×
09.02.2019
219.016.b917

Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002679193
Дата охранного документа
06.02.2019
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к иконике для создания систем визуализации в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и других участках спектра электромагнитных излучений. Технический результат заявленного изобретения заключается в возможности представления в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения. Для этого регистрируют число фотонов F с каждого пиксела изображения и их суммарную энергию Е за время кадра, вычисляют средние значения числа фотонов, энергии фотонов и дисперсии D(E) этой энергии. Полученные цифровые сигналы среднего числа зарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергии и дисперсии энергии D(E) каждого пиксела изображения нормируют к их максимальным значениям в кадре и затем подают в устройство матрицирования для выполнения операции матрицирования и определения цифровых видеосигналов U, U и U цветного изображения, которые затем направляют на вход монитора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Техническое решение относится к иконике и может быть использовано при создании систем визуализации в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и других участках спектра электромагнитных излучений.

Для получения изображения кроме видимого спектра используются все возможные виды электромагнитного излучения: инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и другие диапазоны спектра.

Большинство современных систем визуализации изображений являются черно-белыми; в них при детектировании информация о спектрах элементов (пикселов) невидимого изображения теряется. В ряде случаев черно-белые изображения раскрашиваются в псевдоцвета с целью использования свойств цветового зрения для улучшения дешифрирования, но это не может компенсировать потерю информации о параметрах спектров визуализируемых изображений, характеризующих их «цвет».

В работе [Мазуров А.И., Раевская К.А. Квантовая модель низшей метрики цвета // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2013. - №1. - с. 45-47] показано, что зрительная система человека классифицирует спектры света в метамерные группы, которые воспринимаются как один цвет по трем признакам: среднему числу эффективно поглощенных в сетчатке фотонов за время регистрации, среднему значению их суммарной энергии и ее дисперсии D(E) (в калориметрической системе FED(E)). Спектр в невидимых участках электромагнитного излучения также можно характеризовать этими параметрами. Таким образом, если определить число фотонов и суммарную энергию каждого пиксела визуализируемого изображения, а по ним вычислить среднее значение числа фотонов среднее значение энергии этих фотонов и дисперсию этой энергии D(E) и далее отобразить изоморфно эти параметры каждого пиксела в спектр видимой области, то зрительная система будет воспринимать каждый пиксел изображения в цвете так же, как она воспринимает цвет видимого спектра.

Такую визуализацию в цвете невидимых изображений электромагнитного спектра можно реализовать в системах, в которых возможен счет фотонов, с определением энергии каждого фотона.

Как правило, счет фотонов можно реализовать для электромагнитных излучений, у которых энергия фотонов ε=hν больше kT. Здесь ε - энергия фотона, h - постоянная Планка, ν - частота волны фотонов, k - постоянная Больцмана, Т - абсолютная температура.

Среди способов визуализации известен способ параметрического кодирования [Блинов Н.Н., Мазуров А.И. Визуализация медицинских изображений в цвете // журнал «Медицинская техника» - 2013. - №5. - с. 1-3], основанный на регистрации числа фотонов F с каждого пиксела изображения и их суммарную энергию Е за время кадра. Этот способ выбран нами за прототип. Для реализации способа используют систему визуализации изображений, в которой детектор работает в режиме счета фотонов. Детектор, включающий канал счета фотонов и энергетический канал, регистрирует число фотонов F с каждого пиксела изображения и их суммарную энергию Е за время кадра. Посредством видеопроцессора вычисляют среднее значение числа фотонов среднее значение энергии и дисперсию этой энергии D(E). Далее в соответствии с системой уравнений:

где а1 а2, a3 - постоянные коэффициенты, масштабирующие невидимые спектры в видимую область, - сигналы, пропорциональные яркости красного, зеленого и синего каналов; параметры и D(E) трансформируются в матрице в три сигнала: красный , зеленый и синий которые поступают на монитор, где формируется цветное изображение.

Рассмотренный способ визуализации в цвете рентгеновских изображений имеет существенные недостатки: система уравнений (1) носит неоднозначный характер, так как не раскрыта физическая сущность постоянных коэффициентов a1 а2 a3 и не указаны их численные значения; не ясно, как определяются параметры цветности красного (εR, ), зеленого (εG, ) и синего (εB, ) каналов монитора.

Эти недостатки не обеспечивают возможность визуализации цвета рентгеновских изображений изоморфно цвету зрительной системы.

Проблема, решаемая созданием заявляемого технического решения, заключается в возможности представления в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения, что позволит разрабатывать системы визуализации цвета различных электромагнитных полей, в которых цвет изображения каждого пиксела на экране монитора сохраняет информацию о физических параметрах и D(E) спектра на выходе детектора.

Для решения данной проблемы предлагается способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения, заключающийся в том, что регистрируют число фотонов F с каждого пиксела изображения и их суммарную энергию Е за время кадра, вычисляют средние значения числа фотонов, энергии фотонов и дисперсии D(E) этой энергии, далее цифровые сигналы среднего числа зарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергии и дисперсии энергии D(E) каждого пиксела изображения нормируют к их максимальным значениям в кадре и подают в устройство матрицирования для выполнения операции матрицирования и определения цифровых видеосигналов UR, UG и UB цветного изображения, которые затем направляют на вход монитора, при этом цифровые видеосигналы красного UR, зеленого UG и синего UB каналов монитора определяют из системы уравнений:

где LR, LG и LB - относительные яркостные коэффициенты в колориметрической системе монитора RmGmBm, F̅max, E̅max, D(Emax) - максимальные средние значения сигналов невидимого изображения на выходе арифметического логического устройство (АЛУ) видеопроцессора, - средние энергии световых потоков фотонов красного, зеленого и синего каналов монитора, - средние значения их квадратов, а и - среднее значение энергии фотонов белого цвета монитора и квадрат указанного среднего значения, соответственно.

Кроме того, средние значения энергии фотонов световых потоков красного зеленого и синего каналов и средние значения их квадратов рассчитывают по соотношениям:

где , , - удельные координаты колориметрической системы монитора причем интегрирование осуществляют по всему диапазону длин волн видимого участка спектра электромагнитного излучения.

Кроме того, среднее значение энергии фотонов белого цвета и среднее значение квадрата энергии фотонов белого цвета рассчитывают по формулам:

Наилучшая форма выполнения предложенного технического решения далее описывается в качестве примера со ссылкой на фиг., где изображена функциональная схема визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения.

Для реализации способа используют детектор, который, как и в прототипе, работает в режиме счета фотонов. Спектральная информация аккумулируется таким детектором посредством одновременного счета фотонов и измерения их энергии. На вход детектора поступает изображение в невидимом диапазоне спектра электромагнитного излучения. Детектор, имеющий канал счета фотонов и энергетический канал, регистрирует число фотонов F с каждого пиксела изображения и их суммарную энергию Е за время кадра. Далее информация с каналов детектора поступает на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) видеопроцессора, который преобразует видеосигнал в цифровую форму. Цифровой сигнал изображения с выхода АЦП направляется в блок цифровой памяти для сохранения кадра изображения. Для дальнейших преобразований в блоке цифровой памяти сохраняются две составляющие кадра: энергетическая (цветовая составляющая) и составляющая количества фотонов пикселя (яркостная составляющая). Покадровая выборка из блока цифровой памяти поступает в арифметико-логическое устройство (АЛУ), где вычисляются среднее значение числа эффективно поглощенных фотонов среднее значение суммарной энергии и третья составляющая - дисперсия D(E) этой энергии. На следующем этапе полученные средние значения нормируют к их максимальным значениям , и D(E)/D(Emax). Этап нормирования реализуется, например, посредством делителя, на выходе которого получают выходные сигналы, которые поступают на вход цифрового блока матрицирования для выполнения операции матрицирования и преобразования полученных значений в сигналы напряжения UR, UG и UB - Выходы блока матрицирования представляют собой цифровые видеовыходы и могут быть подключены непосредственно к монитору.

Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения позволяет построить машинное цветовое зрение (зрение роботов) в любом диапазоне спектра электромагнитного излучения, подобное зрению человека, если энергия фотонов ε=hν > кТ.

Способ позволяет также расширить диапазон видимости телевизионных систем за пределы видимого участка спектра, например, в ультрафиолетовую область спектра, если спектральную характеристику телевизионной камере, построенной по принципу счета фотонов, не ограничивать видимым диапазоном (0,38÷0,76 мкм), а сделать чувствительной в диапазоне, например, (0,19÷0,76 мкм), визуализировав вместе видимым светом ультрафиолетовое излучение.

В отличии от вышеописанного способа все параметры в системе уравнений (2) имеют четкий физический смысл и могут быть легко определены.


Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-3 из 3.
20.06.2016
№217.015.0437

Универсальный рентгеновский комплекс

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к телеуправляемым рентгеновским аппаратам. Комплекс содержит стол, штатив рентгеновского излучателя и штатив рентгеновского детектора. Стол установлен на неподвижном основании и включает в себя рентгенопрозрачную деку, установленную на раме,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002587313
Дата охранного документа: 20.06.2016
09.06.2018
№218.016.5fe9

Микрофокусное устройство рентгеновского контроля

Изобретение относится к средствам неразрушающего контроля и анализа широкого спектра изделий, таких как печатные платы, узлы, электронные компоненты, микросборки и модули и т.д. Устройство включает конструкцию, установленную и закрепленную внутри каркаса, состоящего из жестко соединенных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002656872
Дата охранного документа: 07.06.2018
19.04.2019
№219.017.2b83

Способ получения сигналов изображения цветного телевидения

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при создании телевизионных камер для систем цветного телевидения с повышенным качеством цветного изображения. Техническим результатом является повышение точности цветопередачи. Результат достигается тем, что в первом канале...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684900
Дата охранного документа: 16.04.2019
Показаны записи 1-4 из 4.
20.03.2015
№216.013.3451

Способ формирования цветного изображения

Изобретение относится к устройствам формирования цветного изображения и может быть использовано в телевизионных системах и дисплеях различного назначения. Согласно способу каждый элемент матрицы воспроизведения образуют двумя источниками излучения. Яркостью свечения источников излучения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002544868
Дата охранного документа: 20.03.2015
19.04.2019
№219.017.2b83

Способ получения сигналов изображения цветного телевидения

Изобретение относится к телевидению и может быть использовано при создании телевизионных камер для систем цветного телевидения с повышенным качеством цветного изображения. Техническим результатом является повышение точности цветопередачи. Результат достигается тем, что в первом канале...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002684900
Дата охранного документа: 16.04.2019
25.03.2020
№220.018.0f4d

Способ определения размера фокусного пятна рентгеновской трубки

Использование: для измерения размера фокусного пятна рентгеновской трубки. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют просвечивание рентгеновским излучением тест-объекта, прием детектором рентгеновского излучения, прошедшего через тест-объект, и преобразование его в цифровое...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002717376
Дата охранного документа: 23.03.2020
10.04.2020
№220.018.13c5

Способ контрастирования рентгенограмм цветом

Изобретение относится к медицинской технике. Способ контрастирования рентгенограмм цветом заключается в том, что цифровое изображение черно-белой рентгенограммы диафрагмируют, нормируют и направляют одновременно на три канала преобразователя для разделения названного изображения на цветовые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002718481
Дата охранного документа: 08.04.2020
+ добавить свой РИД