Телевизионная визуализация и обработка изображений люминесцирующих объектов в криминалистике, молекулярной биологии и медицине (стр. 32 )

если х = х, при

и является откликом системы на входной сигнал :

,

где Т – некоторый оператор, описывающий стационарную систему.

Если система линейна, то выполняется принцип суперпозиции, согласно которому в системе отклик суммы входных воздействий будет равен сумме откликов на эти воздействия [75, 76].

Таким образом, отклик на воздействие пачки импульсов с точки зрения теории сигналов может нести неискаженную информацию об объекте только в случае линейности его характеристик. Однако биологический объект следует рассматривать как систему нелинейную. Поэтому необходимо, чтобы при периодических воздействиях выполнялось условие, при котором период следования импульсов воздействия значительно превышал время установления стационарного режима (релаксации).

Вместе с тем, как считает [77], воздействующие импульсы влияют как на сам исследуемый биологический объект, так и на близлежащее окружающее его пространство. При этом каждый последующий импульс вносит дополнительные изменения. С этой точки зрения наименьшие искажения относительно к изначальному состоянию биологического объекта вносит режим возбуждения газоразрядного свечения одиночным импульсом – моноимпульсный режим.

На рис. 4.3.5 приведены изображения газоразрядного свечения, полученные в моноимпульсном режиме, а также модели изображения, построенные по моноимпульсным ГРВ-граммам.

Рис. 4.3.5. Изображения и модели в моноимпульсном режиме

Работа телевизионной системы для визуализации газоразрядного свечения в моноимпульсном режиме аналогична работе ТСС в режиме импульсного экспонирования. На рис. 4.3.6 изображены временные диаграммы работы аппаратно-программной части в моноимпульсном режиме.

Рис. 4.3.6. Временные диаграммы моноимпульсного режима

С привязкой к КСИ (1) формируется импульс запуска (2) для обеспечения однократного включения генератора высокого напряжения во время прямого хода кадровой развертки (3) ТВ-камеры. Возникающая однократная вспышка газоразрядного свечения объекта формирует потенциальный рельеф на мишени матрицы ПЗС. Следующий телевизионный кадр (4) является одиночным информационным кадром и должен быть введен в устройство памяти по сигналу записи (5). Возможна привязка к системным кадрам и ввод в ЭВМ через стандартное устройство видеозаписи. Проблемы, возникающие в этом случае, аналогичны режиму импульсного экспонирования в ТСС и требуют дополнительных подборов величин программных задержек в каждой конкретной системе для обеспечения синхронизации устройств при захвате одиночного телевизионного кадра.

Спектрозональная съемка

Из литературы известно, что спектральный состав газоразрядного свечения включает в себя видимую и ультрафиолетовую области спектра. По данным, приведенным в работах , основная мощность излучения приходится на ультрафиолетовую область спектра в диапазоне 300–400 нм. Следующим диапазоном, в котором присутствует значительная часть газоразрядного свечения является фиолетово-синяя область 400–450 нм. Отдельные пики в спектре свечения, амплитуда которых сопоставима с фиолетово-синей областью, присутствуют в красной области спектра 630–700 нм. На практике при построении телевизионной системы для визуализации газоразрядного свечения используется обычная стеклянная оптика и черно-белые телевизионные камеры с диапазоном спектральной чувствительности 380–1 000 нм. Применение цветных телевизионных камер, как показали эксперименты, нецелесообразно из-за их значительно меньшей чувствительности по сравнению с черно-белыми камерами, а также из-за отсутствия в наблюдаемом фиолетово-синем изображении газоразрядного свечения каких-либо существенных цветовых оттенков. Однако вопрос о целесообразности применения телевизионных спектрозональных методов исследования газоразрядных изображений остается открытым.

Рассмотрим возможные варианты построения телевизионных спектральных систем, в которых обеспечивается выделение характерных для газоразрядного свечения участков спектра, а также некоторые практические результаты, полученные в ходе экспериментальных проверок их работоспособности.

Для выделения ультрафиолетовой области спектра требуется специальная оптика, а также специальные преобразователи свет/сигнал, что создает, с одной стороны, вполне определенные технические сложности, а с другой стороны, существенно увеличивает стоимость системы. В связи с этим представляют практический интерес варианты, предусматривающие трансформацию УФ-части излучения в видимую за счет специальных люминесцирующих покрытий предметного стекла, на которое устанавливается исследуемый объект. Для обеспечения работы системы в различных спектрах такое покрытие должно быть съемным, например, выполненным в виде люминесцирующей полимерной пленки. Простейшим, но достаточно эффективным образом трансформация УФ-света в видимую область может быть получена с использованием обычной тонкой бумажной салфетки. Фотолюминесценция целлюлозы под воздействием газоразрядного свечения, как показали эксперименты, позволяет в 2–2,5 раза повысить яркость получаемого изображения. Одновременно одноразовая салфетка выполняет гигиенические функции, предохраняя стеклянную поверхность от загрязнения руками пациента. Увеличение яркости получаемого изображения газоразрядного свечения за счет вторичной фотолюминесценции покрытий, в частности целлюлозы, позволяет снижать амплитуду воздействующих импульсов до минимальных значений, при которых возможно возникновение газоразрядного свечения, уменьшая тем самым степень воздействия на исследуемый объект.

Для выделения рассмотренных выше участков фиолетово-синего и красного диапазонов спектра газоразрядного свечения могут быть использованы стандартные цветные стекла, устанавливаемые перед приемником люминесценции. Проведенные эксперименты по разделению участков спектра газоразрядного свечения, в частности по выделению красной области спектра, позволяют сделать определенные выводы о различиях в наблюдаемых изображениях. Так, например, сравнение изображений газоразрядного свечения, полученных с использованием светофильтров типа ОС-12, выделяющих оранжево-красную область спектра от 550 нм, и изображений сопоставимой интенсивности, полученных в том же режиме съемки, но с использованием нейтральных светофильтров, показывает на более четкое выявление в первом случае

тонких структур, соответствующих стримерам (рис. 4.3.7).

а) б)

Рис. 4.3.7. Изображения тестового цилиндра:
а – съемка с нейтральным светофильтром; б – съемка со светофильтром ОС-12

Полученный эффект «скелетизации» стримеров, а также подчеркнутости наиболее интенсивно светящихся деталей изображения и подавлении фонового ореола может быть объяснен более широким спектром свечения стримеров, которые выглядят бело-голубыми по сравнению с фиолетово-голубым свечением ионизированного газа вокруг них.

Таким образом, использование телевизионных спектрозональных методов может быть полезно для выделения характерных особенностей изображения при визуализации газоразрядного свечения.

4. Конструирование моделей для оценки функционального состояния организма человека по изображениям газоразрядного свечения пальцев рук

Взаимоотношения на множествах секторов ГРВ-грамм, моделей и диаграмм. Алгоритм конструирования. Примеры конструирования моделей и диаграмм.

В работах предложено представлять изображения свечения пальцев рук в виде некоторого интегрального изображения – модели, отображающей распределение энергетического поля человека (ауры), состоящей из соединенных по определенным правилам различных участков (секторов) исходных изображений свечения пальцев.

Другим вариантом интерпретации служит кольцевая диаграмма, в которой графически отображаются результаты измерения площадей газоразрядного свечения в различных секторах пальцев. Такая сегментация исходных ГРВ-грамм в виде секторов, выходящих из общего центра наиболее удобна, поскольку ГРВ-граммы пальцев имеют форму, близкую к кругу или эллипсу. Для трансформации выделенных секторов при построении модели или кольцевой диаграммы также используется эллипс или круг, поскольку именно в этом случае наиболее простым образом можно организовать взаимосвязи между соответствующими секторами исходного изображения и секторами конструируемой диаграммы или модели.

Используя данный подход, поставим задачу в общем виде с целью создания более гибкого и удобного способа самостоятельной интерпретации пользователем получаемых результатов.

Введем понятие множества секторов, определяемых начальными di и конечными d¢i углами:

M{di; d¢i}

Тогда для нашего случая мы имеем следующие непересекающиеся множества:

– множество секторов ГРВ-грамм: Мс{ai; ai¢},

где ai; ai¢ – начальные и конечные углы секторов ГРВ-грамм;

– множество секторов диаграмм: Мд{bi; bi¢},

где bi; bi¢ – начальные и конечные углы секторов диаграмм;

– множество секторов моделей: Мм{gi; gi¢},

где gi; gi¢ – начальные и конечные углы секторов моделей.

Организуем взаимосвязи на этих множествах, введя в Мм и Мд такие элементы, чтобы выполнялись условия:

¹ Æ, ¹ Æ