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
G01N23/00 - Исследование или анализ материалов радиационными методами, не отнесенными к группе G01N 21/00 или G01N 22/00, например с помощью рентгеновского излучения, нейтронного излучения (G01N 3/00-G01N 17/00 имеют преимущество; измерение силы вообще G01L 1/00; измерение ядерного или рентгеновского излучения G01T; введение объектов или материалов в ядерные реакторы, извлечение их из ядерных реакторов или хранение их после обработки в ядерных реакторах G21C; конструкция или принцип действия рентгеновских аппаратов или схемы для них H05G)

Владельцы патента RU 2679193:

Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательская производственная компания "Электрон" (ЗАО "НИПК "Электрон") (RU)

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 UR, UG и UB цветного изображения, которые затем направляют на вход монитора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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.

1. 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, после чего 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 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 видеопроцессора, - средние энергии световых потоков фотонов красного, зеленого и синего каналов, - средние значения их квадратов, а и среднее значение энергии фотонов белого цвета и квадрат указанного среднего значения, соответственно.

2. Способ по п. 1, в котором средние энергии фотонов световых потоков красного зеленого и синего каналов и средние значения их квадратов рассчитывают по соотношениям

,

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

3. Способ по п. 1, в котором среднее значение энергии фотонов белого цвета и среднее значение квадрата энергии фотонов белого цвета рассчитывают по формулам

соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области видеокодирования. Технический результат – повышение эффективности обработки видеоданных.

Изобретение относится к области обработки информации. Технический результат заключается в повышении точности указания позиции объекта дополненной реальности (AR) за пределами области отображения блока отображения изображения.

Изобретение относится к области вычислительной техники для обработки информации. Технический результат заключается в повышении скорости обработки информации для модификации изображения.

Изобретение относится к способам управления виртуальной реальностью (VR). Технический результат заключается в повышении точности ввода данных.

Группа изобретений относится к системе выбора устройств интерфейса пациента, которая использует 3-D модели. Способ, в котором: создают 3-D модель лица пациента, а также каждого из лиц; и предоставляют 3-D модель лица пациента системе выбора устройства интерфейса пациента; предоставляют 3-D модели лиц системе выбора устройства интерфейса пациента.

Изобретение относится к области геоинформационных технологий в сфере инженерных сетей с элементами дополненной реальности. Техническим результатом является обеспечение точного отображения расположения инженерных коммуникаций, скрытых за непрозрачным препятствием, что позволяет безопасно проводить земляные работы.

Изобретение относится к области управления элементами графического пользовательского интерфейса. Технический результат – расширение арсенала технических средств в части управления элементами графического пользовательского интерфейса.

Изобретение относится к области видеосъемки. Технический результат – создание видеокамеры с увеличенной функциональностью за счет отсутствия необходимости использования внешних вычислительных систем и сетевой инфраструктуры для обработки и анализа видеоизображения.

Изобретение относится к области выбора интерфейсного устройства для пациента. Технический результат – улучшение путей выбора для пациента подходящего интерфейсного устройства пациента.

Изобретение относится к области вычислительной техники, а более конкретно к отображению лица объекта на объемный трехмерный дисплей. Технический результат – повышение точности отображения трехмерного лица объекта на трехмерное устройство отображения.

Изобретение относится к обнаружению медленных нейтронов. Устройство обнаружения медленного нейтрона содержит первый преобразователь медленных нейтронов и второй преобразователь медленных нейтронов, выполненные с возможностью взаимодействия с падающими нейтронами и генерирования электронов, устройство умножения и считывания электронов, расположенное между первым преобразователем медленных нейтронов и вторым преобразователем медленных нейтронов и выполненное с возможностью умножения и считывания электронов, причем устройство умножения и считывания электронов содержит первый катодный проводной набор, второй катодный проводной набор и проводной набор считывающего электрода.

Группа изобретений относится к системам формирования изображений позитронно-эмиссионной томографии (PET). Детекторная матрица для системы формирования изображений содержит матрицу сцинтиллирующих кристаллов, при этом каждый кристалл включает в себя множество боковых поверхностей, причем по меньшей мере фрагмент по меньшей мере одной боковой поверхности сцинтиллирующего кристалла сконфигурирован лазерным травлением боковой поверхности, чтобы диффузно отражать свет обратно в по меньшей мере один кристалл; и матрицу фотодатчиков, оптически связанную с матрицей сцинтиллирующих кристаллов.

Планарный полупроводниковый детектор предназначен для регистрации излучений в ядерной физике, физике высоких энергий, а также в цифровых аппаратах, регистрирующих заряженные частицы, гамма-кванты и рентгеновское излучение.

Изобретения относятся к области медицины, физики высоких энергий и разведки природных ресурсов и могут быть использованы в томографах и счётчиках излучения. Люминофоры со структурой граната содопированы одновалентным или двухвалентным катионом по меньшей мере одного типа при молярном отношении 7000 м.д.

Изобретения относятся к неорганической химии и медицине и могут быть использованы при изготовлении сцинтилляторов. Сначала получают порошок общей формулы M1aM2bM3cM4dO12 (1), где O – кислород; M1, M2, M3 и M4 - отличные друг от друга металлы; сумма a+b+c+d составляет примерно 8; «a» от 2 до 3,5; «b» от 0 до 5; «c» от 0 до 5; «d» от 0 до 1; при этом «b» и «c», «b» и «d» или «c» и «d» не могут быть одновременно равны нулю; M1 - редкоземельный элемент, включая гадолиний, иттрий, лютеций, скандий или их сочетание; M2 - алюминий или бор; M3 – галлий; M4 - соактиватор, выбранный из таллия, меди, серебра, свинца, висмута, индия, олова, сурьмы, тантала, вольфрама, стронция, бария, бора, магния, кальция, церия, иттрия, скандия, лантана, лютеция, празеодима, тербия, иттербия, самария, европия, гольмия, диспрозия, эрбия, тулия или неодима.

Изобретение относится к технологии получения сцинтилляционного кристаллического материала для детекторов излучения, используемых для приборов позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), рентгеновской компьютерной томографии (КТ), различных радиметров в области физики высоких энергий, ресурсодобывающих приборов.

Изобретение может быть использовано в детекторах ионизирующего излучения и КТ-сканерах. Сначала смешивают Y2O3, CeO2, Tb4O7, Al2O3 и Ga2O3, пропитывают один из них или несколько источником V.

Изобретение относится к области практической дозиметрии с использованием для лечения протонов и тяжелых ионов и может быть применено для лучевой терапии при определении поглощенной дозы от радиотерапевтического пучка протонов в тканеэквивалентном фантоме для медицинских целей.

Изобретение относится к устройствам, используемым для обнаружения, измерения и радиационного контроля окружающей среды и радиоактивных излучений от элементов конструкции технологического оборудования.

Изобретение относится к сцинтилляционному составу на основе граната для применения при обнаружении ионизирующего излучения, который может быть использован для обнаружения гамма-квантов в ПЭТ-визуализации.
Изобретение относится к области спектроскопических измерений и касается способа определения тяжелых металлов в почве. При осуществлении способа исследуемый образец почвы наносят слоем толщиной 5-10 микрон на атомно-гладкую поверхность кристалла меди, отжигают при температуре 150°С в течение 5 минут и помещают в вакуумную камеру с давлением остаточных газов на уровне 10-8 миллибар.

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 этой энергии. Полученные цифровые сигналы среднего числа зарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергии и дисперсии энергии D каждого пиксела изображения нормируют к их максимальным значениям в кадре и затем подают в устройство матрицирования для выполнения операции матрицирования и определения цифровых видеосигналов UR, UG и UB цветного изображения, которые затем направляют на вход монитора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх