pimiПриборы и методы измеренийDevices and Methods of Measurements2220-95062414-0473BNTU10.21122/2220-9506-2016-7-1-67-76pimi-243Research ArticleМетоды измерений, контроля, диагностикиMethods of measurements, monitoring, diagnosticsОБРАБОТКА ИЗОБРАЖЕНИЙ ПРИ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНОЙ ФОТОМЕТРИИIMAGE PROCESSING AT ELLIPSOIDAL PHOTOMETRYБезуглыйМ. А.BezuglyiM. A.

Адрес для переписки: Безуглый М.А. Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», пр. Победы, 37, 03056, г. Киев, Украина e-mail: mikhail_bezuglyy@ukr.net

Address for correspondence: Bezuglyi M.A. National Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute», Peremohy Ave., 37, 03056, Kiev, Ukraine e-mail: mikhail_bezuglyy@ukr.net

mikhail_bezuglyy@ukr.netБезуглаяН. В.BezuglayaN. V.mikhail_bezuglyy@ukr.netСамилякА. Б.SamilyakA. B.mikhail_bezuglyy@ukr.netНациональный технический университет Украины «Киевский политехнический институт»УкраинаNational Technical University of Ukraine «Kyiv Polytechnic Institute»Ukraine201606062016716776Copyright © Безуглый М.А., Безуглая Н.В., Самиляк А.Б., 20162016Безуглый М.А., Безуглая Н.В., Самиляк А.Б.Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V., Samilyak A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://pimi.bntu.by/jour/article/view/243

Эллипсоидальная фотометрия с использованием прибора с зарядовой связью (ПЗС фотометрия) как новый вид оптической диагностики рассеивающих сред в отраженном и/или прошедшем свете требует разработки специфических принципов анализа полученных данных. Поэтому целью работы являлось обоснование принципов эллипсоидальной ПЗС фотометрии при реализации нового метода обработки данных о пространственном распределении рассеянного оптического излучения. Методика фотометрического анализа включает этапы определения области интереса изображения – части изображения, которая содержит необходимую информацию для последующей обработки, а также размеров, конфигурации и освещенности в соответствующих его зонах с учетом критериев оптимизации по форме и чувствительности выборки. Разработаны схемы зонного анализа фотометрических изображений для сред с радиально симметричным и направленным рассеянием. Рекомендовано использование метода сравнения с эталоном для исследования технических поверхностей и мутных сред с целью определения их шероховатости и оптических характеристик соответственно. При анализе биологических сред возможно прогнозировать пространственное распределение яркости изображений путем статистического моделирования распространения оптического излучения в системе «биологическая среда + эллипсоидальный рефлектор». Это было подтверждено путем сравнения результатов численного (методом Монте-Карло) и реального эксперимента для разнотолщинных образцов мышечной свиной ткани в условиях in vitro. Параметры оптического излучения, используемые в качестве входящих данных для моделирования, соответствовали длине волны лазерного излучения 632,8 нм с гауссовым профилем распределения мощности 2 мВт. В качестве ПЗС приемника была использована монохромная камера DMK-21Au04.AS, а эллипсоидальные рефлекторы с эксцентриситетом 0,66 имели рабочее отверстие 33,75 мм. Полученные результаты зонного распределения освещенности по полю реальных и экспериментальных фотометрических изображений при биометрии показали корреляцию с коэффициентами полного пропускания, поглощения и диффузного рассеянья. Таким образом, установленная взаимосвязь может стать неотъемлемой частью усовершенствованных инверсных методов определения оптических параметров биологических сред. 

Ellipsoidal photometry using Charge-Coupled Device (CCD photometry), as a new kind of optical diagnostics of scattering media in reflected and/or transmitted light, requires the development of specific principles of data analysis. The object of this work was substantiation the principles of ellipsoidal CCD photometry at implementation of a new data processing method of spatial distribution of scattered optical flux. Procedure of photometric analysis include the steps of determining the image significance, as well as the size, configuration and illuminance in its respective areas with regard to the criteria to optimize the shape and sensitivity of the zone. Zone analysis schemes of photometric images for media with a radially symmetric and directed scattering are developed. Recommended to use the method of comparison with etalon for studies the technical surfaces and turbid media to determine their roughness and optical characteristics, respectively. During the analysis of biological media, there is a possible of prognosis the spatial distribution of the brightness of the image by means of statistical modeling of optical radiation in the system «biological medium + ellipsoidal reflector». That confirmed by comparing results of the numerical (direct Monte Carlo simulation) and the real experiment for samples different thickness of muscle porcine tissue in vitro. Parameters of the optical radiation, which used as input data for the simulation, correspond to a laser wavelength of 632.8 nm with a Gaussian distribution profile of power of 2 mW. As a CCD detector was used monochrome camera DMK-21Au04.AS, and ellipsoidal reflector with an eccentricity of 0.66 and working aperture of 33.75 mm. Obtained results of zone distribution of illumination across the field in real experimental photometric images during biometrics showed correlation with the total transmission, absorption and diffuse scattering coefficients. This interdependence may be important part of improvement inverse methods of determination the optical parameters of biological media. 

эллипсоидальная фотометрияэллипсоидальный рефлекторобработка изображенийзонный анализellipsoidal photometryellipsoidal reflectorimage processingzone analysisReferencesBezuglyi, M.A. Ellipsoidal reflectors in biomedical diagnostic / M.A. Bezuglyi, N.V. Bezuglaya // Proc. SPIE. – 2013. – P. 9032.Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V. Ellipsoidal reflectors in biomedical diagnostic. Proc. SPIE, 2013, р. 9032. 2. Romanishin W. An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDs. University of Oklahoma, 2006, 175 p.Romanishin, W. An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDs / W. Romanishin. – University of Oklahoma, 2006. – 175 p.Warner B.D. A Practical Guide to Lightcurve Photometry and Analysis. New York: Springer-Verlag, 2006, 298 p.Warner, B.D. A Practical Guide to Lightcurve Photometry and Analysis / B.D. Warner. – New York : Springer-Verlag, 2006. – 298 p.Toporets A.S. Optikha sherohovatoj poverhnosti [Optics of rough surface]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., 1988, 191 p. (in Russian).Топорец, А.С. Оптика шероховатой поверхности. / А.С. Топорец. – Л. : Машиностроение, 1988. – 191 c.Tuchin V.V. Light scaterring study of tissues. Physics-Uspekhi, 1997, vol. 40(5), pp. 495–515.Тучин, В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния / В.В. Тучин // Успехи физических наук. – 1997. – Т. 167. – С. 517–539.Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Optical Properties of Skin and Subcutaneous Tissues: a review. Journal of Innovative Optical Health Sciences, 2011, no. 1, pp. 9–38.Bashkatov, A.N. Optical Properties of Skin and Subcutaneous Tissues: a review / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.V. Tuchin. // Journal of Innovative Optical Health Sciences. – 2011. – No. 1. – P. 9–38.Bashkatov A.N., Genina E.A., Tuchin V.V. Tissue Optical Properties / Chapter 5 in Handbook of Biomedical Optics, David A. Boas, Constantinos Pitris, and Nimmi Ramanujam (editors), Taylor & Francis Group, LLC, CRC Press Inc., 2011, pp. 67–100.Bashkatov A.N., Tissue Optical Properties. Chapter 5 in Handbook of Biomedical Optics / A.N. Bashkatov, E.A. Genina, V.V. Tuchin // Handbook of Biomedical Optics. / David A. Boas, Constantinos Pitris and Nimmi Ramanujam (editors), Taylor & Francis Group, LLC, CRC Press Inc. – 2011. – P. 67–100.Bezuglyi M.A., Pavlovets N.V. Optical biometry of biological tissues by ellipsoidal reflectors. Proc. OSASPIE, 2013, pp. 8798.Bezuglyi, M.A. Optical biometry of biological tissues by ellipsoidal reflectors / M.A. Bezuglyi, N.V. Pavlovets // Proc. OSA-SPIE. – 2013. – Р. 87–98.Bezuglaya N.V., Bezuglyi M.A., Tymchik G.S., Vonsevich K.P. Vliyaniye osevoj anizotropii rasseyaniya biologicheskikh sred na tochnost’ opredelenija koyefficientov metodom Monte-Karlo [The influence of the axial anisotropy of the scattering by biological media on the accuracy of determination the optical coefficients by Monte Carlo method]. Research Bulletin of NTUU «KPI», 2015, no. 1, pp. 85–91 (in Ukrainian).Безуглая, Н.В. Особенности анизотропии светорассеяния волокнистыми биологическими тканями / Н.В. Безуглая, М.О. Безгулый, Г.С. Тымчик // Вестник НТУУ «КПИ». Серия «Приборостроение». – 2015. – № 2(50). – C. 169–175.Kryvoshlykov A.Yu., Sahno S.P., Smirnov  V.A., Tymchik G.S. Cifrovaya korrekciya iskazhionnogo videosignala PZS-priyomnika [Digital correction of distorted video CCD detector] Bulletin «KPI». Series Instrument Making, 1986, no.16, pp. 59–62 (in Russian).Кривошлыков, А.Ю. Цифровая коррекция искаженного видеосигнала ПЗС-приемника / А.Ю. Кривошлыков, С.П. Сахно, В.О. Смирнов, Г.С. Тымчик // Вестник НТУУ «КПИ». Серия «Приборостроение». – 1986. – № 16. – С. 59–62.Cheong W.F., Prahl S.A., Welch A.J. A review of optical properties of biological tissues. Journal of quantum electronics, 1990, no. 12, pp. 2166–2239.Cheong, W.F. A review of optical properties of biological tissues / W.F. Cheong, S.A. Prahl, A.J. Welch // Journal of quantum electronics. – 1990. – No. 12. – P. 2166–2239.Meglinski I.V. Modeling the reflectance spectra of the optical radiation for random inhomogeneous multilayered highly scattering and absorbing media by the Monte Carlo technique. Quantum Electron, 2011, no. 31, pp. 1101–1107.Meglinski, I.V. Modeling the reflectance spectra of the optical radiation for random inhomogeneous multi-layered highly scattering and absorbing media by the Monte Carlo technique / I.V. Meglinski // Quantum Electron. – 2011. – No. 31. – P. 1101–1107.Meglinski, I.V. Modeling the reflectance spectra of the optical radiation for random inhomogeneous multi-layered highly scattering and absorbing media by the Monte Carlo technique / I.V. Meglinski // Quantum Electron. – 2011. – No. 31. – P. 1101–1107.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.