Вдосконалення методів та засобів телевізійної сканувальної оптичної мікроскопії динамічних мікрооб’єктів (стр. 4 )

Кадровий метод формування та аналізу зображень досліджуваних МО широко використовується у телевізійних вимірювальних системах на базі ПК. Для визначення швидкості руху МО найбільш зручно використовувати в мікроскопі сканувальний растр квадратної форми з однаковою кількістю елементів розкладу зображення по кожній координаті.

Математична модель кадрового методу визначення швидкості руху МО базується на рядковій моделі. Кожен рядок у кадрі описується аналогічною рядковою моделлю сканування. Кількість рядків у кадрі дорівнює кількості положень СЕ в одному рядку сканування, тобто растр є квадратним із розмірами положень СЕ (рис. 7).

Рис. 7. Модель кадрового методу сканування для визначення швидкості руху МО

На рисунку використано наступні позначення: , - швидкість руху СЕ вздовж осей x та y, відповідно; - розмір растра; L – переміщення МО; (СЕ I, I), (СЕ II, I)… - фіксовані координатні положення СЕ; - крок сканування по осях x та y; (X1; Y1), (X2; Y2) - координати МО у першому та другому положенні, відповідно.

Під час зворотного ходу по рядку СЕ переміщається з N-го положення i-го рядка сканування в перше положення (i+1)-го рядка сканування за час . Відповідно, під час зворотного ходу по кадру СЕ переміщається з N-го положення N-го рядка в перше положення першого рядка за час .

Визначення швидкості руху МО кадровим методом базується на формулі , де L – віддаль, на яку перемістився МО між двома послідовними скануваннями (див. рис. 7); – час, необхідний для фіксації двох послідовних положень МО.

Для визначення швидкості руху МО кадровим методом достатньо зафіксувати два послідовні в часі координатні положення МО. В цьому випадку оптимальною з точки зору точності визначення є швидкість руху МО , що відповідає умові:

. (6)

З використанням математичної моделі сканувального растра оцінено значення основних похибок визначення швидкості руху МО кадровим методом, до яких відносяться:

·  похибки, пов’язані з нестабільністю формування сканувального растра (зменшення розмірів, збільшення розмірів, зміщення тощо);

·  похибки, пов’язані з геометричними спотвореннями растра (спотворення типу “бочка”, спотворення типу “подушка”, спотворення у вигляді трапеції тощо);

·  похибки, пов’язані з методикою вимірювання та геометричними параметрами СЕ.

Встановлено, що найбільший вплив на точність визначення швидкості руху МО кадровим методом має одночасне зміщення сканувального растра вздовж осей x та y. При зміщенні сканувального растра вздовж осей x та y до 1%, похибка визначення швидкості руху МО набуває значення до 17%, що є співмірним із величиною цієї похибки, що відповідає, наприклад, зміні розмірів растра до 10%.

На основі розробленої математичної моделі досліджено та проаналізовано особливості сканування МО простої та складної геометричної форми, що мають різні розміри та розподіл прозорості (рис. 8). Побудовано відповідні сигнали на виході ФЕП та встановлено, що при рівномірному розподілі інтенсивності свічення СЕ забезпечується у 1,5 рази вищий рівень сигналу ФЕП.

Проаналізовані похибки при скануванні МО за допомогою СЕ з рівномірним та гаусовим розподілом інтенсивності свічення. При скануванні СЕ з рівномірним розподілом інтенсивності свічення забезпечується вища точність визначення параметрів МО (при спрацьовуванні схеми вимірювання на рівні 0,1 від максимальної амплітуди імпульсу − практично у 1,5 рази).

У четвертому розділі розроблено методи формування растрів змінних розмірів та положення на екрані сканувальної ЕПТ з метою відслідковування положення МО та забезпечення знаходження його зображення в центрі екрана монітора, та алгоритми роботи ТСОМ в різних режимах визначення параметрів динамічних МО.

Розроблені методи та алгоритми роботи мікроскопа забезпечують:

1.  Виявлення та утримання МО в полі зору ТСОМ.

2.  Формування зображення траєкторій руху одного та декількох МО.

3.  Визначення швидкості та прискорення руху МО.

4.  Визначення швидкості зміни розмірів, амплітуди та частоти коливань МО.

5.  Визначення швидкості та прискорення руху МО з використанням методів розширення діапазону вимірювання внаслідок:

а) зменшення розмірів сканувального растра при збереженні роздільної здатності формованого зображення МО;

б) зменшення кількості елементів розкладу зображення при збереженні початкових розмірів сканувального растра;

в) зупинки формування сканувального растра при визначенні координат МО.

UФЕП   x	φ   ρ   а)
UФЕП   x	φ   ρ   б)
UФЕП   x	φ   ρ   в)
UФЕП   x	φ   ρ   г)

Рис. 8. Приклади сигналів від МО різної форми

Метод виявлення МО забезпечує виявлення МО в межах поля зору мікроскопа шляхом сканування растром зменшених розмірів, а у випадку відсутності МО в межах поля зору – зміна розмірів сканувального растра (перехід від растра зменшених розмірів до повноформатного растра при одночасному регулюванні просторової роздільної здатності шляхом поступового збільшення розмірів СЕ). У випадку виявлення МО – перехід у режим утримання зображення МО в центрі екрана монітора шляхом використання растра зменшених розмірів.

Метод утримання МО в полі зору мікроскопа забезпечує суміщення центра растра зменшених розмірів при наступному скануванні з центром МО при поточному скануванні для забезпечення режиму автоматичного слідкування за МО у разі зміни його положення. При відсутності МО у межах максимального поля зору мікроскопа – закінчення роботи програми.

Метод формування траєкторії руху МО передбачає формування зображень траєкторій руху одного чи декількох МО одночасно. Він передбачає відображення заданої кількості положень МО на траєкторії його руху, побудову траєкторії руху МО протягом заданого часу T, а також режим зупинки виведення даних на екран монітора.

Метод визначення швидкості та прискорення руху МО дозволяє отримати найбільшу кількість інформації про швидкість та прискорення МО, що рухається нерівномірно та з довільною траєкторією руху. Обчислення значення швидкості руху МО здійснюється шляхом визначення координат двох послідовних положень МО. Перехід до обчислення значення прискорення руху відбувається, при наявності двох послідовних значень швидкості руху МО. Припинення процесу вимірювання відбувається за умови виходу МО на границю поля зору мікроскопа.