Оптико - електронні продуктивні методи та пристрої для аналізу біомедичних зображень

РОЗДІЛ 2
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРИНЦИПІВ ТА МЕТОДІВ ПОБУДОВИ ОПТИКО-ЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ ДЛЯ
АНАЛІЗУ БІОМЕДИЧНИХ ЗОБРАЖЕНЬ
2.1. Структурна органiзацiя дубль-паралельних оптико-електронних
багатоканальних систем для біомедичних досліджень
Принципово позитивною відмінністю оптико-електронних систем (ОЕС) обробки
інформації є досі недостатньо досліджена можливість створювати, для підняття
ефективності за рахунок ієрархічно прогнозованої швидкодії, нові
паралельно-паралельні або дубль-паралельні структури.
Побудова систем на оптичній елементній базі дозволяє повністю паралельно
виконувати над двовимірними кадрами арифметичні операції додавання, віднімання
і нелінійного перетворення, що дає можливість виконувати повністю оптичне
паралельне обчислення двовимірного вихідного сигналу або двовимірного сигналу
помилки. Світло дозволяє фізично організувати обробку інформації у вигляді
двовимірних просторових кадрів з великою розмірністю (128х128, 256х256,
512х512, 1024х1024 пікселів), на відміну від електричних процесів, де
інформація обробляється в вигляді одновимірних тимчасових послідовностей
імпульсів напруги [12, 13, 84, 90].
Такі структури організовані по принципу однорідних обчислювальних засобів, в
двовимірному або трьохвимірному просторі утворюють сімейства спеціалізованих
процесорів для перетворення числової, символьної, графічної інформації, кожен з
яких є, по суті, обчислювальним агрегатом конвеєрного типу і реалізує алгоритми
типу: знаходження геометричного центру, порогова обробка, зсув, обертання,
маштабування та ін. Фактично ці алгоритми призначені для нормалізації і
розпізнавання зображень при забезпеченні високої швидкодії. Конвеєрні принципи
організації обчислень подібні образному людському мисленню. Така організація
обчислювальних структур не потребує попереднього розділення алгоритму обчислень
на паралельні взаємопов’язані гілки [12], а паралелізм при обробці досягається
шляхом обробки однієї й тієї ж інформації, що задається оптично, по
взаємозаміняючим алгоритмам (ознакам), так як це робиться при сприйнятті
зорової інформації людиною.
в роботі розроблено дубль-паралельну багатоканальну оптико-електронну систему
обробки зображень, в якій зображення паралельно і одночасно вводиться в певну
кількість каналів – логіко-часових середовищ (ЛЧС) процесорів попередньої
обробки зображень, а результати попередньої обробки аналізуються центральним
оптико - електронним десятковим процесором [13]. При цьому в системі в якості
каналів використовуються оптичні перетворювачі для реєстрації біомедичних
сигналів, де оптоелектроніка забезпечує підвищену завадостійкість, а для
подання кінцевих і проміжних результатів обробки в вигляді таблиць, гістограм,
графіків в якості каналу може бути включена дисплейна система відображення типу
ЛЧС [13]. Таким чином, введення і обробка інформації можуть наближатися до
людського прототипу, а виведення буде здійснюватися з використанням принципів
ЛЧС та ОЕ засобів.
Концепція медичного око-процесору [12, 13] передбачає створення принципово
нової структурної організації як каналів збору первинної інформації, так і
засобів, що її обробляють, виходячи з того, що вони повинні моделювати
біомедичні процеси. А це означає, що, наприклад, паралельні оптичні канали
вводу повинні взаємодіяти з нейроподібними мережами [12, 13, 14].
Медико - технічний око-процесор як базисна модель комплексного неінвазивного
діагностування передбачає, що це технічна система, яка сприймає інформацію, що
подається у вигляді зорового се­­­редовища довільної форми, виділяє визначені
ознаки біо­­­об’єкту, обробляє виділені ознаки і приймає рішення автома­­­тично
або за участю оператора.
Простір ознак P (зорове середовище) має наступні скла­­­дові:
а) геометричну – x, y, z, де z - глибини зорової сцени;
б) яскравну - I ( в координатах x, y);
в) спектральну - W (двомірне перетворення Фур’є яскравості в координатах x,
y);
г) кольорову -С (має три складові - червону - R, синю - B, зе­­­лену -G);
д) теплову - Т (розподіл теплового випромінювання в координатах x, y, z).
Медичний око-процесор виконує такі операції:
1. Попередня фільтрація (усунення шумових точок і слабкозв’язаних точок
зображення, а також виділення вихідного зображення із шумового).
2. Зсув зображень (одночасний зсув усього зображення на задану відстань вліво,
вправо, вверх, вниз).
3. Масштабування зображень (стиск і розширення зображень на заданий розмір).
4. Поворот зображення (поворот зображення на фіксовані значення на заданий
розмір).
5. Виконання логічних операцій над зображеннями O1 і O2 (логічне "і", сума по
модулю 2 + над кожними aij - точками).
6. Виділення з множини можливих образів F(aij) у фрагментах Ф(t) найбільше
близьких до еталонних зразків Fе(аij) по заданій множині ознак.
Особли­­­вістю медико-технічного око-процесора (рис. 2.1) є можливість
прийнят­­­тя рішень на основі інформації з блока датчиків. До око-про­­­цесора
входять модулі попередньої обробки, модулі - кореля­­­тори, модулі
еталонів-фрагментів, модулі прийняття рішень і узагальнений модуль адаптивного
прийняття рішень.
Рис. 2.1. Структурна схема оптико-електронного біомедичного око-процесора:
блок сенсорів;
2 - модулі попередньої обробки;
3 - модулі - кореля­­­тори;
4 - модулі еталонів-фрагментів;
5 - модулі прийняття рішень;
6 - узагальнений модуль адаптивного прийняття рішень.
Однією з актуальних задач даного напрямку є створення автоматичних вимірювачів
координат кореляційного типу, в яких виконується обчислення функціоналу зв’язку
поточного зображення (ПЗ) і зображення еталону і визначення координат
екстремуму дано