Multi-mirror system for high-speed camera monitoring applications

Non-contact measurement methods that uses high-speed cameras are now becoming fundamental tools in research laboratories and are playing a key role in analysing and troubleshooting manufacturing processes. A common requirement in monitoring applications is the capability to observe objects and scenes simultaneously from different points of view. Multi-camera array systems is one of the solutions, but due to synchronization aspect and high cost of implementation, other possibilities are being sought. In many cases, a suitable method can be a catadioptric system connected with a single high-speed camera. In this solution, a combination of refractive (lenses) and reflective (mirrors) components are used. This enables one to observe a number of surfaces of the analysed object from different points of view, including orthogonal or even opposite directions. This paper presents the capability of a high-speed camera vision system with a multi-mirror lens set-up that enables simultaneous observation of an object from eight different points of view. The proposed technique has advantages and drawbacks, and they are described in detail.

Bezkontaktowe metody pomiarowe, w których wykorzystywane są ultraszybkie kamery cyfrowe, znajdują coraz szersze zastosowanie w badaniach laboratoryjnych i diagnostyce technicznej, m.in. do przeprowadzenia inspekcji obiektów technicznych w warunkach niestacjonarnych oraz monitorowanie procesów technologicznych o dużej dynamice. Jednym z problemów monitorowania złożonych zjawisk w procesach eksploatacji jest potrzeba jednoczesnej obserwacji z różnych kierunków, co umożliwiają systemy wielokamerowe. Istotnym ograniczeniem w przypadku systemów wykorzystujących szybkie kamery jest bardzo wysoki koszt implementacji, a także konieczność zapewnienia dokładnej synchronizacji akwizycji obrazów. W wielu przypadkach rozwiązaniem problemu może być zastosowanie systemu katadioptrycznego, którego zasada działania polega na wykorzystaniu odpowiedniego układu soczewek i zwierciadeł realizującego podział toru wizyjnego i uzyskanie obrazów z różnych punktów odniesienia. Systemy katadioptryczne umożliwiają analizę wielu powierzchni obiektu w trybie współbieżnym, rejestrowanych z ortogonalnych lub nawet przeciwsobnych punktów widzenia. W artykule zaprezentowano możliwości systemu wykorzystującego szybką kamerę oraz wielozwierciadlany układ optyczny, który umożliwia obserwację obiektu z ośmiu różnych punktów odniesienia. Opisane zostały wady i zalety proponowanej metody akwizycji obrazów.