Эксперимент 4. Изучение того, как получают информацию с помощью оптико-электронных систем «компьютерного зрения».

Задание 4.1. Кратко опишите, что представляет собой оптико-электронные системы «компьютерного зрения»

Сегодня в нашу жизнь вошли оптико-электронные системы «компьютерного зрения». Причем, когда мы говорим о компьютерном зрении, то мы имеем в виду компьютерную систему, которая выполняет такую же задачу, что и биологическая зрительная система, для определения по изображениям, что присутствует в окружающей среде и где это находится.

Оптико-электронные системы «компьютерного зрения» способны различать гораздо больше деталей на изображении. Чем человек и их

зрение намного острее. Кроме того, они могут сохранять абсолютно всю увиденную информацию, что человеку недоступно.

Кратко опишите, что такое «дистанционное зондирование» поверхности Земли из космоса. Для каких целей его используют?

Системы «компьютерного зрения» могут осуществлять не только «взгляд в космос», но и «взгляд из космоса». Обычно, когда говорят о таких функциях системы, то используют термин «дистанционное зондирование», что означает исследование поверхности Земли из космоса с использованием свойств электромагнитных волн, излучаемых, отражаемых или рассеиваемых зондируемыми объектами, с целью лучшего распоряжения природными ресурсами, совершенствования землепользования и охраны окружающей среды и прочее. Все цивилизованные страны мира, в настоящее время используют материалы регулярных съемок Земли из космоса.

Задание 4.3. Кратко опишите, на каком принципе основана флюорография.

Для диагностики с помощью рентгеновских лучей используют также флюорографию.

Флюорография(синонимы: радиофотография, рентгенофотография, рентгенофлюорография) — рентгенологическое исследование, заключающееся в фотографировании флуоресцентного экрана, на который спроецировано рентгенологическое изображение. Флюорография даёт уменьшенное изображение объекта (например, 24 × 24 мм или 35 × 35 мм).

Флюорографию применяют главным образом для исследования органов грудной клетки, молочных желёз, костной системы. Используют, как правило, для предварительного исследования состояния внутренних органов пациентов с помощью малых доз рентгеновского излучения. Наиболее распространённым диагностическим методом, использующим принцип флюорографии, является флюорография органов грудной клетки, которая применяется, прежде всего, для диагностирования туберкулеза и злокачественных новообразований лёгких.

Задание 4.4. Кратко опишите, на каком принципе основана компьютерная томография

Самое известное в настоящее время применение рентгеновских лучей для формирования изображений в медицине – это компьютерная томография.

Компьютерная томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры объекта, который был предложен в 1972 году Годфри Хаунсфилдом и Алланом Кормаком, удостоенными за эту разработку Нобелевской премии. Метод основан на измерении и сложной компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по плотности тканями.

Рентгеновская компьютерная томография (КТ) — томографический метод исследования внутренних органов человека с использованием рентгеновского излучения. Рентгеновский луч проходит через неподвижный объект. Детекторы получают и

записывают показатели поглощения различных тканей. Записи делают 160 раз, пока рентгеновская трубка перемещается линейно вдоль сканируемой плоскости. Затем рама поворачивается на 10, и процедура повторяется. Запись продолжается, пока рама не повернется на 1800. Каждый детектор записывает 28800 кадров (180x160) в течение исследования. Информация обрабатывается компьютером, и посредством специальной компьютерной программы формируется изображение выбранного слоя. С математической точки зрения построение изображения сводится к решению системы линейных уравнений. Так, например, для получения томограммы размером 200×200 пикселей система включает 40000 уравнений. Для решения подобных систем разработаны специализированные методы.

Задание 4.5. Кратко опишите, на каком принципе основана работа ЯМР –томографа

В ЯМР или ОМР для получения данных используются безвредные радиоволны, а не гамма-излучение, возникающее при ядерном взрыве. Радиоволны находятся на конце электромагнитного спектра противоположном тому, на котором находятся гамма - волны.

ЯМР является методом спектроскопии, при котором исследуемый образец помещается в магнитное полеи облучается радиоволнами. Эти радиоволны заставляют ядра атомов в молекулах образца, если говорить весьма упрощенно, «петь для нас песенку», которую можно услышать только при помощи специального «радиоприемника». Затем «песенку» ядер анализируют, чтобы определить много разных вещей, относящихся к молекуле и ее окружению, например, структуру молекулы.

ЯМР-томография принципиально отличается от рентгеновской компьютерной томографии, но тоже относится к лучевой диагностике. Главное отличие кроется МРТ от КТ в излучении, используемом для томографии. Это радиоволновой диапазон, обычно с длиной волны от 1 до 300 м.

Задание 4.6. Кратко опишите, на каком принципе основана работа аппарата УЗИ

Среди диагностических методов, использующих системы «компьютерного зрения», в медицине, важное место занимает исследование организма человека или животного с помощью ультразвуковых волн.

Физическая основа ультразвуковых исследований (УЗИ) — пьезоэлектрический эффект. В основе этого физического явления лежит следующее.

При механической деформации (сжатии, например) монокристаллов некоторых химических соединений (кварц, титанат бария) на поверхности этих кристаллов возникают противоположные по знаку электрические заряды (прямой пьезоэлектрический эффект). При подаче на них переменного электрического заряда, в кристаллах возникают механические колебания с излучением ультразвуковых волн. Таким образом, один и тот же пьезоэлемент может быть попеременно, то источником, то приёмником, ультразвуковых волн.

Ультразвук распространяется в средах в виде чередующихся зон сжатия и расширения вещества. Любая среда, в том числе и ткани организма, препятствует распространению ультразвука, то есть обладает различным акустическим сопротивлением, величина которого зависит от их плотности и скорости ультразвука. Чем выше эти параметры, тем больше акустическое сопротивление. Такая общая характеристика любой эластической среды обозначается термином «импеданс».