ЦИФРОВОЙ КОМПЛЕКС СРАВНЕНИЯ

Область применения
Цифровой комплекс сравнения (далее ЦКС) представляет собой набор функциональных элементов на основе микроскопов сравнения для проведения точной калибровки, измерений объектов различного вида, сравнения в режиме реального времени и внедрения методик различных видов автоматического анализа изображений, с возможностью построения алгоритмов на базе математических моделей различной сложности. Полезная модель может найти применение в различных сферах деятельности человека, таких как медицина, биология, металлография, криминалистика и другие.
Уровень техники
Из уровня техники известны т.н. микроскопы сравнения [1, 2], представляющие собой оптические системы, в которых обеспечивают объединение в одном поле видения двух изображений, полученных с помощью двух разных микроскопов, при этом два изображения могут накладываться друг на друга или располагаться рядом, занимая какую-либо часть поля.
Микроскоп сравнения представляет собой два механически сопряженных микроскопа, позволяющих одновременно наблюдать и сравнивать микроструктуру двух объектов. Микроскоп предназначен для наблюдения и фотографирования в отраженном свете двух сравниваемых объектов (как криминалистических: гильз, пуль, замков, ножей, печатей, штампов, рисунков, монет, купюр и т.п.; так и биологических: клеток, микроорганизмов, тканей), которые одновременно или раздельно видны в поле зрения окуляров бинокулярной насадки. Изображение объектов, наблюдаемых на микроскопе, может быть передано с помощью видеоадаптера на видеокамеру с целью визуализации и последующего компьютерного анализа изображения. Микроскоп состоит из двух идентичных проекционных ветвей с самостоятельными осветителями и одной общей ветвью визуального наблюдения, фотографирования или видеопроекции. В комплект микроскопа входит широкий набор предметных столиков и объектодержателей, обеспечивающих возможность устанавливать объекты разнообразных конфигураций и наблюдать их в различных положениях относительно оптических осей ветвей сравнения микроскопа.
Недостатком микроскопов сравнения является проведение сравнительного анализа визуально. Даже при возможности передачи изображения объектов на видеокамеру с последующей визуализацией, анализ невозможен в режиме реального времени, а только в режиме записи. В биологии это является существенным недостатком исследований, в которых важно фиксировать процессы жизнедеятельности микроорганизмов. Кроме того, микроскоп сравнения обеспечивает механический режим совмещения изображений с двух микроскопов, что существенно делает его более громоздким и дорогим из-за большого числа оптических деталей.
Из уровня техники известен микроскоп сравнения [3], который представляет собой многофункциональный комплекс для анализа двух сравниваемых объектов, которые одновременно или раздельно видны в поле зрения окуляров. Микроскоп применяется при идентификационных баллистических, трассологических и графологических исследованиях в экспертно-криминалистических лабораториях. Микроскоп с установленными на нем цифровой фотокамерой или видеокамерой, в комплекте с компьютером и программой анализа изображения, образует цифровую систему формирования и обработки изображений объектов, исследуемых с помощью микроскопа, например, пуль, гильз, образцов подчерка и т.д.
Недостатком микроскопов сравнения является передача изображения объектов на цифровую фотокамеру с последующей визуализацией в режиме записи, т.е. анализ также невозможен в режиме реального времени. Кроме того, микроскоп сравнения обеспечивает механический режим совмещения изображений с двух микроскопов, что существенно делает его более громоздким и дорогим из-за большого числа оптических деталей.
Технический результат: полезная модель позволяет упростить конструкцию микроскопа сравнения; позволяет проводить анализ сравнения в режиме реального времени; позволяет использовать любые алгоритмы по анализу изображений и сбору статистической информации об элементах объектов исследований; позволяет внедрять собственные методики анализа дальнейшей и статистической оценки объекта исследования.
Реализация полезной модели
Заявленный технический результат достигается за счет того, что цифровой комплекс сравнения (ЦКС), выполненный на базе двух микроскопов, позволяющих одновременно наблюдать и сравнивать микро и макроструктуру, состояние и фактуру поверхностей двух объектов, содержащий цифровую камеру, фиксирующую поле зрения, и выполненную с возможностью визуализации и последующего компьютерного анализа изображения, отличающийся тем, что на каждый из микроскопов установлена цифровая камера так, что каждая из них фиксирует поле зрение своего микроскопа, и выполнена с возможностью передачи в режиме реального времени изображения на компьютер.
Осуществление полезной модели
Отличием данного ЦКС является то, что он (см. Фиг.1) выполнен на базе обычных микроскопов (1), на окулярах которых установлены насадки с фотокамерами (2). Таким образом, исключается сопряжение оптических изображений, наличие множества оптических деталей и узлов, комбинирующих изображения с двух микроскопов в одно поле зрения. За счет чего упрощается конструкция ЦКС, что также и удешевляет его. Одна из основных возможностей ЦКС - проведение сравнения двух объектов исследования в режиме реального времени (см. Фиг.2, где на диаграмме показан алгоритм работы ЦКС в разных режимах).
Для проведения исследования применяется механизм цифрового наложения изображений. Изображения (5) поступают с цифровых камер (2), подключенных к микроскопам (1). Цифровое изображение (5) поступает посредством цифрового соединения (3) (см. Фиг.1) с цифровых камер (2) на устройство обработки изображений (4), например, компьютер, КПК, ноутбук и пр. В дальнейшем цифровая обработка (6) изображений ведется в режиме реального времени.
Благодаря чему ЦКС позволяет проводить сравнение (7) в нескольких режимах. Режим заслонки (сплиттера) (8). Режим заслонки (8) эмулирует стандартный режим работы микроскопов с аналоговым механизмом сравнения. В отличии от классических микроскопов сравнения, работа заслонки происходит в виртуальном режиме, что предоставляет пользователю ряд преимуществ перед использованием классических микроскопов. Работа происходите изображениями, поступающими напрямую с цифровых камер. Изображения, поступающие с цифровых камер, обрабатываются цифровым способом в режиме реального времени. Визуализация заслонки может быть изменена в зависимости от предпочтений пользователя. В зависимости от настроек может быть установлен цвет и толщина границы (10) (см. Фиг.3). В обычных микроскопах сравнения невозможно манипулировать с каждым из изображений от отдельного микроскопа в отдельности в режиме реального времени.
Режим наложения (9). В режимах наложение одно изображение накладывается на другое. Пользователь может с помощью программного обеспечения изменять прозрачность каждого изображения и получать в результате изображение характеризующее различия и сходства между объектами исследования. В зависимости от выбора режима наложения (11) может меняться контрастность, яркость и другие визуальные показатели (12) каждого отдельного изображения, что дает возможность воспользоваться возможностями цифровой обработки информации в полной мере (см. Фиг.4). В обычных микроскопах сравнения невозможно манипулировать наложением изображений микроскопов в режиме реального времени. Это возможно только после съемки изображений и их последующей компьютерной обработки.
Передача в режиме реального времени изображений с микроскопов на цифровые камеры и с них на компьютер, позволяет не только сохранять результаты и выводить их на печать (14), но и использовать любые алгоритмы по анализу изображений и сбору статистической информации об элементах объектов исследований. Получение в режиме реального времени компьютером двух изображений позволяет пользователю внедрять собственные методики анализа дальнейшей (13) и статистической оценки объекта исследования, которые зависят от принципов калибровки изображений, которые формирует сам пользователь.
Например, возможен автоматический анализ изображений. Принцип автоматического анализа может быть построен на основе алгоритма, показанного на диаграмме Фиг.5.
Источники информации:
1. http://www.labor-microscopes.ru/production/labortwin/index.html
2. http://www.8a.ru/print/13476.php
3. http://www.lomo.ru/site/catalog/view_item.cgi?l0=1&l1=38&cid=38&iid=27