Calibration of a Microscopic Measurement System by Projection Technique of Coded Periodic Patterns

Abstract

Вимірювання, засноване на баченні періодичних шаблонів дистанційною камерою, є більш придатним рішенням для контролю та визначення характеристик мікророботизованих систем. Таким чином ми можемо проводити точні вимірювання, не порушуючи вимірювані об’єкти та не потребуючи додаткових пристроїв і датчиків, які створюють велику плутанину та безлад у робочому просторі. Метод проекцій закодованих періодичних шаблонів є ефективним та має хорошу продуктивність, особливо у випадку добре відкаліброваної системи. Дійсно, виникає питання про вплив калібрування на результати вимірювання цим методом з точки зору точності та невизначеності. Таким чином, основною метою статті є дослідження впливу калібрування на процес вимірювання шляхом виведення та розрахунку допущеної похибки та рівня невизначеності. На основі алгоритму в MATLAB ми спочатку створюємо закодований періодичний тестовий шаблон, до якого застосовуємо певне накладене зміщення. Потім ми проектуємо цей шаблон за допомогою системи проекцій та зменшення на цифрову камеру, яка фіксує фотографію та передає її алгоритму обробки, який, у свою чергу, обчислює та виводить значення для виміряного зміщення. Повторення цього процесу відбувається кілька разів для того ж самого накладеного зміщення (того ж самого стандарту). Така надлишковість даних дозволяє нам намалювати криву калібрування та вивести декілька метрологічних параметрів із нашої системи вимірювань.

The measurement based on the vision of periodic patterns by a remote camera is a more suitable solution for the control and characterization of micro robotic systems. In this way, we can take precise measurements without disturbing the measured objects and without the need for more devices and sensors that cause great confusion and clutter around the workspace. The technique of projection of the coded periodic patterns is perhaps effective and of good performance and especially in the case of a well calibrated system. Indeed, the question arises on the influence of the calibration on the results of measurement by this technique in terms of precision and uncertainty. Thus, the main purpose of this article is to study the influence of calibration on the measurement process, by deducing and calculating the committed error and the uncertainty rate. Based on an algorithm in MATLAB, we first create a coded periodic test pattern to which we apply a certain imposed displacement. Then, we project this pattern using a projection and reduction system on a digital camera which captures a photo and transmits it to a processing algorithm, which, in turn, calculates and deduces a value for the measured displacement. The repetition of this process occurs several times on the same imposed displacement (the same standard) to provide us with several measured values, this redundancy of the data allows us to draw a calibration curve and deduce several metrological parameters from our system of measure.