Sample Alignment for Diffuse Reflectance Measurements

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2014-12-15
Department
Major/Subject
Elektroniikka ja mittaustekniikka
Mcode
S350-3
Degree programme
EST - Elektroniikka ja sähkötekniikka
Language
en
Pages
43
Series
Abstract
Accurate measurements of material reflectance rely heavily on the accurate placement and alignment of the sample. Majority of currently existing sample alignment methods utilize an alignment laser in some way, but the roughness of diffusely reflecting surfaces prevent the use of such methods directly with that kind of sample, and a separate reflective piece must often be used. In this master’s thesis, a new camera based sample alignment method designed for diffuse reflectance measurements is introduced. The method described in this work consists of a set of procedures for detecting the sample’s linear and angular displacement from a reference point in the goniometric system. The method relies on detection of rigid features in the scene. Sample edges are observed to detect rotational angle of the sample, and sample holder corners are observed to calculate the center of rotation. The performance of this method is studied in an effort to learn about the various sources of error. Cases that were studied include scene lighting conditions and reliability of the different parts of the detection algorithm. The testing was done on modest equipment and an overall accuracy of 230µm for center localization and 0.01° for rotational angle was achieved. The system is, however, inherently limited by the physical characteristics of the camera, as well as the size and distance to the sample. On the other hand, this also means that the alignment method is versatile and scalable, as the details of the detection algorithm can be modified to meet the requirements of a given project, and higher quality cameras can be purchased.

Materiaalien tarkat heijastusmittaukset edellyttävät näytteen täsmällistä sijoittamista ja suuntaamista. Valtaosa tämänhetkisistä suuntausmenetelmistä käyttää jollain tavalla hyväksi suuntauslaseria, mutta hajaheijastavien pintojen karheus estää tällaisten menetelmien käytön suoraan kyseisen tyyppisestä näytteestä. Tällöin on usein käytettävä erillistä heijastavaa suuntauskappaletta. Tässä diplomityössä esitellään uusi, kameroihin perustuva näytteensuuntausmenetelmä, joka on suunniteltu käytettäväksi hajaheijastusmittauksissa. Tässä työssä esitelty menetelmä koostuu sarjasta prosesseja, joilla havaitaan näytteen lineaari- ja kulmapoikkeama referenssipisteestä goniometrisessä systeemissä. Menetelmä pohjautuu kuvassa olevien selkeiden piirteiden havaitsemiseen. Näytteen reunoja käytetään näytteen rotaatiokulman havaitsemiseen, ja näytteen pidikkeen kulmia käytetään pyörimisen keskipisteen laskemiseen. Uuden menetelmän suorituskykyä tutkittiin siihen vaikuttavia virhelähteitä etsimällä. Tutkittuja kohteita olivat valaistusolosuhteet, sekä menetelmän eri osien luotettavuus. Mittaukset tehtiin vaatimattomilla laitteilla, joilla kokonaistarkkuudeksi saatiin 230 µm pyörimisen keskipisteelle, sekä 0,01° rotaatiokulmalle. Menetelmää rajoittaa kuitenkin aina kameran fyysisten ominaisuuksien lisäksi myös näytteen koko sekä etäisyys kamerasta. Toisaalta tämä tarkoittaa myös, että menetelmä on monikäyttöinen ja skaalautuva, sillä algoritmin yksityiskohtia voidaan muokata kullekin projektille sopivaksi, ja korkeampilaatuisia kameroita voidaan ostaa.
Description
Supervisor
Ikonen, Erkki
Thesis advisor
Jaanson, Priit
Keywords
sample alignment, diffuse reflectance, reflectance measurement, camera, center of rotation, machine vision
Other note
Citation