ВВЕДЕНИЕ 14
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ . 17
1.1 Общие сведения 17
1.2 Измерение площадей оптических неоднородностей 18
1.3 Оценка качества строительных сооружений по фотографическим
изображениям 21
1.4 Оптические методы измерение пористости 26
2 СПОСОБ ОЦЕНКИ ПЛОЩАДИ ОПТИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА
ОСНОВЕ АНАЛИЗА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ 30
2.1 Геометрическая схема формирования цифрового изображения 31
2.2 Оценка возможности измерения площади оптической неоднородности по
цифровому оптическому изображению 34
2.3 Алгоритмы обработки цифровых изображений 37
2.4 Модифицированный алгоритм оценки площади локальных оптических
неоднородностей 39
3 ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ АЛГОРИТМА ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ ПО
ЦИФРОВЫМ ОПТИЧЕСКИМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ 41
3.1 Исходные данные для моделирования цифровых оптических изображений
локальных неоднородностей 41
3.2 Алгоритм моделирования изображений 43
3.2.1 Формирование цифрового полутонового изображения 43
3.2.2 Формирование цветного цифрового изображения 49
3.3 Оценка точности измерения площади по цифровым оптическим
изображениям 53
3.3.1 Полутоновые изображения 53
3.3.2 Цветные изображения 56
4 АЛГОРИТМ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ОДНОРОДНОСТИ МНОГОЦВЕТНЫХ
ДЕКОРАТИВНЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ И ИЗДЕЛИЙ ПО ЦВЕТНЫМ ФОТОИЗОБРАЖЕНИЯМ 61
4.1 Общие сведения 61
4.2 Алгоритм обработки изображений 61
4.2.1 Информативные параметры 61
4.2.2 Алгоритм оценки степени однородности изображений 63
4.3 Обработка экспериментальных данных 65
4.3.1 Полутоновые изображения 65
4.3.2 Цветные изображения 70
5 ФИНАНСОВЫЙ МЕНЕДЖМЕНТ, РЕСУРСОЭФФЕКТИВНОСТЬ И
РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ 74
5.1 Потенциальные потребители результатов исследования 74
5.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции
ресурсоэффективности и ресурсосбережения 75
5.3 SWOT-анализ 77
5.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации 79
5.5 Инициация проекта 80
5.5.1 Цели и результат проекта 80
5.5.2 Организационная структура проекта 82
5.6 Планирование управления научно-техническим проектом 82
5.6.1 Иерархичсекая структура работ проекта 82
5.6.2 Матрица ответственности 83
Разработка и согласование технического задания 83
Изучение литературы 83
Изучение имеющихся технологий изготовления и исследования 84
Проведение патентного 84
поиска и оформление его результатов 84
Обзор НТД 84
Разработка и исследование фотографических изображений строительных материалов и изделий 84
Исследование алгоритма оценки качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям 84
Исследование цикл экспериментальных работ по исследованию работоспособности алгоритмов 84
Исследование алгоритма оценки площади оптической неоднородности на поверхности изделия 84
Написание статей и отчетов 84
Оформление отчета 84
5.6.3 Контрольные события проекта 85
5.6.4 Реестр рисков проекта 85
5.6.5 План проекта 86
5.7 Бюджет научного исследования 91
5.7.1 Расчет затрат на сырье, материалы, покупные изделия и
полуфабрикаты 91
5.7.2 Расчет затрат на электроэнергию 92
5.7.3 Расчет затрат на специальное оборудование для научных работ 93
5.7.4 Расчет основной заработной платы 94
5.7.5 Расчет дополнительной заработной платы 96
5.7.6 Расчет отчислений на социальные нужды 96
5.7.7 Расчет накладных расходов 97
5.7.8 Оплата работ, выполняемых сторонними организациями и
предприятиями 98
5.7.9 Оценка экономической выгоды проекта 98
6 СОЦИАЛЬНАЯ ОТВЕТСТВЕННОСТЬ
6.1 Производственная безопасность 101
6.2 Анализ вредных и опасных факторов 101
6.2.1 Повышенный уровень шума 101
6.2.2 Повышенная концентрация вредных веществ в воздухе 103
6.2.3 Отклонение параметров микроклимата 103
6.2.4 Недостатки освещения на рабочем месте 105
6.2.5 Повышенные уровни электромагнитных полей 106
6.2.6 Электрический ток 107
6.2.7 Статическое электричество 110
6.3 Экологическая безопасность 111
6.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях 112
6.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности 114
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 117
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 120
Оптические методы неразрушающих испытаний в различных их реализациях в настоящее время продолжают оставаться самыми востребованными. Визуальные и визуально-измерительные методы обладают рядом достоинств, среди которых важнейшими является простота и минимальные материальные затраты. К числу важнейших недостатков указанных реализаций оптических методов следует отнести существенное влияние субъективного фактора и взаимосвязанные с этим сложности в механизации и практическая невозможность автоматизации процессов неразрушающих испытаний, особенно в части представления и обработки результатов испытаний. Ситуация начала кардинально изменяться в последние десятилетия, что обусловлено настоящей революцией в детектировании оптических полей. Упомянутая революция привела к появлению цифровых фото - и видео-регистраторов, отличающихся высокой производительностью, высокой контрастной чувствительностью в различных диапазонах оптического излучения, высоким разрешением, возможностью хранения и передачи фото - и видеоинформации в компьютерные системы, возможностью применения современных алгоритмов обработки цифровой информации для оценки разнообразных параметров объектов неразрушающих испытаний.
Существует ряд задач, связанных с оценкой качества строительных материалов и изделий как в процессе их производства, так и на стадии их длительной эксплуатации, которые решаются или предположительно могут быть решены оптическими методами на основе анализа цифровых изображений. Исследования по применению фотографических методов в строительной индустрии и производстве строительных материалов остаются актуальными, что обусловлено все повышающимися потребительскими требованиями к надежности, безопасности и качеству строительных материалов, изделий и сооружений. Указанный вывод подтверждается анализом литературных источников.
Предмет диссертационных исследований - строительные материалы и изделия.
Объект исследований - алгоритмы обработки информации в методах оценки качества строительных материалов и изделий по их цифровым изображениям.
Цель работы - исследовать возможные приложения фотографических методов в строительной отрасли и производстве строительных материалов и разработать ряд алгоритмов обработки цифровых изображений строительных материалов и изделий с целью оценки их качества.
Для реализации указанной цели работы решаются следующие основные задачи:
- исследовать возможные приложения фотографических методов в строительной отрасли и производстве строительных материалов;
- разработать алгоритм оценки площади оптической неоднородности на поверхности изделия;
- разработать алгоритм оценки качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям;
- провести цикл экспериментальных работ по исследованию работоспособности алгоритмов.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы математического и имитационного моделирования, планирования научных экспериментов, статистической обработки результатов экспериментальных исследований.
Научная новизна:
- разработан алгоритм оценки площади оптической неоднородности на поверхности изделия;
- разработан алгоритм оценки качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям;
- экспериментально оценены погрешности алгоритмов.
Практическая значимость работы состоит в том, что полученные в результате диссертационных исследований алгоритмы обработки информации и рекомендации позволяют повысить точность оценки линейных и площадных размеров, а также качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям
Реализация результатов работы. Результаты выполненных исследований реализованы в алгоритмах обработки цветных фотографических изображений, позволяющих оценить характеристики неоднородностей объектов контроля по цифровым цветным оптическим изображениям.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на XIX Всероссийской научно-практической конференции «Качество - стратегия XXI века» (Томск 2014). А также на VI-й Всероссийской научно-технической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Неразрушающий контроль 2016: электронное приборостроение, технологии, безопасность», которая проходила на базе Института неразрушающего контроля Национального исследовательского Томского политехнического университета.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 3 печатных работах, из них 1 статья опубликована в журнале, входящем в перечень ВАК.
Основные положения, выносимые на защиту:
- алгоритм оценки площади оптической неоднородности на поверхности изделия;
- алгоритм оценки качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям;
- методика для оценки погрешности измерения площади оптической неоднородности на поверхности изделия.
В настоящей работе рассмотрены оптические методы неразрушающих испытаний в различных их реализациях. Теоретически изучено на практике и возможности применения современных алгоритмов обработки цифровой информации для оценки разнообразных параметров объектов неразрушающих испытаний. Так же были исследованы возможные приложения фотографических методов в строительной отрасли и производстве строительных материалов и разработаны ряд алгоритмов обработки цифровых изображений строительных материалов и изделий с целью оценки их качества. Объектом исследований является строительные материалы и изделий.
Для реализации указанной цели работы были решены следующие основные задачи:
- исследованы возможные приложения фотографических методов в строительной отрасли и производстве строительных материалов;
- разработан алгоритм оценки площади оптической неоднородности на поверхности изделия;
- разработан алгоритм оценки качества многоцветных декоративных строительных материалов и изделий по цветным фотоизображениям;
- проведен цикл экспериментальных работ по исследованию работоспособности алгоритмов.
В разделе 2 обоснована возможность измерения площади оптической неоднородности на поверхности объекта неразрушающих испытаний на основе анализа цифровых изображений с высокой точностью. Предложен алгоритм обработки цифровых полутоновых и цветных изображений. Способ измерения площади оптических неоднородностей может быть применён в различных отраслях науки, в строительстве, в коммунальном хозяйстве, в промышленности, в транспорте, в системах управления сложным движением перемещаемыми объектами.
В разделе 3 приведена методика моделирования зашумленного изображения оптической неоднородности в форме круга на зашумленном фоне. Предложен метод оценки эффективности предлагаемого алгоритма для измерения площади оптической неоднородности. Приведены результаты моделирования полутоновых и цветных цифровых изображений. Предложен подход для высокоточного моделирования изображений оптических неоднородностей. На основе указанного подхода разработан способ огрубления изображений, который позволяет оценить эффективность предлагаемого алгоритма для локальных неоднородностей, изображение которых занимает незначительное количество пикселей. Результаты имитационного
моделирования продемонстрировали эффективность анализируемого метода оценки площади неоднородности для цифровых полутоновых изображений и цифровых цветных изображений. Эффективность алгоритма тем выше, чем меньше уровни шумов и больше различие яркостей в тоне (анализируемом цвете) между фоном и изображением оптической неоднородности.
По результатам выполненного задания для раздела «Финансовый менеджмент, ресурсоэффективность и ресурсосбережение» было достигнуто следующее:
- Были определены потенциальные потребители результатов исследования;
- Проведен SWOT-анализ, по результатам которого можно сделать вывод, что данная технология имеет преимущества по сравнению с имеющимися разработками. Данная разработка и имеет низкую стоимость, по сравнению с существующими технологиями. Для повышения спроса необходима активная рекламная компания;
- Составлен план проекта, в соответствии с которым определяются объем работ и время, затрачиваемое на ее выполнение. Из календарного плана следует, что руководитель (Осипов С. П.) занят календарных 323 дня (264 рабочих дней), исполнитель ВКР (Алибекова А.А.) занят календарных 492 дня (393 рабочих дней);
- Рассчитан бюджет научного исследования. Рассчитано, что для реализации проекта требуется 1757192,50 рубля;
- Проведена оценка экономической выгоды исследования.
В разделе «Социальная ответственность» магистерской работы описали рабочее место, провели анализ выявленных вредных и опасных проявлений факторов производственной среды, затронули вопросы охраны окружающей среды, рассмотрели защиту при возникновении чрезвычайных ситуаций, правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности, а также организационные мероприятия при компоновке рабочей зоны.
На основании вышеизложенного можно заключить, что работа выполнена в полном объеме, цель достигнута. Результаты данной работы являются значимыми для организации. Разработанная по результатам исследования документация рассмотрена и одобрена руководством и находится на стадии внедрения в процессы организации.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
