Телевизионная визуализация и обработка изображений люминесцирующих объектов в криминалистике, молекулярной биологии и медицине (стр. 33 )

Рис. 4.4.1. иллюстрирует отношения на множествах Мс, Мм, Мд до и после введения взаимосвязей.

Рис. 4.4.1. Организация отношений на множествах Мс, Мм, Мд

Вводимые элементы взаимосвязи можно назвать свойствами секторов диаграммы (модели) и описать в виде таблиц соответствия элементов множеств Мм, и Мд элементам множества Мс.

Рис. 4.4.2. Пример отношений на двух множествах Мд и Мс при установлении
между их элементами взаимно-однозначного соответствия

Различные варианты взаимосвязей на множествах Мд и Мс, а также Мм, и Мс предопределяют наличие множества схем Мсх представления (интерпретации) информации, содержащейся в ГРВ-граммах.

Рассмотренные выше взаимоотношения однозначно определяют соответствие секторов ГРВ-грамм, диаграмм и моделей, но не определяют их вид. Введя понятие свойства диаграммы – Iд и свойства модели – Iм, мы можем изменять их внешний вид и конфигурацию (пропорции).

Пусть Мшд – множество шаблонов диаграмм, а Мшм – множество шаблонов моделей, тогда для организации взаимосвязей, например, между множеством Мд и Мшд дополним Мд¢ элементами Iд таким образом, чтобы выполнялось условие:

¹ Æ,

аналогично ¹ Æ при введении Iм

Обобщенно взаимосвязи между изображениями (ГРВ-граммами) и их интерпретациями иллюстрируются рис. 4.4.3 и определяют полное множество схем Мсх.

Рис. 4.4.3. Иллюстрация взаимосвязей в множестве схем Мсх

Рассмотренные выше взаимосвязи могут быть положены в основу алгоритмов конструирования диаграмм и моделей интегральных изображений секторов ГРВ-грамм.

В результате алгоритм конструирования модели (диаграммы) может быть сведен к следующим шагам:

1) для изображения каждого из пальцев задается требуемое количество секторов, выходящих из общего центра, и их взаимное расположение;

2) определяются свойства каждого сектора путем задания названий или идентификаторов;

3) для выбранного шаблона (круга или эллипса с заданными размерами) модели или диаграммы задается требуемое количество секторов и их взаимное расположение;

4) каждому сектору модели или диаграммы ставится в соответствие идентификатор сектора пальца;

5) созданная схема секторального разбиения запоминается.

По данному алгоритму может быть создано множество схем, позволяющих по-разному интерпретировать исходные ГРВ-граммы.

Интегральное изображение отличает повышенная информативность за счет соединения в нем фрагментов изображения, выбранных в соответствии с заложенной схемой и наиболее важных в данный момент для исследователя. Различные схемы построения и полученные в соответствии с ними интегральные изображения – модели, а также диаграммы взаимно дополняют друг друга и позволяют использовать различные подходы для разработки диагностических методик.

На рис. 4.4.4 представлен ряд моделей, в которых отображаются зоны, связанные с функционированием определенных органов и систем, в соответствии с предложенным секторальным разбиением ГРВ - грамм пальцев рук.

Рис. 4.4.4. Модели отдельных органов и систем

Аналогично на рис. 4.4.5 представлены диаграммы, дифференцированно отображающие функционирование определенных систем и органов.

Рис. 4.4.5. Построение кольцевой диаграммы

На рис. 4.4.6 представлен пример более информативной модели распределения энергетического поля вокруг тела человека по сравнению с описанной в работе [28]. Модель отличает наличие четвертой проекции, обеспечивающей более равномерное, без пропусков и повторений, распределение зон изображения, связанных с определенными секторами ГРВ-грамм. Рассмотренный выше подход дает широкие возможности для творчества в сочетании с возможностью самостоятельного создания палитр цветового контрастирования изображений для поиска наиболее удачного выделения особенностей в распределении интенсивностей газоразрядного свечения.

Рис. 4.4.6. Четырехпроекционная модель распределения энергетического поля
вокруг тела человека

5. Обработка газоразрядных изображений и алгоритмы определения их внутренних областей

Операции цифровой обработки газоразрядных изображений. Алгоритмы определения внутренней области. Примеры изображений с выделенной внутренней областью.

Последовательность цифровой обработки газоразрядных изображений (ГРВ-грамм) сводится к следующим операциям:

1.  Установка нижней границы диапазона обработки сигнала, находящейся выше уровня фона и шумов телевизионного датчика.

2.  Установка верхней границы диапазона обработки сигнала, соответствующей его пиковому значению.

3.  Преобразование яркостей изображения путем пересчета значений сигнала в заданном диапазоне для их равномерного перераспределения в полном динамическом диапазоне.

4.  Цветовое контрастирование в соответствии с выбранной палитрой цветов, соответствующих заданным участкам диапазона яркостей изображения.

5.  Определение центра тяжести изображения.

6.  Вписывание овала во внутреннюю область изображения.

7.  Построение радиусов из центра тяжести и количественный анализ секторов изображения, начиная от внешней границы вписанного овала.

8.  Перенос сектора исходного изображения на сектор модели и его трансформация (сжатие или растяжение).

Для сглаживания шумов в изображениях газоразрядного свечения, полученных при съемке одиночных кадров, возможна внутрикадровая обработка изображения, заключающаяся в усреднении сигналов соседних элементов внутри апертуры. После усреднения целесообразно произвести яркостное преобразование в соответствии с динамическим диапазоном сигнала. Поскольку для количественного анализа газоразрядных изображений обычно используется формат 320 ´ 240 эл., то при вводе изображения со стандартным разрешением 640 ´ 480 эл. становится возможным укрупнение апертуры в 4 раза и, соответственно, усреднение сигналов от 4-х элементов в смежных окнах размером 2 ´ 2 эл.

Результаты количественного анализа и построения модели существенно зависят от точности вписывания овала во внутреннюю область изображения. В реальных изображениях точного соответствия внутренней области овалу практически не бывает. Поэтому при обработке изображений для повышения точности получаемых результатов необходимо обеспечить выделение внутренней области изображения ГРВ-граммы. Задача выделения внутренней области может быть сведена к обходу внутреннего контура только при отсутствии в нем разрывов. На практике разрывы свечения пальца – явление типичное.

Один из алгоритмов выделения внутренней области основан на построении вдоль ее границ многоугольника с заданным количеством сторон. Построение многоугольника начинается от первой точки пересечения радиуса, проведенного из центра изображения, с его внутренней границей. Далее от точки пересечения строится следующая сторона многоугольника под углом к предыдущей:

,

где n – число сторон многоугольника, до очередной точки пересечения с внутренней границей и т. д. (n – 1) раз. Последняя сторона многоугольника строится соединением начала и конца ломаной линии, полученной в результате (n – 1) предыдущих шагов. Образованный таким способом неправильный многоугольник более точно, по сравнению со вписываемым овалом, повторяет внутреннюю область ГРВ-граммы. Естественно точность аппроксимации повышается при увеличении числа n.

Для устранения возможных выходов стороны многоугольника за пределы внутренней области, в результате попадания в разрыв, вводится критерий «неокруглости» строящейся внутренней зоны, при нарушении которого длина стороны, выходящей в разрыв, ограничивается заданным значением. На рис. 4.5.1 показан пример эффективности алгоритма выделения внутренней области по сравнению с построением вписанного овала.

а б в

Рис. 4.5.1. Результат выделения внутренней области путем построения многоугольника
при n = 5 (а), n = 25 (б) и вписывания овала (в)

6. Телевизионная аппаратура для визуализации газоразрядного свечения

В данном разделе рассматривается аппаратура газоразрядной визуализации, разработанная и выпускаемая во ФГУП НИИПТ «Растр», Великий Новгород.

Прибор для исследования газоразрядного свечения «Корона – ТВ»

Прибор для исследования газоразрядного свечения «Корона – ТВ» создан совместно с лабораторией профессора (, г. Санкт-Петербург).

Рис. 4.6.1. Внешний вид прибора «Корона –ТВ»

Прибор предназначен для визуализации газоразрядного свечения различных объектов: тканей, участков кожи, образцов жидкостей, материалов, биологических и цитологических проб и т. д. при воздействии на них переменным электрическим полем высокой напряженности. Возникающее газоразрядное свечение объектов преобразуется в телевизионный сигнал. Программное обеспечение, входящее в комплект поставки, позволяет вводить изображения в ЭВМ через стандартное устройство видеозаписи и управлять режимами работы прибора и экспозицией.