А.Ф. Аглиуллин,
(Научно-производственная фирма «МФС»)
О.Г. Морозов, P.Р. Самигуллин,
(КГТУ им. А.Н. Туполева, г. Казань)
Человек всегда хотел заглянуть туда и увидеть то, что он не мог сделать самостоятельно, без специальных технических средств. В наше время такую возможность дают новейшие технологии в области передачи и воспроизведении изображения.
Так, например, появились способы заглянуть и посмотреть: как плавится металл в мартеновских печах; как жидкий азот воздействует на материалы; как действует рентгеновское излучение; как устроена и есть ли жизнь на Луне и других планетах и т.д. Использование специальных видеосредств в технике дает возможность: таможенникам рассмотреть все потайные места в автомобиле и не только; авторемонтникам заглянуть в камеру сгорания; авиастроителям осмотреть внутри турбину двигателя после ее сборки и т.д. Ну и конечно появляется возможность заглянуть внутрь самого себя.
В организме человека существует множество естественных отверстий, через которые возможно введение современных устройств для наблюдения, а также совершения необходимых манипуляций с органами, например, проведение малоинвазивных хирургических операций. Малоинвазивные операции - это операции при которых травма, наносимая хирургом сведена до минимума. Такие операции, как правило, не требуют госпитализации, или сроки госпитализации минимальны [1]. К малоинвазивным относятся эндохирургические операции, при которых к месту непосредственного вмешательства хирурги добираются не путем больших разрезов, а через естественные отверстия (внутрипросветная эндохирургия) или через небольшие проколы (лапароскопия, торакоскопия и т.п.). При этом место операционного вмешательства хирург видит при помощи высококачественной оптики и электронных видеосистем.
Широкое внедрение в медицинскую практику эндовидиохирургических методов, позволяющих решать сложные диагностические и лечебные вопросы, требует постоянного совершенствования эндоскопической техники. Сохраняется тенденция увеличения угла поля зрения эндоскопов, уменьшения их наружного диаметра, что требует увеличения освещенности исследуемого объекта с учетом поддержания равномерности освещения поля зрения [2].
Необходимый уровень освещенности исследуемого объекта создает осветительная система, которая включает в себя непосредственно освети гель с источником света (ИС) и световодный кабель. Светооптическая система осветителя представляет собой чаще всего единую конструкцию, выполненную из эллиптического отражателя с интерференционным покрытием, в первом фокусе которого установлено светящееся тело ИС, образуя тем самым лампу-светильник, а во втором фокусе эллипса размещается входной торец световодного кабеля. Характерной особенностью такой светооптической системы является нежелательное некоторое падение силы света в осевом направлении, вызывающее неравномерность освещенности объекта.
Для передачи светового потока, созданного осветителем к эндоскопическому прибору, служит световодный кабель. Основную массу, используемых в эндоскопии световодных кабелей, составляют стекло-волоконные кабели, имеющие апертуру 0,5 (на уровне силы света, составляющей половину от осевой). Иногда для увеличения выходной апертуры светового пучка эти кабели снабжают линзовой (конденсорной) оптической системой.
Для получения на экране монитора качественного изображения необходимо, не только, чтобы каждый элемент системы обеспечивал максимально высокий уровень получения, передачи и обработки сигнала, но так же, чтобы отдельные части всей системы были согласованы между собой и отвечали следующим требованиям:
- цветовая температура источника света должна соответствовать солнечному;
- необходима корректировка освещения при удалении от объекта или при попадании на темный фон;
- равномерная освещенность как полноформатного изображения на мониторе, так и круглого при сохранении точного воспроизведения мелких структур.
Только при оптимальной и точной согласованности всех светопроводящих компонентов обеспечивается равномерное и яркое изображение.
Существует значительное количество технических решений, касающихся усовершенствования осветительных систем. ИС и световодных кабелей, направленных на выполнение, приведенных выше требований [2]. Возможно использование мощных алгоритмов сжатия видеоданных и телекоммуникационных технологий для обработки изображений в компьютерах. Однако в этом случае повышение точности обработки полутоновых изображений требует значительных вычислительных ресурсов и времени, использование которых в ходе операции является неопреативным.
Нами предложено использовать метод сжатия данных видеоизмерений и методы предварительной обработки изображений, которые позволят более детально анализировать изображения в пределах мощностей и производительности микроконтроллеров.
Суть метода [3] заключается в том, что в последовательности кадров, любой кадр можно сформировать, передать в канал связи и принять из него в виде комбинации базовых форматов, представляющих собой последовательность строк, и восстановить с помощью этой комбинации. Информация о состоянии точек строк воспроизводимого кадра, формируется, хранится и модифицируется независимо в приемном и передающем устройствах в виде записей. Текущее состояние каждой точки видеокадра могут быть заданы функцией изменения значений напряжений яркости из ограниченного набора. Тип функции выбирается для каждой точки экрана по нескольким значениям распределения яркости этой точки в последовательности нескольких кадров. Вид функции задается числом кадров, определяющим интервал действия функции, которая, храниться по типам независимо в передающем и приемном устройствах в виде числовых зависимостей приращений первого и второго порядков. Значения приращений конкретной функции, выбранной для конкретной точки, используются для модификации текущих значений напряжений этой точки в интервале действия функции.
Моделирование устройства, проведенное на ЭВМ, подтверждает работоспособность и высокую степень сокращения избыточности видеоинформации (до 1000 раз), гибкость построения устройства и возможность его применения для повышения скорости обработки информации и корректировки изображения в случае неидеальной освещенности объекта.
Список литературы
1. Аглиуллин А.Ф., Григорьев СБ., Третьяков В.Б. Видеоартроскопия коленного сустава в условиях стационара одного дня //' НГТК «Хирургические стационарнозамещающие технологии». Уфа: БашЭКСПО, 2006.
2. Соснов Д.Л., Молев А. И. Состояние современных осветительных систем для медицинских эндоскопов // НТК «Биомедприбор-2000». М.:МКС,20Р0.
U 1 45548 RU 7 G09C 5/00. Устройство кодирования и декодирования видеокадров / Самигуллин P.P., Морозов Г.А. Морозов О.Г., Гусев В.Ф.,№2004133876/22; Заявл. 19.11.2004//Бюллетень ИПМ. 2005. №13.
