Спосіб контролю зміни розмірів об`єкта за допомогою шаблона

Спосіб контролю зміни розмірів об'єкта за допомогою шаблона, що включає одержання фото C2 1 3 84380 реження є основною проблематикою даного типу задач, тому що у випадку помилкових вихідних даних будуть отримані хибні результати. Описаний винахід розв'язує дану проблему за допомогою CCD камери з телецентричною оптикою, що у свою чергу залишає якість спостереження на тому ж рівні, але збільшує його вартість й обмежує контингент користувачів даної системи. Відомий також спосіб контролю зміни параметрів об'єкта порівнянням зображень об'єкта до та після зміни параметрів [див. Деклараційний патент України №52992 А по МПК G01C11/00 від 15.01.2003, Бюл. №1]. Отримують зображення проекції об'єкта до та після імовірної зміни параметрів на цифровій світлочутливій матриці за умови постійних координат і кутів орієнтації знімальної камери. Суміщують ці зображення проекції й визначають різницю координат (х, у) проекції характерного елемента об'єкта, а саме точки, лінії, площини, на цифровій світлочутливій матриці. Його суттєвим недоліком є умова постійних координат і кутів орієнтації знімальної камери, що з одного боку розв'язує проблему зміни проекції об'єкта на світлочутливій матриці залежно від положення камери стосовно об'єкта, але з іншого боку на практиці вищезазначена вимога не виконується, тому що ставить дуже жорсткі рамки перед користувачем і у випадку порушення умов зйомки призведе до помилкового результату. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб відображення цифрового зображення пошкодження шкіри [Craine, Eric R., Brian L. Digital skin lesion imaging system and method / United States Patent No 7,162,063. - January 9, 2007], заснований на візуальній ідентифікації зміни розмірів пошкоджень шкіри. Отримують фотографії за допомогою цифрового фотоапарата, обладнаного LCD видошукачем (від англ. РКД - рідкокристалічний дисплей), позиціонованого для одночасного захвата шаблона й області інтересу об'єкта спостереження, що заноситься у базу даних персонального комп'ютера. Програмне забезпечення на персональному комп'ютері фільтрує зображення, надає за допомогою друку напівпрозоре зображення, масштабоване до відповідності з дисплеєм видошукача камери, яке вважається базовим. При повторному спостереженні шаблон розміщують біля області інтересу, фільтроване базове зображення поміщають поверх дисплея видошукача камери, камеру знову позиціюють для вирівнювання реального зображення з базовим. Персональний комп'ютер по черзі відображає вирівняні поточне й базове зображення, що дозволяє візуально ідентифікувати прогрес або регрес в області інтересу об'єкта. У даному винаході використовується видошукач і принтер, крім того призначена досить трудомістка та складна система зйомки об'єкта спостереження. Результат можна побачити як маркування ділянок, що відрізняються, але це не дозволяє одержувати достатню точність. Загалом вищезазначені особливості призводять до того, що спосіб не надає достатнього рівня якості спостереження, низького рівня вартості й зручності у використанні. 4 В основу винаходу поставлене завдання збільшення точності обчислення реальної площі об'єкта спостереження, збільшення якості й зручності користування, а також зниження його вартості шляхом одночасної цифрової фотозйомки шаблона та області інтересу об'єкта спостереження, автоматичної обробки отриманих даних та усуваючи залежність результату від дорогої те хніки. Такий технічний результат може бути досягнутий, якщо в способі контролю зміни розмірів об'єкту за допомогою шаблону, який включає одержання з часовим інтервалом фотографій за допомогою цифрового фотоапарата, позиціонованого для одночасного захвата шаблона й області інтересу об'єкта спостереження, занесених у базу даних персонального комп'ютера, причому отримана при першому спостереженні фотографія вважається базовою, при повторному спостереженні шаблон розміщають біля області інтересу, відтворюючи ту ж область у межах поля виду, згідно з винаходом, позиціюють для фотозйомки цифровий фотоапарат стандартної конфігурації, реальну площу об'єкта спостереження обчислюють, ґрунтуючись на розрахованих реальній площі шаблона та за допомогою персонального комп'ютера площах об'єкта спостереження і шаблона на фотографії, повторюють при необхідності спостереження та порівнюють первісний базовий результат і поточний, визначають різницю, що точно ідентифікує зміни розмірів в області інтересу. Використовуватися може цифровий фотоапарат стандартної конфігурації, те хнічні характеристики якого для всіх зроблених за допомогою нього фотографій є постійними й не враховуються. Основні характеристики, що змінюють параметри об'єктів на фотографії, такі як фокусна відстань, система лінз об'єктива, масштаб зйомки й розмір матриці, змінюють на отриманому зображенні рівною мірою, як область інтересу об'єкта спостереження, так і шаблон, тому в математичних розрахунках також опускаються. Працюючи з фотоапаратом необхідно враховувати, що реальні об'єкти на фотографії залежно від фокусної відстані, відстані від об'єктива до площини фотозйомки об'єктів зберігають свої параметри (кути, кольоровість, рельєф і т.д.), але змінюють масштаб. Для вирішення даної проблеми використовується заданий шаблон, параметри й площа якого відомі. Шаблон, що рекомендується - грошова монета, яка використовується в обмінних операціях у даній країні. Даний шаблон універсальний, тому що знаходиться завжди під рукою, і може бути повторно використаний. Обчислення реальної площі об'єкта спостереження засновано на використанні властивостей перетворення подоби об'єктів, при якому відстані між точками змінюються в таке ж число разів. Нехай відомі реальна площа шаблона, площі шаблона й об'єкта спостереження на фотографії, тоді пропонується наступне обчислення реальної площі об'єкта спостереження: Sоб.р. Sш.р. = Sоб .ф. Sш.ф. (1) 5 Sоб .р. = S об.ф.Sш.р. S ш.ф. 84380 (2) де Sоб.р. - реальна площа об'єкта спостереження; Sш.р. - реальна площа шаблона; Sоб.ф. - площа об'єкта спостереження на фотографії; Sш.ф. - площа шаблона на фотографії. Відстань до об'єкта спостереження й шаблона на одній площині в даному рішенні не використовується, що значно полегшує спосіб і знижує вартість спостереження, тому що не потрібно таке дороге обладнання як видошукач, принтер, CCD фотоапарат з телецентричною оптикою та ін. Другою перевагою використання обчислення (2) є його незалежність від одиниць виміру розмірів об'єкта та шаблона. Приклад виконання даного способу ілюструється малюнками, на яких зображено: Фіг.1 - тестовий об'єкт не змінився: а) перше спостереження об'єкта; б) друге спостереження об'єкта. Фіг.2 - тесто вий об'єкт збільшився: а) перше спостереження об'єкта; б) друге спостереження об'єкта. Фіг.3 - тестовий об'єкт зменшився: а) перше спостереження об'єкта; б) друге спостереження об'єкта. Фіг.4 - реальне зображення: а) перше спостереження об'єкта; б) друге спостереження об'єкта. Докладний опис даного способу сполучено з прикладом його конкретного виконання на тестових об'єктах та для підрахунку площі невуса на поверхні шкіри. Сутність методу полягає у виконанні наступних дій: 1. Виконується цифрова фотозйомка області інтересу (поверхні шкіри, наприклад, із невусом) і шаблону (монети) в одній площині, дотримуючись перпендикулярності оптичної осі до об'єкта спостереження. Об'єкт спостереження і шаблон для найбільшої точності вимірів повинні перебувати у фокусі. Перпендикулярність оптичної осі забезпечує збереження параметрів об'єкта спостереження завдяки дотриманню однакових кутів, інакше при зсуву оптичної осі фокус фотоапарата також зміщується на площі фотозйомки і порушує пропорційність відрізків, що деформує цифрове зображення об'єктів. 2. Виконується обчислення реальної площі шаблона. Визначаючи параметри реального шаблона, можна скористатися стандартною лінійкою, штангель-циркулем, рулеткою, загалом, тим, що є в кожному будинку. 3. Цифрове зображення області інтересу об'єкта спостереження й шаблона заноситься в базу даних персонального комп'ютера. 4. Програмне забезпечення на персональному комп'ютері виконує сегментацію й обчислення площ цифрових зображень об'єкта спостереження та шаблона. 6 5. Виконується обчислення реальної площі невуса (2) при першому спостереженні. Ґрунтуючись на властивостях перетворення подоби, обчислюють реальну площу об'єкта спостереження на основі розрахованих площ цифро1) вого зображення об'єкта S(об.ф. =11044рх й шабло на S(1)ф. =232804рх, що дозволяє ідентифікувати ш. прогресування змін в області інтересу. На підставі обчислення (2), визначається реальна площа об'єкта спостереження S(1) .р. =9,3284*10-5м 2, яку буоб демо вважати базовою. 6. Виконується повторна цифрова фотозйомка області інтересу і шаблону в одній площині, дотримуючись перпендикулярності оптичної осі до об'єкта спостереження. Умовою даного винаходу є використання того самого цифрового фотоапарата протягом усього часу спостереження. 7. Цифрове зображення області інтересу об'єкта спостереження й шаблона заноситься в базу даних персонального комп'ютера. 8. Програмне забезпечення персонального комп'ютера виконує сегментацію й обчислення площ цифрових зображень об'єкта спостереження та шаблона. 9. Виконується обчислення реальної площі об'єкта (2) на 2-ому спостереженні S( 2).р. =2,0283*10 м . об -4 2 10. Оцінюється зміна розмірів об'єкта спостереження. Маючи базову площу об'єкта (п.5) і площу об'єкта при повторному спостереженні (п.9), обчислюють різницю D1 на 2-ому спостереженні: D1= S(1) .р. - S(2 ).р. =9,3284*10-5-2,0283*10-4= об об (3) =-1,09546*10-4м 2 У випадку позитивної різниці можна зробити висновок, що об'єкт у розмірах зменшився, у випадку негативної різниці - об'єкт у розмірах збільшився, а у випадку нульової різниці - об'єкт у розмірах не змінився. 11. При необхідності нових спостережень повторити пункти 2-10. Відповідно до викладеного методу була розроблена комп'ютерна програма та виконаний розрахунок тестови х зображень, що представлені на Фіг.1, Фіг.2, Фіг.3, новим методом, який заснований на використанні шаблону. Результат, що представлений в таблиці 1, підтверджує ефективність способу контролю зміни розмірів об’єкта, що заявляється, зокрема точне визначення зміни реальної площі об'єкта спостереження незалежно від відстані до площі фотозйомки. В якості шаблона використовувалася десятикопієчна монета площею 201,0619*10-6м 2. При першому спостереженні фотозйомка відбувалася з відстані 0,151м. При повторному спостереженні - з відстані 0,195м. 7 84380 8 Таблиця Вихідні дані серії тестових експериментів Порядок спостереження 1 2 1 2 1 2 Площа шаблона Площа об'єкта Площа об'єкта S(1)ф. , рх ш. 1) S(об.ф. , рх S(1) .р. , м об Об'єкт спостереження не змінився 36600 4758 24276 3156 Об'єкт спостереження збільшився 36600 4758 24276 6252 Об'єкт спостереження зменшився 36600 14138 24276 6252 Таким чином, використання рішення, що заявляється забезпечує незалежність від параметра відстані до області інтересу об'єкта спостереження, завдяки унікальним умовам зйомки та урахуванню властивостей перетворення подоби, автоматичний розрахунок, що надає змогу збільшити 2 2,614*10-5 2,614*10-5 2,614*10-5 5,178*10-5 77.67*10-5 5,178*10-5 точність обчислень площі об'єкта спостереження , а також поліпшення якості спостереження, зниження вартості, можливість здійснення віддалених спостережень, що значно розширює контингент користувачів даним способом. 9 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 84380 Підписне 10 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601