Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,916

ПРОГРАММА И МЕТОД АНАЛИЗА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБРАЗЦОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ И МИКРОБНЫХ ПИГМЕНТОВ

Ефимов А.А.
Процесс определения состава пигментов в образцах растительного и микробного материала трудоемкий, продолжительный, требует применения сложной техники. В полевых условиях традиционными методами невозможно определить характеристики пигментов, а за время доставки образцов в лабораторию, а также при хранении образцов эти характеристики существенно изменяются.

Содержание пигментов, их соотношение влияют на спектр отраженного и поглощенного света. При цифровой обработке изображения образца можно конвертировать отраженный или не поглощенный свет на цифровые составляющие и получить данные об исследуемом веществе без сложных анализов. При достаточном коэффициенте корреляции между цветовым кодом и длиной волны процесс компьютерной обработки изображений может заменить химические методы анализа.

Целью исследований являлась разработка программы для экспресс-анализа в полевых условиях содержания пигментов в растительных и микробных образцах и характеристик пигментов.

Для реализации цели были решены следующие задачи:

- разработано программное обеспечение процесса обработки, анализа цифровых изображений;

- отработаны режимы получения цифровых изображений;

- разработан комплекс аппаратуры для получения цифровых изображений в контролируемых условиях.

В работе использована цифровая фотокамера Olimpus SP-500 ULTRA ZOOM со следующими техническими характеристиками: ПСЗ-матрица, 1/2,5´´, 6,37 млн. пикселей; фильтр основных цветов RGB; диаметр фильтра 45,6 мм; фокусное расстояние 6,3-63 мм; точечный, iESP, предиктивный автофокус, 3 см...бесконечность, с возможностью ручного режима; digital ESP экспозамер, ручная экспозиция; компенсация экспозиции + 2EV шагом в 1/3 EV; баланс белого - TTL ESP, ручная коррекция.

Для обработки изображений использован персональный компьютер с параметрами графического адаптера - 1024 x 768, true color (32 bit), цветовой профиль FP71V+.

Для калибровки в качестве источника монохроматического излучения использован спектрофотометр СФ-46 со встроенной микропроцессорной системой, предназначенный для измерения пропускания, оптической плотности жидких и твердых веществ в области 190-1100 нм. Диспергирующим элементом служит дифракционная решетка с переменным шагом и криволинейным штрихом. Пределы измерения коэффициентов пропускания от 1 до 100% (оптической плотности - от 0 до 2,0). Пределы допускаемой абсолютной погрешности при измерении коэффициентов пропускания в спектральном диапазоне 400-500 нм не более 0,5%, в остальном спектральном диапазоне - не более 1%.

Для проведения калибровки фотокамера устанавливалась в спектрофотометр СФ-46 вместо блока фотоэлементов. Для предотвращения влияния комнатного света на результаты эксперимента место контакта фотоаппарата и спектрофотометра надежно изолировалось. Расстояние между камерой и исследуемыми образцами во всех экспериментах оставалось фиксированным - 15 см.

Программа разработана в среде Borland Delfi 9.0 2005 For Microsoft. NET Framework, Architect edition. Приложение разработано на базе проекта-заготовки VCL Form Application. Приложение выполняет следующие функции: загрузка файла изображения (компонент TImage); выделение зоны тестирования; последовательное сканирование с определением RGB-кодов цвета; определение средних значений цветовых кодов всей зоны сканирования; определение кода оттенка цвета (компонент Color Dialog).

Для реализации программы разработан интерфейс на базе компонентов VCL. Определение кодов RGB производилось с использованием техники наложения битовой, графической маски.

Для определения зависимости между длиной волны света и значениями RGB-кодов цвета цифрового изображения была произведена калибровка - фотографирование луча монохроматического света от 400 нм  до 700 нм с шагом 10 нм. Съемка изображения производилась в режиме ручного управления основными параметрами. Баланс белого (WB) корректировался вручную по используемому в эксперименте источнику света - лампе накаливания цветовой температурой 3000 К. Контроль интенсивности света осуществлялся с помощью встроенного экспонометра фотокамеры по индикатору дифференциальной экспозиции. Фокусное расстояние устанавливалось во всех экспериментах на бесконечность для получения изображения, равномерного по насыщенности и компенсации искажения цвета при высокой яркости отдельных объектов. Полученные изображения обрабатывались программой: определялись средние значения цветовых кодов RGB, код оттенка цвета для каждой длины волны, после чего строилась зависимость между кодом и длиной волны.

На основании проведенных замеров была установлена связь между длиной волны света, сформированного монохроматором спектрофотометра, и кодом цвета его цифрового изображения.  По результатам замеров был построен график, показывающий корреляцию между длиной волны, зафиксированной цифровой фотокамерой при заданных условиях, и кодом цвета.

Зависимость описывается полиномиальной моделью регрессии (порядок полинома - 5) с высокой достоверностью апроксимации R2 = 0,9915:   

f

Разработанная программа и метод могут широко использоваться для определения цветовых характеристик пигментных систем растений и микроорганизмов.


Библиографическая ссылка

Ефимов А.А. ПРОГРАММА И МЕТОД АНАЛИЗА ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ОБРАЗЦОВ РАСТИТЕЛЬНЫХ И МИКРОБНЫХ ПИГМЕНТОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2007. – № 12. – С. 73-74;
URL: http://www.top-technologies.ru/ru/article/view?id=25822 (дата обращения: 05.06.2020).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074