 Съёмка объекта, с неизвестными параметрами траектории 25
1.2.2.1 Траекторные измерения 25
1.3 Показатели качества видеоинформации о быстродвижущихся объектах 27
1.3.1 Смазывание изображения 27
1.3.2 Освещённость изображения 28
1.3.3 Пространственное разрешение и заполнение кадра 29
3.4 Глубина резко изображаемого пространства 30
1.4 Выводы 30
ГЛАВА 2. Исследование известных структур комплексов высокоскоростной съёмки с подвижным полем зрения 32
2.1 Структура комплекса с подвижной высокоскоростной камерой для художественной съёмки 33
2.1.1 Синхронизация начала движения камеры и объекта съёмки 34
2.1.1.1 Многоканальное устройство синхронизации 35
2.1.1.2 Периферийное оборудование 37
2.1.2 Предложенная методика съёмки падения объекта с ненулевой начальной горизонтальной скоростью 38
2.2 Структура комплекса с неподвижной высокоскоростной камерой и однозеркальной схемой 43
2.2.1 Структурная схема комплекса с одним подвижным зеркалом 44
2.2.2 Обратная задача кинематики однозеркальной системы 45
2.2.3 Скоростные параметры комплекса однозеркальной структуры 47
2.2.4 Рабочая зона однозеркальной системы 48
2.2.5 Точностные требования синхронизации 48
2.3 Выводы на основе сравнительного анализа структур комплексов применительно к задачам высокоскоростной съёмки объектов, двигающихся по известной траектории 50
2.3.1 Выявленные свойства исследуемых структур 50
ГЛАВА 3. Синтез структуры, ориентированной на повышение скоростных параметров и объёма рабочей зоны 52
3.1 Синтез оригинальной структуры 52
3.1.1 Оптическая схема двухзеркальной структуры 55
3.1.2 Структура мехатронной системы 56
3.2 Математическое описание двухзеркальной структуры 58
3.2.1 Обратная задача кинематики двухзеркальной системы 58
3.2.2 Прямая задача кинематики двухзеркальной системы 61
3.3 Методы проектирования комплекса съёмки на базе двухзеркальной
структуры 64
3.3.1 Параметрическая математическая модель двухзеркальной системы 64
3.3.2 Определение минимальных габаритов зеркал двухзеркальной системы 65
3.3.3 Рабочая зона двухзеркальной системы
3.3.3.1 Видимость по направлению 67
3.3.3.2 Степень достижимости по направлению 69
ГЛАВА 4. Математические модели и алгоритмы управления мехатронной системой предложенной структуры 70
4.1 Минимизация угловых скоростей элементов системы 70
4.1.1 Алгоритм минимизации угловых скоростей элементов комплекса 71
4.1.2 Программная реализация алгоритма 74
4.1.3 Зона разрешенной установки комплекса 77
4.2 Математическая модель для управления ориентацией объекта в кадре
4.2.1 Управление ориентацией объекта в кадре 79
4.3 Математическая модель расчёта погрешностей наведения на объект съёмки 84
4.3.1 Влияние погрешности промышленного робота на точность наведения комплекса двухзеркальной структуры 93
4.4 Математическая модель компенсации систематической ошибки наведения 95
4.5 Метод юстировки системы
5.1 Этап 1 – Юстировка положения камеры 98
4.5.2 Этап 2 – Юстировка позиционирования первичного зеркала 99
4.5.3 Этап 3 – Юстировка ориентации первичного зеркала 100
4.6 Программный комплекс симуляции работы мехатронной системы 100
4.6.1 Выбор программных платформ 101
4.6.2 Структурная схема комплекса симуляции 102
ГЛАВА 5. Экспериментальные исследования мехатронной системы 104
5.1 Прототип мехатронной системы высокоскоростной съёмки 104
5.1.1 Оснастка первичного и вторичного зеркал 106
5.1.2 Мертвая зона прототипа комплекса
5.2 Аппаратная реализация дополнительной степени подвижности комплекса 108
5.3 Программная реализация управления мехатронной системой 110
5.3.1 Съёмка с предварительным разгоном 111
5.4 Экспериментальные исследования системы высокоскоростной съёмки быстродвижущихся объектов. 112
5.4.1 Условия проведения эксперимента 112
5.4.2 Виртуальный эксперимент
5.4.2.1 Симуляция эксперимента 116
5.4.2.2 Визуализация виртуального эксперимента 117
5.4.3 Реальный эксперимент 118
5.5 Влияние свойств новой структуры на повышение качества
видеоинформации, сравнение с существующими системами 121
Заключение 123
Термины и определения 125
Список литературы
