Введение к работе
Актуальность темы. Существует ряд проблем анализа изображений, которые не могут быть решены или решаются с потерей качественных показателей и времени без знания пространственных характеристик объекта. Трехмерное (объемное) отображение информации дает принципиально новые возможности оценки человеком относительного расположения объектов в пространстве, позволяет повысить скорость реакции человека, распознаваемость и дешифрируемость рассматриваемых объектов.
Перспективно использование средств трехмерного отображения информации в системах управления воздушным движением, компьютерной томографии, ультразвуковой диагностике, конструкторском и архитектурном проектировании и многих других областях человеческой деятельности.
Специфика средств объемной визуализации обусловлена повышенными требованиями к быстродействию радиоэлектронных устройств входящих в их состав, что делает актуальными задачи исследования и разработки методов визуального отображения, при помощи которых качественные параметры пространственных изображений достигаются не слишком дорогой ценой и которые могут быть реализованы в обозр::мом будущем, опираясь на существующий технологический уровень развития производства.
Сказанное относится прежде всего к система.!, в основу которых. положен принцип сканирования оптическим лучом по движущейся рассеивающей поверхности, образующей искусственно сконструированный объем визуализации.
Особенностью визуализации объёмных изображений в таких системах является необходимость управления параметрами оптического излучения с высокой скоростью. Наиболее перспективным устройством, позволяющим управлять оптическим излучением при помощи радиосигналов, является акустооптическнй модулятор (АОМ).
Формирование сигналов возбуждения АОМ для визуализации динамических объемных изображений в реальном времени при ограничением быстродействии вычислительных и цифровых устройств представляет сложную задачу, решение которой требует
разработки новых методов снижения избыточности информации, содержащейся в объемном изображении.
' Требования равномерного воспроизведения яркости по объему изображения и уменьшения геометрических искажений приводят к необходимости поиска сигналов возбуждения АОМ, позволяющих компенсировать неидеальную форму АЧХ акустооптическо-го взаимодействия.
Весьма актуальными являются задачи визуализации непрозрачных и многоцветных трехмерных изображений, решение которых наиболее полно обеспечит наблюдателю эффект объемного восприятия.
Представляют интерес для практики вопросы регистрации пространственных характеристик объектов и их последующее отображение в трехмерных координатах.
Несмотря на большое число публикаций посвященных этим задачам, многие специфические аспекты требуют дальнейших исследований.
Данная работа посвящена теоретическому и экспериментальному исследованию перечисленных вопросов.
Изложенное выше свидетельствует об актуальности темы диссертации.
Целью работы является повышение параметров качества объемного изображения, формируемого оптическим излучением в искусственно сконструированном объеме пространства.
Основные задачи исследования:
исследование путей повышения количества элементов разложения объемного изображения и разработка методов уменьшения избыточности информации для обеспечения отображения в реальном времени;
разработка методов формирования сигнала возбуждения АОМ с заданным составом амплитудного спектра;
анализ влияния фазового спектра сигнала на энергетические и информационные потери в представляемом объемном
- изображении;
разработка методов прецизионного измерения пространственных характеристик объектов, позволяющих построить систему регистрации, и отображения объемных изображений;
разработка на основе результатов теоретических иссле-
дований радиоэлектронных устройств и их экспериментальная проверка в составе объемного индикатора.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.
Впервые рассмотрены вопросы визуализации изображений в искусственно сконструированном объеме пространства с точки зрения связи субъективных параметров качества объемного изображения и требований к радиоэлектронным устройствам формирования ' сигналов возбуждения акустооптического модулятора, при помощи которого осуществляется, управление параметрами оптического излучения.
Определены характеристики сигналов возбуждения АОМ о заданным составом амплитудного спектра, позволяющие обеспечить равномерное воспроизведение яркости по объему изображения.
Выполнена оценка возможностей оптимизации фазового спектра сигнала с целью минимизации динаШчёокого диапазона тракта йозбуждения АОМ.
С учетом особенностей визуализации изображений в искусственно сконструированном объеме, предложены методы снижения избыточности информации, основанные на формировании сигналов возбуждения АОМ, соответствующих "семантическим" базисным изображениям.
Предложен способ формирования непрозрачных объемных монохроматических и цветных изображений и устройства его реализующие .
Предложен способ измерения временных интервалов, пригодный для разработки систем прецизионного измерения пространственных характеристик объекта;
Предложено оптоэлёктронное устройство контроля режима работы АОМ при модуляции его гармоническим сигналом.
Практическая значимость работы. В диссертационной работе исследованы возможности совершенствования радиоэлектронных устройств объемного индикатора, оказывающих влияние на качество объемного изображения.
Предложенные в работе методы формирования сигналов с заданным амплитудным спектром, дают возможность разрабатывать радиоэлектронные устройства формирования объемного
изображения в реальном времени.
Статистическая оценка параметров сигналов позволяет оптимизировать передаточную характеристику тракта возбуждения для предотвращения энергетических и информационных потерь в изображении. „
Реализация предложенного способа формирования трехмерных изображений дает возможность визуализировать непрозрачные монохромные и цветные изображения в искусственно сконструированном объеме пространства, видимые теоретически под любым углом зрения независимо от положения наблюдателя.
, Реализация предложенного способа измерения временных интервалов позволяет повысить точность измерения пространственных координат объемных объектов без существенного усложнения аппаратуры.
Использование предложенного в работе устройства контроля режима возбуждения АОМ снижает искажения объемного изображения .
Внедрение результатов работы. Основные результаты работы были получены в процессе выполнения хоздоговорных и госбюджетных НИР в 1992 - 1996 годах на кафедре РЭС.
Матери?ш диссертации (теоретические и практические разработки) использованы в научных разработках кафедры, НПП "Модуль" (Холдинговая, компания "Ленинец"), "АО ТЕХНОПРОЕКТ, что подтверждается актами внедрения.
Аппробация работы. Основные теоретические и практические положения работы докладывались и обсуждались на Следующих научно-технических конференциях и семинарах: III Всесоюзном научно-техническом семинаре "Применение лазеров в науке и технике" (октябрь 1990 г., Иркутск), IV Всесоюзной НТК "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации" (22-24 октября, 1991 г. Киев), IV международной НТК "Физические проблемы оптических измерений, связи и обработки информации" (13-17 сентября 1993 г., Севастополь), 'V Всесоюзной НТК "Метрологическое обеспечение антенных измерений" (январь 1993 г.Ереван), 2-й Всероссийской с участием стран СНГ конференции "Распознавание образов и анализ изображений: новые информационные технологии" (1995 г., Ульяновск), Научно-технической конференции "Диагностика, ин-
форматика и метрология - 95" (4-а июля 1996 г., Санкт-Петербург), Научно-технической конференции "Диагностика, информатика и метрология, метрология, безопасность - 96" (25-27 июня 1996 г., Санкт-Петербург), Международная выставка HobbyТ-горіса (20-24 ноября 1996 г., Турин, Италия), Научно-техническая конференции "Прикладная оптика - 96", (17-20 сентября 1996г., Санкт-Петербург), Научно-технической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность - 97", (1-3 июля 1997 г., Санкт-Петербург).
Публикации. Основные материалы диссертационной работы опубликованы в 14 печатных работах, из них 4 статьи, 9 тезисов докладов и 1 авторское свидетельство.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 99 наименования. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста. Работа включает 57 рисунков.
