Обзор методов цифровой обработки изображений 2 страница

φ (j+1) = φ(j) + ∆ φ, j=0÷N-l, φ (0) =φ о, (1.16)

где φ о - начальная фаза составляющей a(i) на оси хо; φ(j) - начальная фаза составляющей a(i) на оси X_j; ∆φ - приращение начальной фазы составляющей a(i), вызванное перекосом уточных нитей.

С учетом периодичности функций Y_j(i), функция φ(j) так же оказывается периодической. Период Тр функции φ(j) непосредственно связан с величиной перекоса утка, знак перекоса определяется знаком приращения ∆φ.

Построение функции φ(j) осуществляется путем спектрального анализа сигналов E_j(i). Спектральный анализ производится на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ).

Характерный вид функции φ(j) для образца ткани с правым перекосом утка приведен на рисунке 1.10. В работе предложены методы обработки функции φ(j) с целью достоверного выделения периода Т_р и знака при ∆φ. Это позволяет определять численное значение величины и знака перекоса утка [5].

Рисунок 1.10- Функции Yj(i) для ткани с перекос уточных нитей

2 СТРУКТУРНАЯ СХЕМА

2.1 Основные параметры элементов

Исследуемый участок ткани освещается осветителями И1 или И2 и И3 (рисунок 2.1) в зависимости от того, каким образом исследуется материал: на просвет или на отражение. В качестве источников освещения использовались лампы накаливания. Отраженный или прошедший через ткань световой поток воспринимается матричным ФПЗС преобразователем 2 типа К1200ЦМ1, где световой поток преобразуется в электрические сигналы, пропорциональные освещенности светочувствительных элементов матрицы. Аналоговые сигналы преобразуются в цифровой 8-ми разрядный код посредством АЦП 3 типа К1107 ПВ2 и поступает через блок связи 6 в ЭВМ 8. При выполнении преобразований и передаче сигналов охраняется информация о координатах светочувствительных элементов матрицы. Для обеспечения возможности визуального контроля получаемого изображения сигнал через видеоадаптер 4 поступает на телемонитор 5. Имеется так же возможность распечатки изображения посредством принтера 7.

(1 - ткань; 2 - ФПЗС преобразователь; 3 - АЦП; 4 - видеоадаптер; 5 - телемонитор; 6 - блок связи; 7 – принтер; 8 - ЭВМ; 9 – монитор)

Рисунок 2.1 – Структурная схема

В таблице 2.1 приведены технические параметры ФПЗС типа К1200ЦМ1.

Таблица 2.1 – фотоэлектрические параметры ФПЗС типа К1200 ЦМ1

Таблица 2.2 - Основные электрические характеристики ФПЗС типа К1200 ЦМ1

В качестве АЦП применена полупроводниковая 8-разрядная быстродействующая БИС типа К1107 ПВ2. Время преобразования микросхемы составляет 100 нс. В таблице 2.3 указаны основные параметры АЦП К1107 ПВ2.

Таблица 2.3 - Основные электрические параметры АЦП К1107 ПВ2

2.2 Требуемая разрешающая способность матрицы

Минимальный размер матрицы ФПЗС определяется минимальными размерами контролируемого участка поверхности ткани, при котором возможна достоверная экстраполяция результатов измерения перекоса утка на контролируемом участке на всю ширину полотна ткани. Размер матрицы ФПЗС определяет объем обрабатываемой цифровой информации. Таким образом, максимальный размер матрицы ограничивается быстродействием обрабатывающей изображение аппаратуры. Для достоверного определения перекоса утка нет необходимости непрерывного контроля полотна ткани по всей его ширине. В реальных условиях перекос утка имеет постоянное значение на значительных участках по ширине полотна ткани. С учетом этого обстоятельства измерение перекоса утка возможно производить на небольших зонах с последующей интерполяцией результатов измерений на всю ширину полотна ткани. Согласно данным, наиболее сложным типом перекоса утка является S - образный. Для надежной идентификации S- образного перекоса утка достаточно контролировать перекос в трех зонах по ширине ткани (рисунок 2.2). На основании сказанного, зону контроля размером порядка 3x3 см можно считать достаточной для достоверного определения перекоса утка.

Установленный ранее оптимальный коэффициент масштаба, при котором достигается максимальное количество идентифицированных нитей, γ ≈ 0,25. Это соответствует четырем элементам матрицы ФПЗС, приходящимся на период повторения нитей. Для ткани средней плотности расстояние между нитями составляет приблизительно 0,5 мм. Отсюда следует, что необходимый размер матрицы ФПЗС для реализации зоны контроля размером 3x3 см составит 240x240 элементов. Матрицы ФПЗС такого размера в настоящее время являются широко распространенными.

Рисунок 2.2 - Размещение зон контроля

(1- зоны контроля; 2 - полотно ткани)

2.3 Обеспечение возможности работы на движущейся ткани

В реальных производственных условиях исследуемая ткань перемещается относительно матрицы. В результате, без принятия соответствующих мер, изображение получится смазанным. Это сделает невозможным его дальнейшую обработку. Для уменьшения смазывания изображения необходимо ограничить время восприятия матрицей ФПЗС светового потока до величины, при котором возникающий "смаз" существенно не искажает первичное изображение. Ограничить время восприятия светового потока возможно двумя способами: применением импульсного освещения с необходимой длительностью импульса; ограничением времени накопления самой матрицы ФПЗС. Оценим необходимую длительность восприятия светового потока. При этом будем исходить из следующего. Для исключения существенного смазывания изображения необходимо, чтобы за время восприятия светового потока исследуемый участок поверхности ткани переместился бы не более, чем на некоторое допустимое расстояние . Тогда, время восприятия должно быть выбрано из условия:

= =10 мкс, (2.1)

где: - время восприятия изображения, - допустимая величина смещения изображения за время , - скорость перемещения ткани.

Для оценки времени восприятия можно принять, что;

=0,1d =0,1 0,1=0,01мм, (2.2)

где d - диаметр нити ткани.

При d =0,1 мм и скорости перемещения ткани 60 м/мин, вычисление по выражению (2.2) дает, что необходимое время восприятия изображения должно быть менее 10 мкс. Это не представляет технической сложности. Так, матрица ФПЗС6М допускает длительность входного оптического импульса 1 мкс.

При больших скоростях движения ткани или при невозможности задания малых , для уменьшения отрицательного влияния "смаза" изображения возможно применение методов восстановления изображений (в данном случае методов компенсации "смаза"). Однако, это вызовет увеличение времени на алгоритмическую обработку изображения. К динамическим параметрам системы автоматической правки утка относится также и время, затрачиваемое на алгоритмическую обработку изображения. По результатам проведенных экспериментов с использованием 1ВМ386, время обработки первичного изображения размером 200x200 элементов в соответствии с координатным алгоритмом составляет величину порядка 0,15с. При скорости движения ткани 60 м/мин дискретность измерения по длине ткани будет равна 12 см. Это можно считать достаточным для большинства встречающихся случаев. При практической разработке системы на микропроцессорных комплектах это время может быть существенно уменьшено за счет распараллеливания процессов обработки и адаптации разработанных алгоритмов к конкретному типу процессора [6].

3 РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Расчёт блока питания

Выбор той или иной схемы вторичного электропитания обусловлен параметрами питающей сети, требованиями к выходным электрическим параметрам, конструктивными особенностями устройства, температурным диапазоном работы, сроком службы, гарантированной надежностью. Основными критериями при выборе и расчете схем являются: масса, габариты, кпд, надежность, стоимость.

Источник питания нужен для получения напряжения заданной величины мощности и качества.

Структурная схема источника питания изображена на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 - Структурная схема источника питания

1-силовой трансформатор (преобразует напряжение сети в напряжение нужной нам величины)

2 - электронный выпрямитель

3- фильтр сглаживающий

4 - стабилизатор

Трансформатор - электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для изменения напряжения, согласования сопротивлений электрических цепей, разделения цепей источника и нагрузки по постоянному току. Основной частью трансформатора является магнитопровод из магнитомягкого материала с размещенными на нем обмотками. Трансформатор питания - трансформатор малой мощности, предназначенный для преобразования напряжения питающей сети в напряжения, необходимое для питания электронной аппаратуры.

Магнитопроводы - для уменьшения потерь на вихревые токи, магнитопроводы трансформаторов набираются из штампованных пластин, навиваются из полос электротехнической стали либо железо-никилиевых сплавов, а также изготовляются из магнитомягких ферритов. Витые (ленточные) магнитопроводы характеризуются возможностью использования материалов различной толщины, что позволяет их применять для трансформаторов при повышенных частотах; лучшим, чем у пластинчатых магнитопроводов, использованием магнитных свойств материалов; несколько повышенными потерями меньшей стоимостью изготовления. Преимуществом магнитопроводов, набираемых из пластин, является возможность изготовления их практически их любых, даже очень хрупких, материалов. По конструкции магнитопроводы разделяют на броневые, стержневые и кольцевые. В броневых магнитопроводах обмотки располагаются на центральном стержне, что упрощает конструкцию, позволяет лучше использовать окно и частично создает защиту обмоток от механических воздействий. Недостатком трансформаторов с броневым магнитопроводом является повышенная чувствительность к воздействию магнитных полей низкой частоты. Это ограничивает применение броневых магнитопроводов для входных трансформаторов. В стержневых магнитопроводах обмотки располагаются на двух стержнях. При этом уменьшается толщина намотки. Кроме того, уменьшается расход провода.

Кольцевые магнитопроводы позволяют наиболее полно использовать магнитные свойства материала, уменьшить внешнее магнитное поле трансформатора, однако применяются сравнительно редко вследствие сложности намотки катушек.

Каркасы, на которые наматываются обмотки трансформаторов, прессуют из пластмассы, склеивают из электрокартона.

Обмотки трансформаторов разделяют на цилиндрические и галетные. Цилиндрическая обмотка проще в изготовлении. При намотке на каркас провод может укладываться рядами или беспорядочно. Галетная обмотка сложнее в изготовлении, но отличается более высокой электрической прочностью и допускает ремонт путем замены галет. Для обмоток трансформаторов применяют медные обмоточные провода. Вид изоляции провода выбирают в зависимости от рабочей температуры обмотки, требуемой ее электрической прочности, допускаемого коэффициента заполнения окна магнитопровода.

Выпрямитель - устройство предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. Необходимость в подобном преобразовании возникает, когда питание потребителя осуществляется постоянным током, а источником электрической энергии является источник переменного тока, например промышленная сеть частотой 50 Гц. В источниках питания приемно-усилительной находят применение выпрямители однополупериодные, двухполупериодные с выводом средней точки, мостовые, с удвоением напряжения. Чаще всего они выполняются со сглаживающим фильтром, начинающимся с конденсатора, и, следовательно, работает на емкостную нагрузку. Хотя эти выпрямители обладают низким КПД по сравнению с выпрямителями, работающими на индуктивную нагрузку, они позволяют получить меньший коэффициент пульсаций. Однополупериодную схему выпрямителя применяют при мощностях в нагрузке до 5 - 10Вт и тогда, когда не требуется малый коэффициент пульсаций. Достоинства однополупериодного выпрямителя - минимальное число элементов, низкая стоимость. Недостатки - низкая частота пульсаций, плохое использование трансформатора, подмагничивание его магнитопровода постоянным током. Двухполупериодная схема с выводом средней точки дает несколько больший коэффициент использования выпрямительного трансформатора и меньшую по сравнению со схемой однополупериодного выпрямителя пульсацию. Однофазная мостовая схема характеризуется хорошим использованием мощности трансформатора. Весьма существенным преимуществом однофазной мостовой схемы является также и то, что она может быть непосредственно подключена к питающей сети переменного тока. В схеме я использую однофазную мостовую схему выпрямления и мостовую схему выпрямления с выводом нулевой точки трансформатора для получения двух разнополярных напряжений.

Фильтр выпрямителя предназначен для сглаживания переменной составляющей выпрямленного напряжения. Допустимый уровень переменной составляющей определяется условиями эксплуатации и характером работы питаевамого радиотехнического устройства. В источник электропитания радиоаппаратуры наибольшее применение получили простейшие фильтры: емкостные, резистивно-емкостные, индуктивные и т.д. Емкостные фильтры применяются в выпрямителях на токи до 1А. На большие токи емкостные фильтры применяются в тех случаях, когда хотят иметь лучшую частотную характеристику выпрямителя при работе его на импульсную нагрузку.В описанной схеме используется емкостный фильтр.

Стабилизатор – для стабилизации напряжения постоянного тока используются нелинейные, элементы, напряжение на которых мало зависит от тока, протекающего через них. В качестве таких элементов часто применяются кремневые стабилитроны. Полупроводниковые параметрические стабилизаторы (ППС) - наиболее простые. Они характеризуются сравнительно невысокими коэффициентами стабилизации, большим выходным сопротивлением, низким КПД. Принцип работы полупроводниковых параметрических стабилизаторов основан на ис­пользовании нелинейности ВАХ кремневых стабилитронов.

Простейший ППС представляет собой делитель напряжения, состоящий из резистора и кремниевого стабилитрона. Нагрузка подключается параллельно кремневому стабилитрону.

Исходными данными для расчета выпрямителя являются номинальное выпрямленное напряжение Uo, ток нагрузки I₀, коэффициент пульсаций К_По, номинальное напряжение питающей сети Ui. Значения U₀, Io определяются параметрами той аппаратуры, питание которой будет осуществляться от выпрямителя. Коэффициент пульсаций, принимаемый для расчета, не должен превышать 0,15, а допустимое относительное значение переменной составляющей напряжения для выбранных конденсаторов фильтра должно быть не меньше 0,05. Расчет выполняется в следующем порядке. Выбирают диоды. Для этого по приближенным формулам вычисляют значение обратного напряжения на диодах U_oбp, среднего тока I_ср и амплитуды тока I_м через диод. В процессе расчета выпрямителя эти значения уточняются.

3.2 Расчет мостовой схемы выпрямления

Расчет выпрямителя

U₀ = 22,5В,

I₀ =250mА,

К_по=0.05,

U₁ = 220В,

fc = 50Гц

U_oбр≈3U₀=3•22.5=67.5В. (3.1)

По найденным U_обр и Iср выбираем выпрямительный диод КД109А, у которого U_oбp⁼100B, I_cp=0,3A.

Определяем сопротивление нагрузки выпрямителя

R_н=U₀/1₀ =22,5 /220 • 10^-3 =102.3(Ом). (3.2)

Принимаем сопротивление обмоток трансформатора

r_ТР =0.07R_H =0.07• 102.3 = 7.16(Ом). (3.3)

Находим прямое сопротивление выпрямленного диода по приближенной формуле

r_ТР≈U_пр/3I_ср =1/3•0.3 = 1.1 (Ом), (3.4)

где U_пр - постоянное прямое падение напряжения на диоде.

Определяем активное сопротивление фазы выпрямителя по формуле

r=r_пр +2r_пр =7.16 + 2•1.1 = 94(Ом). (3.5)

И основной расчетный коэффициент А, который равен:

А_пр =1,6 r/R_н = 1,6 9,4/102.3 = 0,15. (3.6)

Зная А, находим вспомогательные

коэффициенты В, D,F,H:

В=0.95, D=2.3, F=7, Н=400.

По точным формулам вычисляем значение обратного напряжения на диодах, амплитуды и среднего прямого тока через диоды, которые не должны превышать допустимых значений для выбранных диодов.

U_2X =BU₀ =0,95•22,5 = 21,4B, (3.7)

U_OБP =l,4U_2X = 1,4•21,4 = 30В, (3.8)

I_м=0,5DI₀ = 0,5 • 2,3 • 250 • 10^-3 = 288mA, (3.9)

I₂=DI₀ / √2=2,3•250•10^-3 / √2=411mA. (3.10)

Выбираем диод КД109А.

Расчет фильтра

Определяем выходную емкость выпрямителя (входную емкость фильтра) по формуле:

С₀=Н/rК_П0 = 400/9,4•0,05≈220мкФ. (3.11)

Коэффициент сглаживания фильтра:

q = K_по/K_п1, (3.12)

где К_по и К_п1 – коэффициент пульсаций на входе и выходе фильтра соответственно.

q= K_по/K_п1=0,05/0.01=5. (3.13)

Сз,С4≥Со

В итоге выбираем емкости Сз=С₄=200мкФ

3.3 Расчет трансформатора

1. Определяем ток первичной обмотки

, (3.14)

. (3.15)

2. Определяем габаритную мощность трансформатора

P_r=(U₁I₁ +U₂I₂)/2η = (220*67+21,4*411)10^-3./2*0,6=19,7Вm, (3.16)

где η- КПД трансформатора.

3. Определяем произведение

S_MS_OK ≈ 25Р_Г (1 + η)/ fB_м jk_0K k_M k_ф η, (3.17)

где:

S_M -площадь сечения магнитной цепи, см²;

Sok - площадь окна магнитопровода, см;

Р_г - мощность, Вт;

f - частота питающей сети;

В_м - амплитуда магнитной индукции в магнитопроводе, Тл;

j - плотность тока в обмотках A/мм²;

Кок - коэффициент заполнения окна магнитопровода;

к_м – коэффициент заполнения сталью сечения стержня магнитопровода;

к_ф - коэффициент формы кривой напряжения.

Вм=1,5 Тл, j=5A/m, к_ок=0,28, к_м=0,85, к_ф=1,11, f=50Гц, (3.18)

S_мS_ок≈25•19,7(1 + 0,6)/50•1,5•5•0,28•0,85•1,11•0,6=13,24см². (3.19)

Выбираем магнитопровод и определяем его размеры: ШЛМ12х16 (а=6мм, Ь=16мм, с=8мм, h=23мм, S_c=1,92cm, S_ok=1,84cm², 1_Ср=8,1мм).

4. Определяем число витков первичной обмотки по формуле

w_i =2250U_i(1-δU_, 100)/fB_MS_М, (3.20)

где U_i- напряжение на i-й обмотке В;

δ U; - допустимое относительное падение напряжения на i-й

обмотке, %.

δ U₁=12 %.

δ U_i=15 %.

w₁=2250*220(1-12/100)/50*1,5*1,92=3025

w₂ =2250*22,5*2(1-15/100)/50*1,5*1,92 = 163

5. Определяем диаметры проводов обмоток:

d_i = 1,13√I_i/ j, (3.21)

d₁ =1,13√ I₁/ j =1.13√67*10^-3 /5=0.131

d₂ = 1,13√ 1₂/ j =1.13√411* 10^-3 /5 =0.344

Выбираем ПЭВ-2:

d₁=0,063мм, d_1ИЗ=0.09мм

d₂=0.08мм, d₂из⁼0.11мм

Рисунок 3.2 - Электрическая схема блока питания

FU1 FU2 - 0,25А предохранители;

SA2- сдвоенный тумблер П2К;

T1 - понижающий трансформатор;

Конденсаторы К50-16:С1 =0,047 мкФ;

С2=1000 мкФ;

С3 = С4 = 200 мкФ;

VD1 – диод КД109А;

VT1 - транзистор КТ816А;

R1 - резистор ОМЛТ;

DA1 - микросхема КР142ЕН8Б;

DA2 - микросхема КР142ЕН5А.

4 АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙ

4.1 Adobe Photoshop

Adobe Photoshop – графический редактор, разработанный и распространяемый фирмой Adobe Systems. Этот продукт является лидером рынка в области коммерческих средств редактирования растровых изображений и наиболее известным продуктом фирмы Adobe. Часто эту программу называют просто Photoshop (Фотошоп). Несмотря на то, что изначально программа была разработана для редактирования изображений для печати на бумаге (прежде всего, для полиграфии), в данное время она широко используется в веб-дизайне. В более ранней версии была включена специальная программа для этих целей — Adobe ImageReady. Photoshop тесно связан с другими программами для обработки медиафайлов, анимации и другого творчества. Основной формат Photoshop, PSD, может быть экспортирован и импортирован всеми программными продуктами, перечисленными выше. Photoshop поддерживает следующие цветовые модели или способы описания цветов изображения (в нотации самой программы — режим изображения): RGB, LAB, CMYK, Grayscale, Bitmap, Duotone, Indexed, Multichannel.

Поддерживается обработка изображений как с традиционной глубиной цвета (8 бит, 256 градаций яркости на канал), так и с повышенной (16 бит, 65536 оттенков в каждом канале). Возможно сохранение в файле дополнительных элементов, как то: направляющих (Guide), каналов (например, канала прозрачности — Alpha channel), путей обтравки (Clipping path), слоёв, содержащих векторные и текстовые объекты. Файл может включать цветовые профили (ICC), функции преобразования цвета (transfer functions) [7].

Инструменты программы Photoshop просты и в тоже время очень эффективны.

Фотошоп имеет огромное количество инструментов для обработки на все случаи жизни. Рассмотрим самые простые и эффективные из них.

Dodge Tool/Burn Tool (DBT).Главная функция DBT – осветление/затемнение отдельных участков изображения. По сути, вы можете «рисовать» затемнение или наоборот – осветлять снимок. Это очень просто. DBT имеет всего две, но очень важные настройки.

Вы можете использовать этот инструмент на темные (Shadows), светлые (Highlights) или нейтральные (Midtones) области фотографии. Например, вам нужно осветлить темные участки подбородка (при обработке портрета), а светлые оставить нетронутыми. В таком случае ставится режим Shadows в Dodge Tool, и она будет осветлять только темные участки мест, на которые она применяется.

Clone Stamp.В фотошопе существует несколько инструментов для ретуши изображений, и каждый из них по своему хорош. Но «Штамп» – самый универсальный в применении инструмент.

В настройках штампа важно обратить внимание на два параметра: mode и opacity.

Mode – это режимы, в которых будет работать штамп. Например, в режиме Darken штамп будет «заменять» только более светлые зоны, нежели выбранный участок. По сути – вы можете затемнять светлые зоны изображения, оттого и название режима – Darken. И, сооветственно, в режиме Lighten штамп будет работать только на более темные зоны изображения, осветляя их.

Opacity – значит непрозрачность. Проще говоря, чем меньше вы поставите процент в этой настройке, тем более прозрачная будет «работа» штампа. Например, при 100 % штамп полностью заменит выбранный участок, а при 50 % – будет полупрозрачным.

Также можно заретушировать, например, нежелательный объект в кадре. Если, конечно, он не занимает половину фотографии.

Очень удобно использовать штамп для устранения небольших пересветов.

History Brush.Данный инструмент – это машина времени для обработки фотографий. Вы можете брать любую стадию обработки и кисточкой рисовать из нее по вашему изображению.

History Brush таит в себе огромные возможности. Например, можно увеличивать резкость только на нужных вам участках изображения. Безусловно, увеличение резкости не единственная область ее применения

Black&White. Главная функция инструмента Black&White – «правильный» перевод цветного изображения в черно - белое. Правильный потому, что вы можете изменять черно - белое отображение каждого из цветов. Тем самым вы сможете получить красивую черно - белую картинку.

Shadow/Highlights (S/H).Этот инструмент создан, чтобы затемнять пересвеченные области и высветлять области с тенью. Кроме самого очевидного применения – устранять пересветы и недосветы, S/H отлично работает также и для создания ощущения большей глубины картинки. В светлые области добавляются темные полутоны, а в темные – светлые. Тем самым, картинка станет более объемной и глубокой.

На самом деле, S/H – совершенно незаменимый инструмент для любой серьезной обработки. Практически любую фотографию можно сделать лучше, если грамотно применить S/H.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: