Телевизионная визуализация и обработка изображений люминесцирующих объектов в криминалистике, молекулярной биологии и медицине (стр. 34 )

Возможные области применения:

–  мониторинг психофизиологического состояния организма человека;

–  контроль проб биологических жидкостей, тканей, зерен и растений, в процессе изменения их биологической активности;

–  контроль проб воды при изменении их физико-химических свойств.

Технические характеристики:

Рабочее поле зрения: Æ 35± 5 мм

Питание от сети: 220 В, 50 Гц

Диапазон рабочих напряжений: 4–12 кВ

Частота высоковольтных импульсов: 1 кГц

Габаритные размеры: 335 ´ 286 ´ 122 мм

Масса: 3,5 кг

Аппарат биоуправляемой терапии воздействия на кожу газовым коронным разрядом «Коррекс»

Аппарат «Коррекс» разработан совместно с лабораторией профессора (, г. Санкт-Петербург).

Рис. 4.6.2. Внешний вид аппарата «Коррекс»

Предназначен для лечения:

–  кожных заболеваний;

–  дегенеративно-дистрофических процессов;

–  различных повреждений и травм;

–  последствий хирургических вмешательств.

Используется для коррекции:

–  сосудистого тонуса и профилактики утомления;

–  повышения иммунитета человеческого организма.

Принцип действия:

– аппарат формирует переменное электрическое поле высокой напряженности, вызывающее газовый разряд вокруг участка кожного покрова человека;

– программное обеспечение позволяет управлять интенсивностью газового разряда и его продолжительностью, наблюдать возникающее газоразрядное свечение участков кожного покрова человека на дисплее ЭВМ через стандартное устройство видеозаписи.

Технические характеристики:

Рабочее поле: 30 ´ 40 мм

Напряжение питания: 220В

Диапазон рабочих напряжений: 4–5 кВ

Частота высоковольтных импульсов: 1 кГц

Габаритные размеры: 335 ´ 266 ´ 132 мм

Масса: 4,5 кг

Система газоразрядной визуализации «Стример»

Новые схемотехнические и конструкционные решения, разработанные в НИИПТ «Растр», реализованы в системе газоразрядной визуализации «Стример».

Систему отличает модульный принцип построения, малые габариты, наличие выносных БЭО, выполненных в различных модификациях: горизонтально устанавливаемый блок с диаметром электрода 60 мм и блоки типа «пистолет» с диаметрами электродов 10, 30 и 60 мм. Особенностью построения системы «Стример» является вынесение высоковольтного трансформатора в состав БЭО, что позволяет увеличить длину кабеля, соединяющего БЭО с генератором, до 1,5–2 м.

Съемка с помощью горизонтального блока производится традиционным способом, когда пациент сам прикладывает палец руки к электроду. Пуск генератора и запись изображения производится от клавиши «мыши». При использовании «пистолетов» специалист, производящий съемку, прикладывает электрод к участку кожного покрова пациента, а команда ПУСК, включающая генератор и фиксирующая кадр изображения, инициируется от пусковой кнопки «пистолета».

Различный диаметр электрода определяет следующее преимущественное применение модификаций БЭО. Горизонтальный блок 60 мм предназначен для традиционной съемки изображений пальцев рук, образцов жидкостей, минералов, зерен растений и т. п. объектов.

«Пистолет» 60 мм предназначается для съемки изображений пальцев рук взрослых пациентов с ограниченной подвижностью суставов. «Пистолет» 30 мм предназначен для съемки изображений пальцев детей дошкольного возраста. «Пистолет» 10 мм предназначен для визуализации акупунктурных точек и воздействия на них. БЭО 30 мм и 60 мм модификации «пистолет» могут быть также использованы для визуализации и терапевтического воздействия на отдельные участки кожного покрова человека.

На рис. 4.6.3 представлен внешний вид приборов системы газоразрядной визуализации «Стример».

Рис. 4.6.3. Внешний вид приборов системы газоразрядной визуализации «Стример»

Справа – три модификации БЭО типа «пистолет» с различными диаметрами электродов, в центре внизу – горизонтальный вариант БЭО, в центре вверху – программно перестраиваемый генератор, слева – ноутбук с открытой панелью управления программы «GDV – Grabber 20»

Питание программно перестраиваемого генератора осуществляется от стандартного сетевого блока питания для компьютеров типа ноутбук или от аккумулятора 12 В. К генератору может быть подключен БЭО любой модификации. Управление генератором производится от компьютера через СОМ-порт по стандартному протоколу обмена RS-232. Генератор имеет встроенный микроконтроллер, обеспечивающий возможность выполнения перестройки частоты и амплитуды напряжения импульсов генератора в диапазоне 500–3 000 Гц и 3–10 кВ соответственно. Программа управления генератором и записью изображения «GDV – Grabber 20» имеет аналогичную с рассмотренной выше программой «GDV – Grabber 21» панель управления, отличающуюся наличием дополнительных регулировок (рис. 4.6.4).

Рис. 4.6.4. Панель управления генератором в программе «GDV – Grabber 20»

С помощью регулировок выходное напряжение импульсного стабилизатора может быть задано для любого из четырех режимов работы. Частота импульсов задается одновременно для всех режимов работы. Выставленные уровни и частота напряжения запоминаются и автоматически устанавливаются при последующих включениях системы. В программе предусмотрена возможность отключения внешнего запуска системы от кнопки «пистолета» и переход к запуску от кнопки «мыши».

7. Стабильность аппаратуры визуализации газоразрядного свечения

Стабильность работы аппаратуры газоразрядной визуализации весьма важна для воспроизводимости получаемых результатов исследований. В качестве параметра для оценки стабильности аппаратуры обычно используется значение среднеквадратического отклонения – ss площади свечения – S тест-объекта. Тест-объектом служит металлический цилиндр с полированными краями [78]. По методу моментов [79]:

,

где – дисперсия,

– математическое ожидание площади свечения.

Стабильность газоразрядного свечения может оцениваться также коэффициентом вариации, который равен отношению среднеквадратичного отклонения случайной величины к ее математическому ожиданию, выраженному в процентах.

Величины среднеквадратического отклонения и коэффициента вариации для площади свечения существенно зависят от метода съемки и от величины нижней границы динамического диапазона, используемой при обработке изображения. Так или иначе факторы нестабильности процесса формирования газоразрядного свечения и его преобразования в телевизионный сигнал проявляются во флуктуациях последнего. Однако, если факторы нестабильности, связанные непосредственно с процессом формирования газоразрядного свечения, влияют, в основном, на временное положение и длительность импульсов видеосигнала, то факторы нестабильности, связанные с преобразованием свет/сигнал, в основном, сказываются на уровне шумов в видеосигнале, который и определяет выбор нижней границы динамического диапазона.

Вместе с тем на уровень шумовых выбросов в видеосигнале могут оказывать влияние разного рода помехи, связанные с формированием высоковольтных импульсов и с паразитными утечками высокого напряжения. Такие шумовые выбросы имеют характер одиночных импульсных помех, распределенных по полю изображения. С другой стороны, флуктуации фронтов видеосигнала, величина которых зависит от уровня шумов телевизионного канала, влияют на результат измерения длительностей импульсов видеосигнала (хорд объекта), сумма которых определяет площадь свечения.

В начальной стадии развития газоразрядного свечения стабильность получаемых результатов зависит от переходных процессов, связанных как непосредственно с возникновением газового разряда, так и со схемотехникой телевизионной камеры и устройства ввода изображений, в частности работой автоматических регулировок усиления (АРУ) и уровня «черного» в видеосигнале (АРУЧ).

На характер свечения большое влияние оказывает степень ионизации поверхности и воздушного промежутка, в котором возникает газовый разряд. Это явление особенно сильно проявляется при съемке в моноимпульсном режиме если после первой съемки производится повторная с небольшим перерывом, при котором еще сохраняется ионизация от предыдущего воздействия. В результате непрерывной съемки это явление менее заметно, однако, его следует учитывать для воспроизводимости получаемых результатов особенно при однократной съемке с минимальной задержкой относительно начала экспозиции.

В качестве примера возможного влияния АРУЧ видеобластера на изображения начальной стадии развития газоразрядного свечения приведем кадры AVI-файла с параметрами 18 кадров в секунду, полученного при бланкировании видеосигнала сигналом запуска экспозиции прибора «Корона–ТВ», и результат их количественной обработки (рис. 4.7.1).

Рис. 4.7.1. Отработка АРУЧ видеобластера и результаты измерения площади S
во время переходного процесса

Рассмотрим влияние шума телевизионного канала на точность измерения основных геометрических параметров объектов при однократном сканировании. Измерение горизонтального размера объекта сводится к определению разности координат положения переднего и заднего импульса хорды. Координаты начала и конца импульса хорды определяются точками пересечения переднего и заднего фронтов видеосигнала с пороговым уровнем. Определим Х2 и Х1 – координаты переднего и заднего фронтов импульса хорды.