Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор методов визуализации объемных изображений 12
Глава 2. Разработка параллельного метода синтеза сигнала возбуждения акустооптического дефлектора для формирования акустической голограммы 30
2.1. Модель дифракции когерентного оптического поля на акустооптическом дефлекторе 30
2.1.1. Спектр сигнала с частотно-модулированным заполнением 37
2.1.2. Оператор свободного пространства 41
2.1.3. Физика работы тонкой линзы 51
2.1.4. Построение алгоритмической модели 54
2.1.5. Схема вычислений 56
2.1.6. Паразитные эффекты компьютерной модели 58
2.2. Математическое моделирование оптических полей 62
Глава 3. Выбор источников трехмерной информации для формирования объемных изображений, разработка системы визуализации объемных изображений 73
3.1. Разработка алгоритма восстановления трехмерной структуры сцен по их плоским изображениям 73
3.1.1. Теоретические аспекты восстановления трехмерной структуры сцен по их плоским изображениям 73
3.1.2. Разработка алгоритма восстановления третьей координаты объекта по его двум плоским угловым ракурсам 80
3.1.2.1. Фильтрация изображения 81
3.1.2.2. Выделение одноименных областей на изображениях стереопары 84
3.1.2.3. Нахождение диспарантности 85
3.2. Кодирование компьютерных 3D изображений и анимации в формате пакета 3D Studio Мах и кодирование стереофильмов 87
3.3. Кодирование информации ангиографических сканирующих установок 90
3.4. Описание структуры системы визуализации объемных изображений 93
3.5. Разработка функциональных схем электронных блоков системы визуализации 100
3.5.1. Укрупненная функциональная схема цифрового блока и блока синхронизации 101
3.5.2. Разработка принципиальной схемы и печатной платы цифрового блока системы визуализации 103
3.5.3. Укрупненная функциональная схема радиоэлектронного блока 105
3.5.4. Разработка принципиальной схемы и печатной платы радиоэлектронного блока системы визуализации 106
3.6. Разработка драйвера связи с системы визуализации 107
3.7. Разработка конструкции оптической части системы визуализации 108
3.8. Разработка корпуса проекционного блока, конструкции крепления оптических и электронных блоков 109
3.9. Экспериментальная установка системы визуализации объемных изображений 110
Выводы по результатам исследований третьей главы 116
Глава 4. Экспериментальные исследования системы визуализации объемных изображений, поиск оптимальных режимов работы отдельных блоков системы 117
4.1. Настройка отдельных блоков системы визуализации объемных изображений 117
Выводы по результатам исследований четвертой главы 155
Заключение 156
Список литературы 159
Приложение
- Спектр сигнала с частотно-модулированным заполнением
- Разработка алгоритма восстановления третьей координаты объекта по его двум плоским угловым ракурсам
- Кодирование информации ангиографических сканирующих установок
- Разработка корпуса проекционного блока, конструкции крепления оптических и электронных блоков
Введение к работе
Системы визуализации объемных изображений в настоящее время интенсивно развиваются во всех передовых странах мира с использованием различных современных технологий. До недавнего времени развивались в основном стереосистемы, основанные на «обмане мозга» наблюдателя, но в последнее время они вызывают меньший интерес у потребителей из-за существенных непреодолимых недостатков. Развивающиеся в настоящее время классические голографические системы, использующие дифракцию оптических полей на двумерных динамических голограммах являются наиболее перспективными по качественным показателям, но пока далеки по своим основным параметрам от практической реализации. Существенно дальше продвинулись методы визуализации объемных изображений, основанные на проекционных системах, формирующих объемные изображения поточечно в реальном или иллюзорном объеме пространства. Такие системы в ближайшее время должны достигнуть по количеству воспроизводимых точек качества плоских мониторов. Как правило, они используют формирование оптических изображений в виде ряда плоских планов с их переносом в пространстве и увеличением посредством сложных качественных оптических или голографических объективов без применения дифракции оптических полей.
Одна из актуальных задач при разработке голографических систем -синтез динамических голограмм, но она слишком сложна для практической реализации при синтезе голограмм в двумерном виде. В рассматриваемой работе эта задача формулируется применительно к синтезу одномерных динамических голограмм, что резко упрощает ее решение. Синтез таких одномерных голограмм можно применить к имеющим большое практическое значение лазерным проекционным системам визуализации плоских и объемных изображений на базе акустооптических дефлекторов (АОД).
4 Полученные в диссертации результаты позволяют применить перспективный
синтез одномерных голограмм совместно с поточечным формированием
объемных изображений, что обусловливает актуальность работы.
Цель диссертационной работы заключается в исследовании дифракции когерентных оптических полей на ультразвуковых голограммах и разработке лазерной проекционной системы визуализации объемных и плоских изображений на основе этой технологии с применением акустооптического дефлектора (АОД).
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
обзор направлений и методов визуализации объемных изображений и выбор и обоснование наиболее перспективных направлений для дальнейшего их развития в диссертационной работе;
разработка математической модели дифракции поля на ультразвуковой акустической голограмме, обоснование метода синтеза голограммы в виде суммы гармонических дифракционных решеток для параллельного вывода после дифракции оптического поля в виде строки точек, обоснование закона изменения начальных фаз гармонических дифракционных решеток для обеспечения максимальной эффективности дифракции;
математическое моделирование дифракции когерентного оптического поля на ультразвуковых акустических голограммах при большом количестве точек моделирования (до 20 - 40 миллионов точек) в пространстве, как в дальней, так и в ближней зоне дифракции,
разработка экспериментальной системы объемной визуализации, построенной по принципу дифракции на ультразвуковых акустических голограммах;
разработка и отладка алгоритма и программы вывода плоских и объемных изображений и драйвера для системы объемной визуализации;
экспериментальные исследования и выбор источников трехмерной информации для кодирования, разработка алгоритмов и программ
5 восстановления трехмерной информации по плоским угловым ракурсам
медицинских многоракурсных систем и стереосистем, разработка алгоритмов
и программ кодирования информации из пакета трехмерного моделирования
(3D Studio Мах) и формирования сигнала, создающего ультразвуковые
голограммы в апертуре АОД;
экспериментальные исследования режимов работы блоков в системе визуализации и анализ их влияния на качество изображений;
поиск совместных оптимальных режимов работы блоков в системе для получения эффективной дифракции и формы оптических фронтов, на этой основе синтез динамических объемных изображений;
исследование качества динамических изображений, его оптимизация, коррекция аппаратуры и программного обеспечения.
В работе используется математический аппарат теории дифракции, линейной алгебры, многомерного быстрого преобразования Фурье, математический аппарат визуализации трехмерных изображений библиотек Open GL. Для подтверждения разработанного метода в работе используется математический эксперимент на компьютере и физический эксперимент дифракции когерентных оптических полей на акустических голограммах, возбуждаемых радиосигналом в акустооптическом дефлекторе. Для визуализации объемных изображений используются цилиндрические растры микролинз, голограмма светящейся точки и вращающийся визуализатор.
В диссертации получены следующие новые научные результаты:
1. Разработана математическая модель дифракции поля на акустической
голограмме, обоснован метод синтеза ультразвуковой голограммы в виде
суммы гармонических дифракционных решеток для параллельного вывода
после дифракции оптического поля в виде массива подсвеченных точек.
2. Обоснован закон изменения начальных фаз гармонических
дифракционных решеток для обеспечения максимальной эффективности
дифракции.
3. Разработан алгоритм и программа восстановления трехмерной информации по плоским угловым ракурсам медицинских многоракурсных систем и стереосистем, разработан алгоритм и программа кодирования этой информации и информации из пакета трехмерного моделирования (3D Studio Мах) в выборки радиосигнала, формирующего ультразвуковые голограммы в апертуре АО Д.
»
1. Метод синтеза одномерной динамической ультразвуковой
голограммы на основе обратного дискретного преобразования Фурье заданного амплитудного и фазового распределения оптического поля, позволяющий параллельно в дальней зоне дифракции формировать строку светящихся точек, причем каждая точка строки имеет свою амплитуду и радиус волнового фронта.
Закон распределения начальных фаз гармонических составляющих ультразвуковой голограммы, позволяющий получить максимальную эффективность дифракции - до 90% от дифракции на гармонической дифракционной решетке при сохранении точности воспроизведения оптического поля в дальней зоне дифракции.
Алгоритм математического моделирования распределения когерентных оптических полей в пространстве после дифракции на ультразвуковых голограммах с применением быстрого преобразования Фурье и перемножения пространственных спектров как в ближней, так и в дальней зоне для ускорения расчетов и повышения точности.
Алгоритм восстановления координаты глубины точек по стереопаре изображений на основе целочисленных операций, позволяющий вести обработку в реальном времени.
Разработанная система позволяет выводить динамические плоские изображения ТВЧ формата повышенного качества и яркости на большие экраны и на любые криволинейные поверхности (шар, цилиндр), поскольку разработанный метод формирует оптическое изображение высокой четкости в пределах большого пространства дальней зоны дифракции по продольной координате.
Разработанная лазерная проекционная система формирует объемные изображения при применении в качестве визуализатора, как растра микролинз с голограммой светящейся точки, так и вращающегося экрана.
Предложенное алгоритмическое обеспечение на основе быстрого преобразования Фурье и перемножения пространственных спектров для моделирования распределения оптических полей после дифракции ускоряет расчеты в 6-8 раз по сравнению с применением алгоритмов численного решения интегрального уравнения дифракции.
Разработанный алгоритм восстановления координаты глубины точек по стереопаре изображений на основе целочисленных операций аппаратно позволяет реализовать восстановление координаты глубины залегания пикселей для стандартных видеопотоков в реальном времени, что до настоящего времени на практике не реализовывалось.
Основные положения диссертации защищены патентом на полезную модель №60233 от 10.01.2007.
Основные результаты работы получены в процессе выполнения двух хоздоговорных НИОКР в 2006 - 2008 в ЗАО «Системы объемной визуализации и анимации» (ГК от 30.06.2006 г. № 4462р/6849 и от 28.12.2007 г. № 5568р/6849) и госбюджетной НИР федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» в 2009 -2010 г. на кафедре РЭС СПбГЭТУ (ЛЭТИ) (ГК от 29.10.2009 г. № П1927).
8 На основе материалов диссертации была разработана система захвата,
визуализации и архивации плоских и объемных динамических изображений
для ангиографических установок. Система была внедрена в СПб ГУЗ
«Городская многопрофильная больница №2» на ангиографическую
установку фирмы Siemens. Она в 2 раза увеличила количество проводимых
диагностических исследований и неинвазивных операций с применением
высокотехнологичного цифровой рентгеноскопии, повысила их
эффективность. Также материалы диссертации использованы в научных
разработках кафедры и в учебном процессе.
Основные теоретические и практические результаты диссертации были доложены и обсуждались на 1-ой международной молодежной научной конференции по интеллектуальным технологиям и системам «ЮНИ-ИНТЕЛ, 2010» (озеро Селигер, 20 Юг), международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте» (Одесса, 20 Юг), а также на внутривузовских научно-технических конференциях в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» в 2006-2010 гг. и на научных семинарах кафедры радиоэлектронных средств СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 5 статьях и докладах, из них по теме диссертации 5, среди которых 2 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 3 публикации в других изданиях. Доклады доложены и получили одобрение на 2 международных научно-практических конференциях.
Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, 10 приложений и списка литературы, включающего 89 наименований. Основная часть работы изложена на 166 страницах и содержит 78 рисунков.
Спектр сигнала с частотно-модулированным заполнением
При модуляции частоты колебания по отличающемуся от гармонического закону нахождение спектра колебания усложняется. Выбор наиболее удобного метода анализа зависит от характера модулирующей функции. Далее рассматривается широко распространенный сигнал со сложным спектром — импульс с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ импульс). Подобный сигнал и его закон изменения частоты заполнения изображен на рисунке 2.5. выражением: есть скорость линейного изменения частоты внутри импульса. Тогда мгновенное значение колебания, представленного на рис. 2.5, можно записать в виде Поскольку /д определяет ширину спектра рассматриваемого сигнала, параметр т можно трактовать как базу ЛЧМ сигнала. С учетом (2.18) выражение (2.16) можно записать в форме: При определении S(co) в области положительных частот второе слагаемое можно отбросить. В первом слагаемом показатель степени в подынтегральной функции целесообразно дополнить до квадрата разности Графики зависимости (2-Jm/A0Tc)S(co) от (о)-со0)/й)д (рис. 2.6, я, б и в) показывают, что при больших значениях т форма s(a ) приближается к прямоугольной и ширина спектра близка к величине 2соа. При этом фазовая характеристика \у/(со\ принимает вид квадратичной параболы, то есть ведет себя аналогично изменению фазы ЛЧМ сигнала во временной области (рис. 2.6, в). Следует заметить близость вида формы АЧХ спектра и огибающей во временной области ЛЧМ сигнала при т 100. То есть и во временной и в частотной области такой сигнал обеспечивает минимальный пик-фактор. При со = со0 их=и2 =sfm/2, так что при больших значениях ти со = а 0 когда С(и,)«С(г/2)«0.5 и S{ux) S(u2) 0.5, Квадратный корень в выражении (2.30) обращается в V2, а S(a0) A0Tc/2 . На рис. 2.7 показана структура АЧХ и ФЧХ спектра ЛЧМ импульса при Р 0 на всей оси частот.
В области отрицательных частот ФЧХ по знаку обратна фазовой характеристике спектра при положительных частотах. При р 0, т. е. при убывании частоты внутри радиоимпульса, знак минус перед правой частью выражения (2.31) должен быть изменен на обратный[18]. Далее рассматривается распространение оптического поля, промодулированного радиосигналом в свободном пространстве. Источником дифрагирующего в АОД излучения служит лазер. Время когерентности г0 лазерного излучения на много порядков превышает время когерентности нелазерных источников. Излучение, применяемого в исследовательской установке DPSS лазера импульсного действия имеет длину волны 1 = 632,8 нм со стабильностью АЯ/Я = 10 И и даже выше. Лазер испускает свет в виде пучка диаметром 9 мм с линейной поляризацией не хуже 1:103. Благодаря этим свойствам лазерного света его распространение может быть описано достаточно строго в рамках элементарной теории идеально монохроматических волн. Предполагается, что световые волны линейно поляризованы в одном и том же направлении, и это позволяет описать световую волну в скалярном приближении. Под функцией E(T,t) понимается компонента напряженности электрического поля в световой волне. Монохроматическую плоскую волну можно записать следующим образом: со - круговая частота, г - радиус вектор точки наблюдения, к - волновой вектор. Для упрощения далее накладывается ограничение приближения линейной оптики без нелинейных эффектов. В этом случае над полями производятся лишь линейные операции и можно использовать комплексное представление для волн. Это справедливо для дифракции на АОД, поскольку изменение показателя преломления линейно зависит от радиосигнала, а распространяющееся оптическое поле также не претерпевает нелинейных эффектов.
Разработка алгоритма восстановления третьей координаты объекта по его двум плоским угловым ракурсам
Добавляя девиацию частоты в синусоидальный сигнал по линзовому закону, можно управлять положением перетяжки пучка, то есть положением светящейся точки по оси Z. Поскольку второй канал АОД возбуждается аналогичным сигналом, то его параметры определяют положение линии таких точек по второй поперечной координате в плоскости голограммы по оси Y и положение точек по оси Z. В АОД происходит перемножение дифрагированных полей по двум ортогональным каналам. Результаты математического эксперимента подтверждают работоспособность и эффективность разработанного метода синтеза. На рисунке 2.20 показаны результаты моделирования распределения поля после дифракции при возбуждении АОД суммой трех синусоидальных сигналов со своими частотами и девиациями частоты в соответствии с выражением (2.62). Видно, что положение перетяжек (светящихся точек) у каждого пучка смещено за счет девиации частоты. На рисунке 2.21 демонстрируется результат моделирования оптического поля при дифракции при возбуждении АОД
Для более точной оценки степени ухудшения качества изображения и эффективности дифракции, было проведено моделирование распределения поля после дифракции при формировании 2-мерных изображений с применением акустооптического модулятора, возбуждаемого радиосигналом в соответствии с выражением (2.61). На Рис. 2.22 показаны восстановленные изображения после преобразования оператором пространства. На рисунке показано восстановленное в дальней зоне распределение поля при моделировании дифракции на акустооптическом модуляторе, при этом использовался закон изменения фазы гармоник радиосигнала в соответствии с выражением (2.61). Хорошо видно, что изображение имеет высокую четкость (порядка 750 разрешимых линий по Рэлею). Эффективность дифракции составляет 90% от эффективности дифракции с применением ЛЧМ сигнала. На рис. 2.23 показаны пространственное распределение поля при дифракции на акустооптическом модуляторе с применением синтеза радиосигнала со случайным распределением начальных фаз гармонических радиосигналов по равномерному закону. Видно, что появилась четко выраженная дисперсность изображения. Эффективность дифракции составляет 76% от эффективности дифракции с применением ЛЧМ сигнала. Такая дополнительная дисперсность обусловлена взаимным изменением яркости соседних гармоник, для которых возникло «неудачное» сочетание случайных начальных фаз. При их суммировании по всей апертуре дефлектора со знаком в полученной сумме амплитуда одной гармоники уменьшилась по сравнению с амплитудой другой соседней гармоники. 1. Разработана математическая модель дифракции поля на ультразвуковой акустической голограмме. 2. Обоснован метод синтеза голограммы в виде суммы гармонических дифракционных решеток для параллельного вывода после дифракции оптического поля в виде строки точек. 3. Обоснован закон изменения начальных фаз гармонических дифракционных решеток для обеспечения максимальной эффективности дифракции. 4. Проведено математическое моделирование дифракции когерентного оптического поля на ультразвуковых акустических голограммах при большом количестве точек моделирования (до 20 - 40 миллионов точек) в пространстве, как в дальней, так и в ближней зоне дифракции.
Кодирование информации ангиографических сканирующих установок
Проведены экспериментальные исследования для нахождения интерфейса связи с медицинскими сканирующими установками (ангиографическими системами). В результате наиболее приемлемым интерфейсом оказался режим работы установки, когда при круговом сканировании образуется до 10 -12 плоских угловых ракурсов рентгеновского изображения. Разработан алгоритм, который по этим угловым ракурсам восстанавливает три координаты для каждого пикселя оцифрованного рентгеновского изображения. Алгоритм выбирает опорный ракурс, разбивает его и остальные ракурсы на объекты пороговым способом по яркости в соответствии с выражением (3.9), далее для этих объектов в остальных ракурсах относительно опорного оцениваются взаимные корреляционные функции областей при их сдвигах и ищутся максимумы этих корреляционных функций. Диспарантность оценивается для положения этих максимумов с учетом (3.10). По полученным диспарантностям, учитывая геометрию системы, оценивается глубина залегания областей на опорном ракурсе. Верификация работы алгоритма проводилась для рентгеновского изображения дерева сосудов левого полушария мозга. Визуальный контроль проводился с помощью построения аксонометрии изображения и его просмотр под различными угловыми ракурсами с применением Open GL. На рис. 3.10 показаны два из десяти исходных плоских угловых ракурсов дерева сосудов мозга человека. На рис. 3.11 показана аксонометрия трехмерного изображения дерева сосудов мозга, построенная с применением Open GL. Для достижения универсальности дальнейшего кодирования в выборки радиосигнала для системы визуализации полученная трехмерная информация кодируется в формат пакета 3D Studio Мах. Ниже рассматривается формат объемных кадров после кодирования информации от всех источников трехмерной информации для разрабатываемой системы визуализации.
Математическое моделирование показало, что необходимое и достаточное число выборок радиосигнала для покрытия всей апертуры АОД равно 1700 дискретам, но для цифрового синтеза радиосигнала и реализации требуемого числа строк в объемном кадре удобнее число кратное степени 2, поэтому выбрано число дискретов представления радиосигнала в цифровом виде 2048. Это число обеспечивает необходимое число точек разрешения в пространстве. Частота дискретизации 100 МГц, следовательно, одна строка при этом во времени займет 20 мкс. При чересстрочной развертке 25 Гц при этом в кадре будет 1000 строк, в каждой строке 500 - 750 точек с произвольными координатами X, Y и Z. Моделирование также показало, что для реализации аналогового радиосигнала, несущего сумму синусоидальных гармоник со своими частотами, амплитудами и девиациями частот достаточно одного байта представления по амплитуде на один дискрет выборки. Таким образом, выборка радиосигнала для представления одной строки объемного изображения состоит из 2048 байт. Поскольку при суммировании таких сигналов необходимо обеспечить минимальный пик-фактор, то есть максимальную среднюю мощность для обеспечения высокой эффективности дифракции, разработана соответствующая программная процедура перекодировки пикселей с координатами X, Y, Z и яркостью одной строки в выборки радиосигнала в соответствии с выражением (2.62). Ниже рассматривается разработка аппаратуры для экспериментальных исследований и формирования объемных изображений.
В соответствии с предложенной технологией дифракции когерентного оптического поля на акустических голограммах в данной главе разрабатывается система визуализации плоских и объемных изображений на ее основе.
Разрабатываемая система относится к области технической физики и может быть использована для визуализации динамических объемных трехмерных объектов и сцен на голограмме или растре микролинз. При этом сцену можно оглядывать с различных углов, поэтому области применения -проектирование сложных конструкций в аэрокосмической промышленности, воспроизведение изображений различных сканирующих установок в медицине, динамическая реклама и т.д.
Системы воспроизведения в реальном объеме пространства имеют, как правило, электромеханические устройства развертки (например, вращающиеся экраны) [21,29]. Главная проблема при создании как плоского, так и объемного лазерного изображения - очень большое количество точек и высокая скорость развертки при применении растрового способа формирования изображения. В настоящее время появились проекционные системы с высокой скоростью развертки и методы модуляции и управления оптическим пучком с высоким качеством разрешения.
Сканирование лазерным лучом с высокой скоростью и эффективностью обеспечивают как зеркальные системы так и акустооптические системы (частоты сканирования до десятков мегагерц), но при этом обязательно задается жесткий закон развертки луча (чаще линейно изменяющийся по строкам и кадру) с формированием плоского растра. При этом само изображение формируется амплитудной модуляцией луча или отклонением малых парциальных лучей в микромеханических параллельных зеркальных системах, то есть дополнительным блоком, который непроизводительно гасит энергию луча и собственно сам обязательно вносит дополнительные потери по свету. Существуют зеркальные и акустооптические системы управления угловым положением лазерного луча по двум взаимно перпендикулярным координатам X и Y. Отличие зеркальных систем — они создают изображение или голограмму изображения в плоскости, а затем проекционный объектив переносит изображение в дальнюю зону. При этом резкость изображения обеспечивается в относительно небольшом объеме визуализации [22], поэтому требуется несколько слоев LCD транспарантов в качестве объема визуализации.
Разработка корпуса проекционного блока, конструкции крепления оптических и электронных блоков
Все оптические узлы расположены на одной оптической оси. Были разработаны детали крепления оптических узлов. Лазер жестко крепится на алюминиевой пластине. На выходе лазера установлен телескопический объектив, уширяющий пучок 1:30. Остальные узлы крепятся специальными оптическими держателями с котировочными элементами по поперечным координатам X и У. В приложении 5 приведены чертежи деталей конструкции крепления акустооптического дефлектора и обратного телескопического объектива. Из чертежей видно, что АОД и объектив могут быть отъюстированы по поперечным координатам X и У и продольной координате Z относительно лазера. Объектив крепится к кронштейну с помощью винтов и крепления В, а кронштейн устанавливается на основание проекционного блока с помощью фланца и винтов. АОД крепится на держатель с помощью винтов, а держатель винтами крепится к основанию проекционного блока. В держателе предусмотрена щель для пропускания оптического пучка, а в основании держателя предусмотрено отверстие диаметром 15 мм для подключения к АОД разъема с радиосигналом канала У. Чертежи разрабатывались с применением пакета AutoCAD. Промодулированныи лазерный пучок попадает в дальней зоне на оптический растр и голограмму (рис. 3.18) на держателе, формируя объемное изображение позади голограммы.
В качестве держателя использован оптический столик на оптическом рельсе с регулировками по всем трем координатам для юстировки. Для экспериментальных исследований режимов работы блоков системы визуализации собрана экспериментальная установка в соответствии с рис. 3.19. Тестовые данные для настройки блоков формировались в IBM PC специальным тестовым программным обеспечением. В набор тестовых данных входят меандровые сигналы с различными периодами, синусоидальные сигналы различных частот, синусоидальные сигналы с линейно изменяющейся частотой и синусоидальные сигналы с меняющееся частотой и девиацией частоты. Использовались при настройке и собственно закодированные плоские и объемные изображения. Применяя цифровой осциллограф с полосой 60 МГц контролировались сигналы в ряде точек схемы цифрового блока при смене параметров драйвера и внутренней схемы ПЛИС XILINX. Используя цифровой осциллограф с полосой 150 МГц контролировались сигналы на входе и выходе радиоэлектронного блока и контролировался спектр сигналов. При этом менялись параметры уровня радиосигнала в усилителях и менялась полоса и затухание вне полосы фильтров. Контроль качества изображений проводился также по свету непосредственно на растре микролинз с помощью измерителя оптической мощности и цифрового фотоаппарата. Ниже рассматриваются методы настройки отдельных блоков и системы в целом, а также экспериментальные исследования на основе разработанной установки. 1. Разработаны алгоритмы и программы восстановления трехмерной информации по плоским угловым ракурсам медицинских многоракурсных систем и стереосистем. 2. Разработаны алгоритмы и программы кодирования информации из пакета трехмерного моделирования (3D Studio Мах) в выборки радиосигнала, формирующего ультразвуковые голограммы в апертуре АОД. 3.
Разработаны функциональные и принципиальные схемы электронных блоков системы объемной визуализации, построенной по принципу дифракции на ультразвуковых акустических голограммах, а также разработаны печатные платы системы объемной визуализации. 4. Разработаны и отлажены программы вывода плоских и объемных изображений и программа драйвера для системы объемной визуализации. Перед комплексной настройкой аппаратуры необходимо настроить совместную работу аппаратуры и программы цифрового блока системы объемной визуализации. В плате цифрового блока подсчетом числа выводимых строк в объемном кадре и синхронизацией вывода строк с импульсами лазера занимается управляющая программа однокристального микроконтроллера фирмы Atmel T89C51ED2. Он совместим с микроконтроллерами 51 архитектуры фирмы Intel. Для разработки и отладки управляющей программы микроконтроллера использован стандартный ассемблер Asm51. Полученный HEX модуль загружался в микроконтроллер по последовательному интерфейсу из IBM PC компьютера с использованием пакета программ Flip и аппаратного загрузчика микроконтроллера. Для отладки управляющей программы совместно с аппаратурой цифрового блока, плата цифрового блока вставлялась в слот шины PCI IBM PC. К входу синхронизации платы подключался выход синхронизации лазера. Двухлучевым цифровым осциллографом контролировались сигналы с выхода микроконтроллера начала вывода строки в АОД относительно импульсов синхронизации лазера. Затем контролировались импульсы с выхода синхронизации лазера относительно кадровых импульсов переключения банков видеопамяти, выводимых микроконтроллером. Схема настройки и отладки программы показана на рис. 4.1.
