RU2679193C2 - Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения - Google Patents

Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения Download PDF

Info

Publication number
RU2679193C2
RU2679193C2 RU2018112718A RU2018112718A RU2679193C2 RU 2679193 C2 RU2679193 C2 RU 2679193C2 RU 2018112718 A RU2018112718 A RU 2018112718A RU 2018112718 A RU2018112718 A RU 2018112718A RU 2679193 C2 RU2679193 C2 RU 2679193C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
energy
photons
average
image
electromagnetic radiation
Prior art date
Application number
RU2018112718A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2018112718A (ru
RU2018112718A3 (ru
Inventor
Анатолий Иванович Мазуров
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательская производственная компания "Электрон" (ЗАО "НИПК "Электрон")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательская производственная компания "Электрон" (ЗАО "НИПК "Электрон") filed Critical Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательская производственная компания "Электрон" (ЗАО "НИПК "Электрон")
Priority to RU2018112718A priority Critical patent/RU2679193C2/ru
Publication of RU2018112718A publication Critical patent/RU2018112718A/ru
Publication of RU2018112718A3 publication Critical patent/RU2018112718A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2679193C2 publication Critical patent/RU2679193C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T1/00—General purpose image data processing

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Apparatus For Radiation Diagnosis (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

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 числафотонов, энергиифотонов и дисперсии D(E) этой энергии. Полученные цифровые сигналы среднего числазарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергиии 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, Uи Uцветного изображения, которые затем направляют на вход монитора. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

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
Figure 00000001
за время регистрации, среднему значению их суммарной энергии
Figure 00000002
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
Figure 00000003
среднее значение энергии этих фотонов
Figure 00000004
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
Figure 00000005
среднее значение энергии
Figure 00000006
и дисперсию этой энергии D(E). Далее в соответствии с системой уравнений:
Figure 00000007
где а 1 а 2, a 3 - постоянные коэффициенты, масштабирующие невидимые спектры в видимую область,
Figure 00000008
Figure 00000009
Figure 00000010
- сигналы, пропорциональные яркости красного, зеленого и синего каналов; параметры
Figure 00000011
Figure 00000012
и D(E) трансформируются в матрице в три сигнала: красный
Figure 00000008
, зеленый
Figure 00000013
и синий
Figure 00000014
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 a 1 а 2 a 3 и не указаны их численные значения; не ясно, как определяются параметры цветности красного (εR,
Figure 00000015
), зеленого (εG,
Figure 00000016
) и синего (εB,
Figure 00000017
) 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
Figure 00000018
Figure 00000019
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
Figure 00000020
фотонов, энергии
Figure 00000021
фотонов и дисперсии D(E) этой энергии, далее цифровые сигналы среднего числа
Figure 00000022
зарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергии
Figure 00000023
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:
Figure 00000024
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,
Figure 00000025
Figure 00000026
Figure 00000027
- средние энергии световых потоков фотонов красного, зеленого и синего каналов монитора,
Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030
- средние значения их квадратов, а
Figure 00000031
и
Figure 00000032
- среднее значение энергии фотонов белого цвета монитора и квадрат указанного среднего значения, соответственно.
Кроме того, средние значения энергии фотонов световых потоков красного
Figure 00000033
зеленого
Figure 00000034
и синего
Figure 00000035
каналов и средние значения их квадратов
Figure 00000036
Figure 00000037
Figure 00000038
рассчитывают по соотношениям:
Figure 00000039
где
Figure 00000040
,
Figure 00000041
,
Figure 00000042
- удельные координаты колориметрической системы монитора
Figure 00000043
причем интегрирование осуществляют по всему диапазону длин волн видимого участка спектра электромагнитного излучения.
Кроме того, среднее значение
Figure 00000044
энергии фотонов белого цвета и среднее значение квадрата
Figure 00000045
энергии фотонов белого цвета рассчитывают по формулам:
Figure 00000046
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
Figure 00000047
среднее значение суммарной энергии
Figure 00000048
и третья составляющая - дисперсия D(E) этой энергии. На следующем этапе полученные средние значения нормируют к их максимальным значениям
Figure 00000049
,
Figure 00000050
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.

Claims (12)

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
Figure 00000051
фотонов, энергии
Figure 00000052
фотонов и дисперсии D(E) этой энергии, после чего цифровые сигналы среднего числа
Figure 00000053
зарегистрированных фотонов, среднего значения их суммарной энергии
Figure 00000054
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
Figure 00000055
Figure 00000056
Figure 00000057
,
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,
Figure 00000058
- средние энергии световых потоков фотонов красного, зеленого и синего каналов,
Figure 00000059
- средние значения их квадратов, а
Figure 00000060
и
Figure 00000061
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
Figure 00000062
зеленого
Figure 00000063
и синего
Figure 00000064
каналов и средние значения их квадратов
Figure 00000065
рассчитывают по соотношениям
Figure 00000066
Figure 00000067
,
где
Figure 00000068
- 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
Figure 00000069
энергии фотонов белого цвета и среднее значение квадрата
Figure 00000070
энергии фотонов белого цвета рассчитывают по формулам
Figure 00000071
Figure 00000072
соответственно.
RU2018112718A 2018-04-10 2018-04-10 Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения RU2679193C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112718A RU2679193C2 (ru) 2018-04-10 2018-04-10 Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018112718A RU2679193C2 (ru) 2018-04-10 2018-04-10 Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018112718A RU2018112718A (ru) 2018-05-30
RU2018112718A3 RU2018112718A3 (ru) 2018-12-25
RU2679193C2 true RU2679193C2 (ru) 2019-02-06

Family

ID=62557437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018112718A RU2679193C2 (ru) 2018-04-10 2018-04-10 Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2679193C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090086903A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Searete LLC, a limited liability corporation of Selective elemental color providing for X-ray fluorescence visualization, imaging, or information providing
US7649975B2 (en) * 2007-09-28 2010-01-19 Searete Llc X-ray fluorescence visualizing, imaging, or information providing of chemicals, compounds, or biological materials
US7653173B2 (en) * 2007-09-28 2010-01-26 Searete Llc Combining X-ray fluorescence visualizer, imager, or information provider
RU2507542C2 (ru) * 2012-08-27 2014-02-20 Асхат Хайдарович Кутлубаев Способ визуализации электромагнитных излучений и устройство для его реализации
RU2565350C1 (ru) * 2014-06-09 2015-10-20 Асхат Хайдарович Кутлубаев Способ и устройство визуализации электромагнитных излучений

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090086903A1 (en) * 2007-09-28 2009-04-02 Searete LLC, a limited liability corporation of Selective elemental color providing for X-ray fluorescence visualization, imaging, or information providing
US7649975B2 (en) * 2007-09-28 2010-01-19 Searete Llc X-ray fluorescence visualizing, imaging, or information providing of chemicals, compounds, or biological materials
US7653173B2 (en) * 2007-09-28 2010-01-26 Searete Llc Combining X-ray fluorescence visualizer, imager, or information provider
RU2507542C2 (ru) * 2012-08-27 2014-02-20 Асхат Хайдарович Кутлубаев Способ визуализации электромагнитных излучений и устройство для его реализации
RU2565350C1 (ru) * 2014-06-09 2015-10-20 Асхат Хайдарович Кутлубаев Способ и устройство визуализации электромагнитных излучений

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
БЛИНОВ Н.Н. и др. "Визуализация медицинских изображений в цвете", МЕДИЦИНСКАЯ ТЕХНИКА, 5(282) 2013. МАЗУРОВ А.И. и др. "Квантовая модель низшей метрики цвета", БИОМЕДИЦИНСКАЯ РАДИОЭЛЕКТРОНИКА, 1/2013. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018112718A (ru) 2018-05-30
RU2018112718A3 (ru) 2018-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. CID: IQ–a new image quality database
EP3269295A1 (en) Image processing device
JP3129502B2 (ja) 測色方法及びその装置
US7884980B2 (en) System for capturing graphical images using hyperspectral illumination
US20100156921A1 (en) Methods and devices useful for analyzing color medical images
JP3248001B2 (ja) 三次元カラードプラ画像表示方法及びその装置
US20090303330A1 (en) Radiometric calibration using temporal irradiance mixtures
EP3425895A1 (en) Evaluation device, evaluation method, and camera system
CN107547807A (zh) 用于减少空间闪烁伪影的装置和成像系统
US20190239729A1 (en) Remote monitoring of a region of interest
JP6891304B2 (ja) 内視鏡システム
DE19833742A1 (de) Vorrichtung und Verfahren für die automatische Farbtemperaturkorrektur
CN111292279A (zh) 一种基于彩色图像融合的偏振图像可视化方法
RU2679193C2 (ru) Способ визуализации в цвете изображений различных диапазонов спектра электромагнитного излучения
US10057566B2 (en) Depth of field indication using focus-peaking picture markers
US6710321B2 (en) Display image quality measuring system
Yamaguchi et al. Natural vision: Visual telecommunication based on multispectral technology
KR20140137715A (ko) 엑스레이 검출 장치 및 방법
KR102350164B1 (ko) 멀티스펙트럴 이미징 변환 방법
JP2005167444A (ja) 分光特性推定を行なう画像処理装置
JP4133303B2 (ja) ディスプレイ画質測定システム
US20220280026A1 (en) Method of image enhancement for distraction deduction
Kane et al. Is there a preference for linearity when viewing natural images?
Luo A colour management framework for medical imaging applications
US20240169955A1 (en) Image display system, image display method, image display program, and image display device