Обработка зрительной информации

Информация

6.13.1.Биологическое назначение боли

Особое положение среди других видов
чувствительности занимает болевая
рецепция. Боль дает нам относительно
мало информации о внешнем мире, но в то
же время предупреждает организм о
грозящей ему опасности, способствуя
сохранению целостности организма, а
порой и самой жизни. “Боль – сторожевой
пес здоровья”,- говорили древние
греки.

Несмотря на важность проблемы боли для
медицины, ведь именно она, лишая больного
покоя, приводит его к врачу, только в
послед­ние два десятилетия появились
исследования, позволяющие сформулировать
научно обоснованную концепциюболевой
сенсорной системы. Однако, и на сегодня
многие аспекты этой проблемы еще далеки
от решения.

Какое раздражение вызывает боль?
Согласно современным представлениям,
боль вызывают ноцицептивные (noces
– вредный)раздражители (то есть
такие, которые повреждают целостность
тканей). Например, яд только тогда
вызывает боль, когда разрушает или
умершвляет ткань.

Чувство боли вызывает поведенческую
реакцию организма, которая направлена
на устранение опасности. В связи с
чрезвычайной важностью для организма
устранения раздражителя, который
вызывает боль, рефлекторные реакции,
вызванные этим раздражителем, подавляют
большинство других рефлексов, которые
могут возникать одновременно с ними.

Пока боль предупреждает организм о
грозящей опасности, о нарушении
целостности его, она нужна. Но как только
информация учтена, боль может превращаться
в страдание и тогда ее желательно
“выключить”. К сожалению, боль не
всегда прекращается после того, как
защитная ее функция выполнена.

Как
правило, человек не в состоянии по
собственному желанию прекратить боль,
когда она становится излишней. И тогда
она по принципу доминанты может полностью
покорить его сознание, направлять его
мысли, расстраивать сон, дезорганизовать
функции всего организма. То есть боль
из физиологи-еской превращается в
патологическую.

Патологическая боль обуславливает
развитие структурно-функциональных
изменений и повреждений в сердечно-сосудистой
системе, во внутренних органах, дистрофию
тканей, нарушение вегетативных реакций,
изменение деятельности нервной,
эндокринной, иммунной систем.

Вместе с тем, многие заболевания
внутренних органов (например, такое
опаснейшее как рак) возникают, не вызывая
боли. Лишь только при далеко зашедшем
процессе, когда излечение становится
почти невозможным, развивается боль.

– обусловленная внешним воздействием,

– обусловленная внутренним процессом,

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

– обусловленная повреждением нервной
системы.

Психогенная боль связана с психологическим
статусом человека и возникает в связи
с соответствующим эмоциональным
состоянием. Психогенная боль так или
иначе возникает по воле человека.
Источник боли может находиться в коже,
двигательном аппарате и внутренних
органах. Возникающая в коже соматическая
боль называетсяповерхностной,
а в мышцах, костях, суставах, соединительной
ткани -глубокой.

Обработка зрительной информации

Соматическая боль
бываетранняя ипоздняя. Полагают,
что ранняя боль необходима организму
для ориентировки в окружающей среде,
являясь сигналом опасности. Поздняя
боль, как более продолжительная,
позволяет ЦНС разобраться в происхождении
ноцицептивного воздействия и принять
меры к его устранению.

Возникающая с
латентным периодом в 0,5-1 с, поздняя боль
может быть жгучей или тупой (ноющей).
По сравнению с ранней болью точно
локализовать ее труднее. Соматическую
боль вызывают воздействия многих
физических и химических факторов.
Попытка отыскать универсальный
посредник, появляющийся в тканях при
действии раздражителя, успеха не имела.

Висцеральная боль отличается от
соматической как по своей интенсивности,
так и по механизму развития. Она, как и
глубокая боль, часто бывает диффузной
или тупой, плохо локализуется и имеет
тенденцию иррадиировать в окружающие
области. Во внутренних органах боль
возникает: а) при резком растяжении
органа (например, кишечника, желчного
пузыря, при потягивании за брыжейку),
б) затруднении оттока крови (ишемии),
в) спазме гладких мышц (пече-ночная,
почечная). Особенно болезненны наружная
стенка артерий, париетальная брюшина,
перикард, париетальная плевра.

Имеется еще один вид боли: отра-женная.
Это болевые ощущения, вызванные
ноцицептивным раздражением внутренних
органов, которые локализуются не в
данном органе, а в отдаленных участках
тела. Особенно часто отраженные боли
возникают в соме. Механизм их сводится
к тому, что некоторые кожные болевые
афференты и болевые афференты, идущие
от внутренних органов, при вхождении
в спинной мозг широко конвергируют на
один и тот же нейрон.

Так, при заболевании
сердца человек ощущает боль в левой
руке, лопатке, эпигастральной области.
При заболевании желудка – в области
пупка, при поражении диафрагмы – в
затылке или лопатке, при почечной колике
– в яичках и в области грудины, гортани
– в ухе. Заболевания печени, желудка и
желчного пузыря нередко сопровождаются
зубной болью, при камнях в мочевом
пузыре больные могут жаловаться на
боли в области головки полового члена.

Компоненты системы машинного зрения

Машинное зрение сосредотачивается на применении, в основном промышленном, например, автономные роботы и системы визуальной проверки и измерений. Это значит, что технологии датчиков изображения и теории управления связаны с обработкой видеоданных для управления роботом и обработка полученных данных в реальном времени осуществляется программно или аппаратно.

Обработка изображений и анализ изображений в основном сосредоточены на работе с 2D изображениями, т.е. как преобразовать одно изображение в другое. Например, попиксельные операции увеличения контрастности, операции по выделению краёв, устранению шумов или геометрические преобразования, такие как вращение изображения. Данные операции предполагают, что обработка/анализ изображения действуют независимо от содержания самих изображений.

Компьютерное зрение сосредотачивается на обработке трехмерных сцен, спроектированных на одно или несколько изображений. Например, восстановлением структуры или другой информации о 3D сцене по одному или нескольким изображениям. Компьютерное зрение часто зависит от более или менее сложных допущений относительно того, что представлено на изображениях.

Обработка зрительной информации

Также существует область названная визуализация, которая первоначально была связана с процессом создания изображений, но иногда имела дело с обработкой и анализом. Например, рентгенография работает с анализом видеоданных медицинского применения.

Наконец, распознавание образов является областью, которая использует различные методы для получения информации из видеоданных, в основном, основанные на статистическом подходе. Значительная часть этой области посвящена практическому применению этих методов.

Таким образом, можно сделать вывод, что понятие «машинное зрение» на сегодняшний день включает в себя: компьютерное зрение, распознавание зрительных образов, анализ и обработка изображений и т.д.

6.14.1. Интероцепция

Для адекватной регуляции жизнедеятельности
в ЦНС происходит анализ сигналов,
поступающих не только из внешнего мира,
но и из внутренней среды организма. Эту
функцию выполняет интероцептивный
(висцеральный, или внутренний) анализатор.

Интероцептивные системы обеспечивают
выполнение нормальной функции внутренних
органов и систем организма. Они же
приспосабливают эти функции к изменяющимся
условиям, то есть, участвуют в адаптивных
реакциях. Для этого они обеспечивают
поступление в ЦНС информации об
изменениях внутреннего состояния
организма, а также устанавливают цепи
обратной связи, передающей информацию
о ходе осуществления регуляторных
процессов.

Периферическим отделом висцерального
анализатора являются многочисленные
рецепторы, находящиеся во внутренних
органах, се­розных и слизистых
оболочках, стенках кровеносных и
лимфатических сосудов, которые получили
название интерорецепторов
(интероцепторов), иливисцерорецепторов.
Они реагируют на различные химические
вещества (хеморецепторы), механические
раздражения (механорецепторы), изменения
температуры (терморецепторы), колебания
гидравлического давления (баро- или
прессорецепторы), осмотическое давление
(осморецепторы), изменения объема
жидкости (волюмoрецепторы).

Подавляющее
большинство интерорецепторов являютсяполимодальными, они обеспечивают
поступление в ЦНС нервных импульсов о
действии нескольких типов раздражителей.
Морфологически интерорецепторы
представлены какпервично-, так ивторичночувствующими рецепторами.
Кроме внутренних органов такие рецепторы
имеются и в ЦНС.

Некоторые интероцепторы обладают
свойством адаптации. Так, большинство
механорецепторов является медленно
адаптирующимися. В начале действия
раздражителя они отвечают залпом
разрядов, частота которых пропорциональна
скорости нарастания стимула и его силе.
Затем интенсивность импульсации
постепенно снижается, но может сохраняться
часами, пока действует раздражитель.

Висцеральная
сенсорная информация передается в
соответствую­щие нервные центры
вегетативной нервной системы по
волокнам, относящимся к группам А, B, С.
При вступлении в спинной мозг часть
афферентов первично связывается с
интернейронами дан-ного сегмента. Они,
контактируя с промежуточными или
эфферентными нейронами этого или
близлежащего сегментов, образуют дугу
вегетативного рефлекса.

Модульная организация системы обработки зрительной информации у человека

Раздражение интероцепторов вызывает
появление биоэлектрических процессов
во многих структурах ЦНС. В результате
могут формироваться как осознаваемые
(с прямой кишки, мочевого пузыря), так
и неосознаваемые (с сердца, сосудов,
органов желудочно-кишечного тракта и
др.) ощущения. Возникающие с интероцепторов
различные рефлексы (висцеро-висцеральные,
висцеро-моторные, висцеро-сенсорные)
играют важную роль во взаимодействии
и взаимосвязи внутренних органов,обеспечивая формирование органных
систем и организма в целом, в поддержании
гомеостаза.

Подробнее особенности функций
висце-ральных сенсорных систем излагаются
в (гл. 7) и при описании механизмов
регуляции функций вегетативных органов.

Распознавание текста

Поиск изображений по содержанию: нахождение всех изображений в большом наборе изображений, которые имеют определенное различными путями содержание.

Оценка положения: определение положения или ориентации определенного объекта относительно камеры.

Оптическое распознавание знаков: распознавание символов на изображениях печатного или рукописного текста (обычно для перевода в текстовый формат, наиболее удобный для редактирования или индексации. Например, ASCII).

Обработка зрительной информации

Восстановление 3D формы по 2D изображениям осуществляется с помощью стереореконструкции карты глубины, реконструкции поля нормалей и карты глубины по закраске полутонового изображения, реконструкции карты глубины по текстуре и определения формы по перемещению

Пример восстановления 3D формы по 2D изображеню

6.16.1. Рецепторы

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Богатая палитра запахов, окружающих
человека играет чрезвычайно важную
роль в сенсорной афферентации ЦНС, в
организации многих сознательных и
неосознаваемых реакциях организма.
Рецепторы обонятельной сенсорной
системы расположены среди клеток
слизистой оболочки в областиверхних
носовых ходов и в виде отдельных
островков в средних ходах.

Диаметр рецепторных клеток 5-10 мкм.
Обонятельные рецепторы являются
первичными биполярными сенсорными
клетками. Общее число обонятельных
рецепторов у человека – около 10 млн. На
поверхности каждой обонятельной клетки
имеется сферическое утолщение -обонятельная булава, из которой
выступает по 6-12 тончайших (0,3 мкм)
волосков (цилий) длиной до 10 мкм.

Обонятельные волоски погружены в жидкую
среду, вырабатываемую боуменовыми
железами. Слой слизи предохраняет
обонятельный эпителий от высыхания.
Наличие волосков в десятки раз увеличивает
площадь контакта рецептора с молекулами
пахучих веществ. Не исключена и активная,
двигательная функция волосков,
увеличивающая надежность захвата
молекул пахучего вещества и контакта
с ними.

Обработка зрительной информации

Вкус, так же как и обоняние, основан нахеморецепции. Но эти рецепторы,
как правило, являются мультимодальными,
в них вкусовые ощущения вызываются в
совокупности с ощущением температуры,
давления и запаха. Последнее обусловлено
сообщением полостей рта и носа. Вкусовые
рецепторы несут информацию о характере
и концентрации веществ, поступающих в
ротовую полость.

Рецепторы вкуса – вкусовые почки (рис.
6.36) расположены на языке, задней стенке
глотки, мягком небе, миндалинах и
надгортаннике. Больше их на кончике
языка, его краях и задней части. Каждая
из примерно 10.000 вкусовых почек человека
состоит из 2-6 рецепторных и опорных
клеток. Вкусовая почка имеет колбовидную
форму, длина и ширина ее у человека
7·10-5м , она не достигает поверхности
слизистой оболочки языка и соединена
с полостью рта черезвкусовую пору.

Рис. 6.36.Обонятельный эпителий:ОБ- обонятельная булава,ОК- опорная
клетка,ЦО- центральные отрост-ки
обонятельных клеток,БК- базальная
клетка,БМ- базальная мембрана,ВЛ- обонятельные волоски,МВР-
микроворсинки обонятельных клеток,МВО- микро-ворсинки опорных клеток.

Каждая из рецепторных вкусовых клеток
длиной 1-2·10-5м, шириной 3-4·10-6м имеет на конце, обращенном в просвет
поры, 30-40 тончайших микроворсинок –
2·10-7м длиной 1-2·10-6м. Считают,
что микроворсинки играют важную роль
в возбуждении рецепторной клетки,
воспринимая те или иные химические
вещества, адсорбированные в канале
почки.

В области микроворсинок расположены
активные центры – стереоспецифические
участки рецептора, избирательно
адсорбирующие разные вещества.
Находящиеся между сосочками железы
секретируют жидкость, промывающую
вкусовые почки. Вкусовые клетки весьма
активно регенерируют: продолжительность
жизни их около 10 дней

Вкусовые рецепторы являются типичными
вторично чувствующими рецепторами.
Под влиянием химического раздражителя
в рецепторной клетке образуется
рецепторный потенциал, который через
синапс с помощью медиатора передает
возбуждение афферентным волокнам
черепно-мозговых нервов (лицевого и
языкоглоточного).

Возбуждение возникает
при деполяризации рецептора, а при
гиперполяризации возникает торможение.
Афферентные волокна его образуют
рецептивное поле, взаимодействуя с
несколькими рецепторными клетками. В
опытах с введением микроэлектрода
внутрь вкусовой почки животных показано,
что суммарный потенциал рецепторных
клеток изменяется при раздражении
языка разными веществами (сахаром,
солью, кислотой).

Однако механизм деполяризации рецепторных
клеток различными веществами не
одинаков. Так, при поступлении глюкозы
происходит ее взаимодействие с рецептором
мембраны рецепторной клетки вкусового
сосочка, что и приводит к деполяризации.
В отличии от этого при действии NaCl
происходит прямое поступление
раздражителя (Na ) по соответствующим
каналам внутрь клетки, что и вызывает
ее деполяризацию.

Этот рецепторный
потенциал развивается довольно медленно:
максимум его достигается к 10-15 с после
воздействия, хотя электрическая
активность в волокнах вкусового нерва
начинается значительно раньше.
Специфичность указанного механизма
деполяризации приводит к тому, что
ощущение соленого вызывает практически
одна лишь поваренная соль, в то время
как другие вкусовые ощущения зарождаются
под влиянием многих веществ.

Счетчик пикселей

Подсчитывает количество светлых или темных пикселей.

https://www.youtube.com/watch?v=ytaboutru

С помощью счетчика пикселей пользователь может выделить на экране прямоугольную область в интересующем месте, например там, где он ожидает увидеть лица проходящих людей. Камера в ответ немедленно даст сведения о количестве пикселей, представленных сторонами прямоугольника.

Счетчик пикселей дает возможность быстро проверить, соответствует ли смонтированная камера нормативным требованиям или требованиям заказчика относительно пиксельного разрешения, например, для лиц людей, входящих в двери, которые контролируются камерой, или в целях распознавания номерных знаков.

Бинаризация

Преобразует изображение в серых тонах в бинарное (белые и черные пиксели).Значения каждого пикселя условно кодируются, как «0» и «1». Значение «0» условно называют задним планом или фоном а «1» — передним планом.

Часто при хранении цифровых бинарных изображений применяется битовая карта, где используют один бит информации для представления одного пикселя.

Также, особенно на ранних этапах развития техники, двумя возможными цветами были чёрный и белый, что не является обязательным.

Сегментация

Используется для поиска и (или) подсчета деталей.

Цель сегментации заключается в упрощении и/или изменении представления изображения, чтобы его было проще и легче анализировать.

Модульная организация системы обработки зрительной информации у человека

Сегментация изображений обычно используется для того, чтобы выделить объекты и границы (линии, кривые, и т. д.) на изображениях. Более точно, сегментация изображений — это процесс присвоения таких меток каждому пикселю изображения, что пиксели с одинаковыми метками имеют общие визуальные характеристики.

Результатом сегментации изображения является множество сегментов, которые вместе покрывают всё изображение, или множество контуров, выделенных из изображения. Все пиксели в сегменте похожи по некоторой характеристике или вычисленному свойству, например, по цвету, яркости или текстуре. Соседние сегменты значительно отличаются по этой характеристике.

Оптическое распознавание символов

Оптическое распознавание символов: автоматизированное чтение текста, например, серийных номеров.

Распознавание используется для конвертации книг и документов в электронный вид, для автоматизации систем учёта в бизнесе или для публикации текста на веб-странице.

Оптическое распознавание текста позволяет редактировать текст, осуществлять поиск слов или фраз, хранить его в более компактной форме, демонстрировать или распечатывать материал, не теряя качества, анализировать информацию, а также применять к тексту электронный перевод, форматирование или преобразование в речь.

Моя программа, написанная на LabView по работе с изображениями

Использовано компьютерное зрение для неразрушающего контроля качества сверхпроводящих материалов.

Введение. Решение задач обеспечения комплексной безопасности (как антитеррористической и механической безопасности объектов, так и технологической безопасности инженерных систем), в настоящее время, требует системной организации контроля, текущего состояния объектов. Одними из наиболее перспективных способов контроля текущего состояния объектов являются оптические и оптико-электронные методы, основанные на технологиях обработки видеоизображений оптического источника.

К ним относятся: программы по работе с изображениями; новейшие способы обработки изображений; оборудования для получения, анализа и обработки изображений, т.е. комплекс средств и методов относящихся к области компьютерного и машинного зрения. Компьютерное зрение — это общий набор методов, позволяющих компьютерам видеть и распознавать трех- или двухмерные объекты, как инженерного направления, так и нет.

значительная сложность, связанная с высокой детализацией оптических образов; высокая потребляемая мощность и достаточно узкий спектр возможностей. Расширение задач обнаружения объектов потенциального риска, до области поиска случайных объектов в случайных ситуациях, находящихся в случайном месте, имеющимися программными продуктами не возможно, даже с задействованием суперкомпьютера.

Цель. Разработка универсальной программы обработки изображений оптического источника, с возможностью потокового анализа данных, то есть программа должна быть лёгкой и быстрой для того, чтобы её можно было записать на малогабаритное ЭВМ устройство.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

Для упрощения решения задач данного типа, мною была разработана математическая модель и написана программа для ЭВМ устройства по анализу изображения при помощи простейших преобразований исходных изображений.

Программа работает с преобразованиями типа бинаризации, яркости, контраста изображения и т.д. Принцип действия программы продемонстрирован на примере анализа сверхпроводящих материалов.

При создании композиционных сверхпроводников на основе Nb3Sn варьируется объемное соотношение бронзы и ниобия, размер и количество волокон в нем, равномерность их распределения по сечению бронзовой матрицы, наличие диффузионных барьеров и стабилизирующих материалов. При заданной объемной доле ниобия в проводнике увеличение количества волокон приводит, соответственно, к уменьшению их диаметра.

Это ведет к заметному возрастанию поверхности взаимодействия Nb / Cu-Sn, что в значительной степени ускоряет процесс нарастания сверхпроводящей фазы. Такое увеличение количества сверхпроводящей фазы при повышении числа волокон в проводнике обеспечивает возрастание критических характеристик сверхпроводника. В связи с этим необходимо наличие инструмента для контроля объемной доли сверхпроводящей фазы в конечном продукте (композиционном сверхпроводнике).

При создании программы учитывалась важность проведения исследований материалов, из которых создаётся сверхпроводящие кабели, так как при неправильном соотношении ниобия к бронзе возможен взрыв проводов, а, следовательно, людские жертвы, денежные затраты и потеря времени. Данная программа позволяет определить качество проводов на основе химическо физического анализа объекта.

Блок-диаграмма программыОписание этапов исследования.

1 этап. Пробоподготовка: резка композиционного сверхпроводника на электроэрозионном станке; запрессовка образца в пластмассовую матрицу; полировка образца до зеркального состояния; травление образца для выделения волокон ниобия на бронзовой матрице. Получены образцы запрессованных композиционных сверхпроводниковых образцов;

2 этап. Получение изображений: получение металлографических изображений на сканирующем электронном микроскопе.

Обработка зрительной информации

3 этап. Обработка изображений: создание инструмента для определения объемной доли сверхпроводящей фазы на металлографическом изображении; набор статистически значимых данных на конкретном типе образцов. Созданы математические модели различных инструментов по обработке изображений; создана программная разработка для оценки объемной доли сверхпроводящий фазы;

Электронномикроскопическое изображения композиционных сверхпроводников

Методы обработки изображений в программе.

Схема дилатации и эрозии

https://www.youtube.com/watch?v=user1MGMUplaylists

Использованное оборудование

Оцените статью
Оптика Стиль
Adblock detector