загрузка...

Актуальні проблеми розвитку освіти і науки в умовах глобалізації

Синтез метрологічного та програмного забезпечення аналізу газорозрядних зображень

Метод вимірювань, заснований на реєстрації та аналізі зображень газорозрядного випромінювання, отримав розповсюдження у декількох прикладних галузях науки: технічна діагностика [1], екологічний моніторинг [2], медична діагностика [3]. Незважаючи на зростаючий інтерес та поширення методу, аспекти метрологічного та програмного забезпечення для його підтримки залишаються слабко розробленими.

Особливості побудови метрологічного та програмного забезпечення залежать насамперед від конкретного способу отримання зображень. Існуючі підходи можна класифікувати на три групи: аналогові, цифрові та комбіновані.

При аналоговій формі реєстрації газорозрядного випромінювання об’єктів під впливом зовнішнього імпульсного електромагнітного поля в якості сенсору (первинного вимірювального перетворювача) виступає фото- або рентгенівська плівка (рис. 1, а). Експеримент проводиться при певному освітленні, що дозволяє зафіксувати корону газорозрядного випромінювання досліджуваного об’єкту на сенсорі такого типу.

З розвитком відповідного апаратного забезпечення інформаційно-вимірювальних технологій з’явилася можливість безпосереднього отримання зображень газорозрядного світіння об’єктів у цифровій формі. Застосування способу реєстрації на базі використання ПЗЗ-матриць дозволило розв’язати низку проблем, пов’язаних з трудомісткістю традиційного методу із застосуванням плівки (рис. 1, б). Зрозуміло, що цифровій реєстрації метод є більш перспективним з точки зору подальшого аналізу зображень, формування зручних баз даних особливо у медичній галузі застосування методу.

Але незважаючи на вказані переваги, серед дослідників у галузях з використання методу газорозрядного випромінювання залишається багато прихильників традиційного аналогового підходу реєстрації зображень світіння об’єктів в імпульсному електромагнітному полі високої напруженості. Це пояснюється тим, що при реєстрації в аналоговій формі, тобто на фотоматеріалі, забезпечується можливість отримання якісної картини розповсюдження газових розрядів безпосередньо по поверхні фотоматеріалу в моноімпульсному режимі збудження, тобто при формуванні одиничного розряду напруги.

Моноімпульсний режим збудження характеризується наступними перевагами. По-перше, якщо газорозрядна візуалізація застосовується з метою медичних досліджень (що передбачає вплив зовнішнього електромагнітного поля на фаланги пальців), то моноімпульсний режим мінімізує вплив електромагнітного поля на організм людини. По-друге, в метрологічному аспекті моноімпульсний режим збудження дозволяє апаратним способом позбавитися динамічної складової невизначеності вимірювань.

Описані недоліки цифрової форми отримання зображень призвели до того, що певна частина дослідників надає безумовну перевагу традиційній аналоговій формі реєстрації зображень. Однак слід розуміти, що головним недоліком такого підходу виявляється суб’єктивність наданих при аналізі зображень оцінок. Експертний аналіз зображення, отриманого на плівці, фактично зводить нанівець кількісну оцінку параметрів світіння, як геометричних, так і фотометричних.

У певній мірі оптимальним виявляється проміжний варіант між двома розглянутими вище підходами. Запропонований авторами «комбінований» спосіб полягає у фіксації картини газорозрядного випромінювання на фотоматеріалі з подальшою оцифровкою отриманих зображень за допомогою сканування (рис. 1, в). Наступні етапи обробки картин світіння полягають в комп’ютерному аналізі зображень та забезпечують оцінку як геометричних, так і фотометричних параметрів зображень.

Зокрема, розроблене програмне забезпечення виконує наступні функції: побудова гістограм яскравості пікселів; параметризація геометричних ознак зображень шляхом розрахунку площі засвітки, ширини корони у декількох секторах зображень, фрактальної розмірності, показника Херста та ін.

Модифікація методу комп’ютерного аналізу зображень газорозрядного випромінювання, призначена для цілей медичної діагностики, включає наступні етапи: 1. Реєстрація зображення на рентгенівській плівці. 2. Аналого-цифрове перетворення зображень шляхом сканування. 3. Виділення меж світіння окремих пальців з грубим виділенням центру корони. 4. «Тонка» підстройка центру зображення та програмне формування зображень однакового розміру для кожного пальця. 5. Секторне формування профілів яскравості пікселів зображень. 6. Обчислення для кожного профілю координати центру зображення з виділенням секторів. 7. Аналіз геометричних та фотометричних параметрів світіння у кожному секторі. Приклад використання методики показаний на рис. 2.

Ліворуч зверху на рис. 2 представлене зображення випромінювання другого пальця правої руки, ліворуч знизу - виділені сектори у короні. У центрі інтерфейсу користувача програми наданий опис органів та систем, відповідних певним секторам газорозрядної корони.

З метою діагностики для кожного з дванадцяти секторів оцінюється два параметри: 1) відношення мінімальної яскравості пікселів до максимальної у даному секторі; 2) ширина корони світіння.

Список використаних джерел

  1. Романий С.Ф., Черный З.Д. Неразрушающий контроль материалов по методу Кирлиана. - Днепропетровск: изд-во ДГУ, 1991. - 144 с. 2.Глухова Н.В., Пісоцька Л.А., Кучук Н.Г. Розробка системи експрес-класифікації води на основі бази даних зображень газорозрядного випромінювання // Збірник наукових праць Харківського університету повітряних сил ім. І. Кожедуба. - Вип. 3(44). - 2015. - С. 112-118.
  2. 3. Глухова Н.В., Песоцкая Л.А. Підтримка діагностичних рішень на основі кластерного аналізу зображень газорозрядного світіння крові // Десятая дистанционная научно-практическая конференция «Системы поддержки принятия решений. Теория и практика. СППР’2015» 8 июня 2015 г., Украина, г. Киев. - С. 131-134.