Білинський, Й.Й. Методи обробки зображень в комп’ютеризованих оптико-електронних системах: монографія

Подождите немного. Документ загружается.

КОЕС, виходячи з її структури, передбачає візуалізацію та ро-

зподіл навантаження на стопу та вирішує такі задачі:

– зменшення впливу зовнішнього фонового освітлення;

– розширення діапазону інтенсивностей зображення до макси-

мально можливого (лінійне контрастування);

– виконання фільтрації зображення;

– приглушення шуму на зображенні;

– оконтурювання зображення стоп;

– градуювання зображення стоп кольорами залежно від наван-

таження.

– отримання геометричних параметрів стоп.

6.5.1. Рекомендації користувачу програмного забезпечення

КОЕС параметрів стопи

зроб-

лено програмне забезпеч dPro». Програмне забез-

ечення призначене для роботи операційних систем

Window

оцесі дослідження ви-

водити службову інформацію.

Програмне забезпечення «PodPro» дозволяє отримати:

– плоске та об’ємне зображення стоп;

– контур стоп;

– графічне подання розподілу навантаження на стопи;

– положення центра навантаження вздовж кожної стопи;

– коефіцієнт навантаження кожної стопи у відсотках відносно

загального навантаження на стопи;

– геометричні параметри стопи: довжина, площа;

– показники, що характеризують будову та стан стоп: кут Кла-

рка, довжина перешийка, індекс перешийка;

– вести електронну картотеку пацієнтів.

На рис. 6.11 наведені результати обробки зображення стоп: 6.11а

– багатоградаційне зображення з визначенням осі симетрії розподілу

навантаження; 6.11б – об’ємне зображення для створення шаблону сто-

пи; 6.11в – бінарне для визначення геометричних параметрів стопи.

Для отримання результатів дослідження стопи людини ро

ення, інтерфейс «Po

під керівництвомп

s 2000, 2003, ХР і дозволяє налаштовувати комп’ютерну сис-

тему відповідно до індивідуальних особливостей пацієнта, проводити

дослідження стоп у статичному режимі та в пр

необхідну

230

вий звіт може

бути чно і

н його стоп.

б в

Рис.

пи 6 %;

осліджень використані

спеціальні орми, які піддавалися навантаженню. Це до-

з их ді-

лянках вної

льна залеж-

ності

встановлено, що

відхи-

лення ичної не перевищує

10 %,

нтерфейс ПЗ «PodPro»

досить простий у користуванні й не

вимагає спеціальної підготовки оператора. Підсумко

роздрукований на принтері. Такий звіт формується автомати

істить необхідну графічну, текстову і кількісну інформацію стосовно

пацієнта та параметрів, що характеризують ста

6.11. Результати обробки: а – градуйований розподіл наванта-

ження на стопу; б – об’ємне зображення; в – бінарне зображення

6.5.2. Експериментальні дослідження КОЕС параметрів

стопи людини

До основних характеристик КОЕС параметрів стопи, які необ-

хідно експериментально перевірити, відносяться такі:

– похибка вимірювань розмірів сто

– діапазон вимірювання відбивної здатності 0,01…0,1.

Для проведення експериментальних д

силіконові ф

волило визначити нерівномірність відбивної здатності на різн

сенсора КОЕС, яка склала не більше 10 %. Ступінь відби

здатності характеризує тиск, який створювали зразкові міри ваги 2-го

класу точності.

На рис. 6.12 наведена теоретична та експеримента

відбивної здатності

від створюваного тиску.

На підставі отриманої характеристики

експериментальної залежності від теорет

що дає можливість зробити висновок про високу збіжність

отриманих результатів досліджень.

За стандартною методикою оцінювання похибок результату

опосередкованого вимірювання відносна похибка відносної відбивної

здатності біотканини знаходиться

згідно з формулою (5.31).

231

Рис. 6.12. Теоретична та експериментальна залежності відбивної

здатності від створюваного тиску

оп і

бі

За стандартною методикою оцінювання похибок результату

осередкованого вимірювання відносна похибка відбивної здатност

отканини в результаті навантаження знаходиться згідно з [204, 206]

2222

InESn

δδδδ

=+++

, (6.5)

де

, ,

– відносні похибки зміни показника заломлення біо-

тканин

о.

У відби-

вної зд

и, освітленості, інтегральної чутливості фотоприймального

пристрою, показника заломлення скла плити, відповідн

результаті проведення серії з 100 вимірювань відносної

сатно ті оцінено СКВ похибки вимірювання показника залом-

лення біотканини, освітленості, інтегральної чутливості фотоприйма-

льного пристрою, показника заломлення скла плити. СКВ похибки

вимірювання відносної відбивної здатності

[] [] []

22 2

⎛⎞

⎛

⎜

nS E n∂∂ ∂ ∂

⎝⎠⎝ ⎠⎝ ⎠

⎝⎠

[] []

II I I

InIS IE In

∂∂ ∂ ∂

⎞⎛ ⎞⎛ ⎞

⎜⎟

⎟⎜ ⎟⎜ ⎟

. (6.6)

Провівши розрахунки за формулою (6.6), отримаємо

[]

=0,0051µА. За значенням нормованої функції Лапласа

P)z(Ф =

для ймовірності

Р=0,95 значення

=2,0 [221]. Тоді границі довірчого

інтервалу становлять

[]

Δ=± ⋅ =

±2,0·0,0051=0,0102 µА

опосере

. Результат

дкованого вимірювання відносної відбивної здатності біотка-

нини I: (2,569±0,0102) µА при

Р=0,95. Максимальна зведена похибка,

перевищує γ=4,2 %.

232

Для проведення порівняльного аналізу на рис. 6.12 наведено

зображення стоп, отримане за допомогою розробленого подоскопа та

зображення п’єзоелектричного подоскопа марки ППЕС-10-2 вироб-

ництва Росії.

а б

Рис. 6.13. Зображення стоп людини:

а – ППЕС-10-2; б – оптико-електронного

Зовнішній

п, триманих

цтва Росії.

подоскопа «PodPro»

вигляд свідчить, що інформативність зображень

сто о за допомогою розробленого подоскопа, набагато ви-

ща в порівнянні з відомим. У таблиці 6.2 наведені порівняльні харак-

теристики розробленого подоскопа та подоскопа виробни

Таблиця 6.2

Порівняльний аналіз розробленого подоскопа з існуючим

Характеристики PodPro ППЕС-10-2

Режими роботи

+ + статичний

динамічний – +

1. Кількість точок, що аналізуються 4*10

2. Роздільна здатність, м

-2

2,5·10

-6

-4

3. Контуризація стопи + –

4. Кількість параметрів, що аналізуються 8 6

5. Похибка вимірювань розмірів, % 6 %; 14%

6. Похибка визначення ліній,

1 % 5 % орієнтації

7. Формат зображення BMP, JPG BMP, JPG

8. Вартість, грн. 7200 44000

233

6.6. Практична реалізація КОЕС постави тіла («VertPro»)

та рекомендації користувачу програмного забезпечення

На підставі теоретичних досліджень, що наведені в розділі 5, а

також запропонованих методів виділення контуру, які наведені в роз-

ділі 3, розроблено експериментальний зразок КОЕС постави тіла лю-

дини. На рис. 6.14 показано зовнішній вигляд КОЕС постави тіла.

результаті порівняння КОЕС параметрів стопи та

п’єзоелектричного подоскопа встановлено, що характеристики запро-

понованого подоскопа вищі.

. 6 й вигляд КОЕС постави тіла

постави тіла склад прист а-

являє собою відеокамер Саnon 100-

тить драйвер безпосеред-

ою підсвічення, яким служить

. Відеокамера та п-

з’єднані між собою точним позиціюванням базової відстані, а

оботі за допомогою а

Рис .14. Зовнішні

Конструктивно КОЕС ається з рою з

хоплення зображення, що у типу

DX 100 з десятикратним збільшенням і міс

ньої роботи з комп’ютером; та пристр

відеопроектор моделі Sony VPL-EX1 класу В

роектор

відео

також синхронізовані в р комп’ютер [285, 290–

292].

234

Особливістю р зробленої системи є адаптивність, оскільки

для її налаштування достатньо встановити два параметри – це базову

відстань, тобто відстань між відеопроектором

о її

і відеокамерою, а також

відстань до площини на якій знаходиться об’єкт. У випадку викорис-

танн –

відста

ідбір оптимального співвідношення значень фокусної відста-

ні, а та

ння

та локалізація лінії.

Результатом роботи такої системи є формування зображення

спини людини з відомими координатами глибини сцени, що дозволяє

сформувати об’ємне зображення та дослідити поставу тіла людини.

Попередня обробка зображення, що виконується за допомогою

блока виділення ліній патерна має вирішальне значення, й суттєво

впливає на якість отриманих результатів, а також на якість відновлю-

ваного 3D зображення та його геометричних параметрів. Для попере-

дньої обробки отриманих зображень застосовувався метод виділення

контуру за допомогою ізотропного детектора, який описаний в розді-

лі 3.

Повний цикл відновлення 3D зображення передбачає такі кро-

ки:

– послідовне захоплення зображень горизонтального та вер-

тикального патернів

– виді ризон-

тальни

перетворення ( логічна операція «AND»);

я каналу делекометрування достатньо визначати один параметр

нь до площини.

кож базової відстані дозволяє досягнути необхідної точності та

чутливості. Якщо вважати, що параметри камери можуть бути обчис-

лені з достатньою точністю, то основним питанням отримання високої

точності, що є ядром програмного забезпечення, є питання виділе

на тестовій площині;

лення лінії на зображеннях з вертикальним та го

м патернами площини;

– знаходження масиву точок перетину патернів на площині;

– послідовне захоплення зображення з вертикальним і гори-

зонтальним патернами об’єкта;

– виконання попередньої обробки отриманих зображень;

– виділення лінії на зображеннях з вертикальним та горизон-

тальним патернами;

– виконання над отриманими зображеннями поелементного

235

– знаходження координат глибини на основі параметрів коор-

динат точок патернів площини та об’єкта;

– формування масиву точок з визначеними 3D координатами.

6.7. Експериментальні дослідження КОЕС постави тіла

При проведенні експериментальних досліджень використову-

вались спеціальні сфери з відомим радіусом. Це дало змогу розрахува-

ти координати глибини точок ліній, що трансформуються в півколо

відомого радіуса. На рис. 6.15, а і б наведені результати зображень,

що відтворюють етапи досліджень.

сРи . 6.15. Етапи експерименту:

а – формування вертикального патерна (горизонтальний

формується аналогічно) та виділення контурних ліній;

б – точки перетину патернів

236

До основних характеристик КОЕС постави тіла, які необхідно

експериментально перевірити, відносяться такі: похибка вимірювань

еоретична та експериментальна залежності знаходження ко-

ордина

підставі отриманої залежності встановлено, що відхилення

експер

координат глибини 1 %; діапазон вимірювання 0–0,5 м.

ти глибини сцени наведена на рис. 6.16.

На

иментальної залежності від теоретичної не перевищує 1 %, що

дає можливість зробити висновок про високу збіжність отриманих ре-

зультатів досліджень.

Рис. 6.16. Теоретична та експериментальна залежності знахо-

дження координати глибини

За стандартною методикою оцінювання похибок результату

опосередкованого вимірювання відносна похибка визначення коорди-

нати глибини знаходиться згідно з [204, 206]

2222

dBy

δδδδ

+++

, (6.7)

де

, ,

δδ

– відносні похибки визначення відстані до площини,

базової від

У р ти

глибини точок -

щини, базової відстані координати:

стані, субпікселного зміщення координат.

езультаті проведення серії з 100 вимірювань координа

знайден відстані до плоо СКВ похибки визначення

, субпікселного зміщення

237

[]

d =5,1·10

-7

м,

[]

B =1,75·10

-9

м,

[]

y =0,052·10

-11

м,

[]

x =0,051·10

м. СКВ похибки координати глибини

[] [] []

222

111 1

ZZZZ

11 1 1 1

[]

Zd Zz Zy Zx

dzyx

⎞

⎤

=+++

⎜⎟⎜⎟⎜ ⎟⎜⎟

⎦

∂∂∂∂

⎝⎠⎝⎠⎝ ⎠⎝⎠

. (6.8

⎡

⎣

)

⎛⎞⎛⎞⎛ ⎞⎛

∂∂∂ ∂

Провівши розрахунки за формулою (6.8), отримаємо

[]

=81·10

-6

м. За значенням нормованої функції Лапласа

P)z(Ф =

для ймовірності

Р=0,95 значення

=2,0 [202]. Тоді границі довірчого

інтервалу становлять

[]zZ

Δ=± ⋅ =

±0,000162· 10

-6

м .

Результат опосередкованого вимірювання координати глибини

: (0,000869±0,000162) м при Р=0,95. Максимальна зведена похибка

не перевищує γ=0,7 %.

Рис. 6.17. Результати досліджень постави

а – відомим методом; б –розробленою КОЕС

З мето

ою відомої сис-

теми н

тіла:

ю проведення візуального порівняння на рис. 6.17 наве-

дено зображення постави тіла, отримане за допомог

а основі муарових ліній, що використовується Кунцевським ре-

абілітаційним центром (м. Москва), та розробленою КОЕС.

238

У таблиц наведені порівняльні характерис розробле-

ної КОЕС «VertPro» та відомої системи.

і 6.3. тики

Набір точок отриманих координат глибини для муарової систе-

м носить випадковий характер, що не дозволяє, на відміну в

понованої цьому

кільк

аналіз розробл

и ід запро-

системи, отримати високу роздільну здатність. При

ість точок, що аналізуються, обмежена.

Таблиця 6.3

Порівняльний еного сканера та існуючого

Характеристики «VertPro» Відома КОЕС

1. Максимальна кількість точок, що

аналізуються

6500 2000

2. Визначення глибини + -–

3. Похибка вимірювань координат

глибини, %

1 %; 1,5%

4. Похибка визначення кривизни, % 2% 5%

5. Кількість параметрів, що аналізу-

ються

8 8

6. Діапазон вимірювання, м 0– 0,5 0– 0,45

7. Ціна, грн. 6000 16000

У результаті порівняння КОЕС постави тіла та системи на ос-

нові муарових ліній встановлено, що характеристики запропонованої

системи вищі.

239