CC BY
3
СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ, УПРАВЛЕНИЕ И ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ
УДК 681.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-3-6
СПОСОБ КОРРЕКЦИИ МЕДИАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ RGB-ИЗОБРАЖЕНИЙ
И.В. Зайчиков
Описан способ коррекции медианной фильтрации ЯОБ-изображений в автоматизированной системе контроля топологии проводников печатных плат.
Ключевые слова: система, изображение, медиана, фильтрация, коррекция, цветовой тон.
В автоматизированной системе контроля топологии проводников печатных плат при применении стандартного медианного фильтра для цветного изображения печатных плат, получаемого с планшетного сканера, выявлена следующая особенность: на кромках изображений металлических проводников после обработки медианным фильтром образовывались области с цветовыми тонами, которые существенно отличались от исходных цветовых тонов до обработки. При этом новые цветовые тона оказывали существенное влияние на последующие процедуры обработки изображения, включая процедуры размерного контроля топологии проводников печатных плат, увеличивая погрешности результатов измеряемых параметров.
С целью выявления причины появления нежелательных цветовых тонов было выполнено отдельное моделирование медианной фильтрации на изображении характерного фрагмента печатной платы. В результате анализа компонент R, G, B в точках, содержащих новые цветовые тона, выявлена особенность работы медианного фильтра применительно только к цветному RGB-изображению в отличие от полутонового серого изображения.
Медианный фильтр выполняет преобразование каждой компоненты R, G, B по отдельности как в полутоновом сером изображении, а именно выполняет упорядочивание амплитуд полутонов R, G, B путём их перестановки в пределах массива точек апертуры. Однако при этом не учитывается, что исходные RGB-полутона были связаны между собой, и являются спектральными характеристиками исходного изображения. После упорядочивания и выделения в отдельных компонентах медиан R, G, B в пределах апертуры эти медианы объединяются в выходной цветовой тон без учёта их связи между собой в исходном изображении. Поэтому при стандартной медианной обработке выходной цветовой тон обычно не является принадлежащим к набору цветовых тонов исходного изображения, что в общем искажает изображение.
С целью исключения появления новых цветовых тонов выполнена коррекция медианной фильтрации с использованием следующего способа. В пределах апертуры все цветовые тона рассматриваются как точки трёхмерного RGB-пространства с координатами R, G, B. Выходной цветовой тон также располагается как точка в RGB-пространстве и не совпадает с точками исходных тонов. Поэтому необходимо выполнить замену выходного тона на один их исходных тонов. Для этого рассчитываются цветовые расстояния в RGB-пространстве между каждой исходной точкой и выходной точкой. Определяется минимальное цветовое расстояние из всех рассчитанных, по которому выполняется замена точки выходного цветового тона на исходную точку, располагающуюся ближе всего к выходной точке.
Для проверки качества работы скорректированного медианного фильтра с использованием указанного способа коррекции были сделаны численные выборки точек апертуры в процессе медианной фильтрации. При этом проверялись и сравнивались следующие изображения:
1) с наложенным аддитивным шумом с амплитудой 40 единиц от общей шкалы в 256 единиц с целью выявления степени сглаживания искажений изображения после фильтрации;
2) без наложения аддитивного шума с целью выявления степени сглаживания реального изображения после фильтрации.
В каждом случае проанализированы изменения цветовых тонов, принадлежащих текстолиту печатной платы и металлу проводников печатной платы до сортировки, после сортировки и после коррекции.
Результаты представлены ниже в табл. 1-8.
Таблица 1
Значения компонент RGB в исходной апертуре 3х3 точки при шуме 40ед. _для цветовых тонов ^ текстолита в координатах X=107 Y=35__
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 135 149 129 120 102 150 136 105 139
G 109 136 94 96 93 100 103 111 111
B 46 71 73 96 85 65 40 82 76
Таблица 2
Значения компонент RGB после сортировки в апертуре 3х3 точки при шуме 40ед. для цветовым тонов текстолита в координатах X=107 Y=35 _
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 102 105 120 129 135 136 139 149 150
G 93 94 96 100 103 109 111 111 136
B 40 46 65 71 73 76 82 85 96
Для цветовых тонов текстолита с шумом значение медианы при обычной фильтрации составило ^т=135; Gm=103; Вт=73). Выходное значение после коррекции составило ^с=129; Gc=94; Вс=73)
Таблица 3
Значения компонент RGB в исходной апертуре 3х3 точки при шуме 40ед. _для цветовым тонов проводника в координатах X=135 Y=35 __
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 93 118 38 71 99 56 81 49 72
G 115 86 64 57 110 61 80 64 54
B 89 94 56 68 77 65 59 73 29
Таблица 4
Значения компонент RGB после сортировки в апертуре 3х3 точки при шуме 40ед. для цветовым тонов проводника в координатах X=135 Y=35 _
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 38 49 56 71 72 81 93 99 118
G 54 57 61 64 64 80 86 110 115
B 29 56 59 65 68 73 77 89 94
Для цветовых тонов проводника с шумом значение медианы при обычной фильтрации составило ^т=72; Gm=64; Вт=68). Выходное значение после коррекции составило ^с=71; вс=57; Вс=68).
Таблица 5
Значения компонент RGB в исходной апертуре 3х3 точки без шума для цветовым тонов текстолита в координатах X=107 Y=35__
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 116 148 133 131 122 137 121 123 142
G 102 127 102 100 105 108 96 115 108
B 56 75 83 80 79 67 53 86 91
Таблица 6
Значения компонент RGB после сортировки в апертуре 3х3 точки без шума для цветовым тонов текстолита в координатах X=107 Y=35__
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 116 121 122 123 131 133 137 142 148
G 90 100 102 102 105 108 108 115 127
B 53 56 67 75 79 80 83 86 91
Для цветовых тонов текстолита с шумом значение медианы при обычной фильтрации составило (Кт=131; Gm=105; Вт=79). Выходное значение после коррекции составило ^с=131; Gc=100; Вс=80).
Таблица 7
Значения компонент RGB в исходной апертуре 3х3 точки без шума
для цветовым тонов проводника в координатах X=135 Y=35 __
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 102 128 43 82 89 62 68 58 62
G 110 102 60 65 94 60 71 56 61
B 95 78 65 72 96 67 44 64 36
Системный анализ, управление и обработка информации
Таблица 8
Значения компонент RGB после сортировки в апертуре 3х3 точки без шума для цветовых тонов проводника в координатах X=135 Y=35__
A=3 0 1 2 3 4 5 6 7 8
R 43 58 62 62 68 82 89 102 128
G 56 60 60 61 65 71 94 102 110
B 36 44 64 65 67 72 78 95 96
Для цветовых тонов проводника с шумом значение медианы при обычной фильтрации составило (Ят=68; Gm=65; Вт=67). Выходное значение после коррекции составило ^с=62; вс=60; Вс=67).
r-i ^
а б в
Рис. 1. Изображения характерного фрагмента печатной платы: а - исходное с шумом 40 ед.; б - после обычной медианной фильтрации с апертурой 3х3 точки; в - после способа коррекции
медианной фильтрации
а б в
Рис. 2. Изображения характерного фрагмента печатной платы: а - исходное без шума; б - после обычной медианной фильтрации с апертурой 3х3 точки; в - после способа коррекции
медианной фильтрации
Таким образом появление новых цветовых тонов и соответствующих искажений после медианной фильтрации в обработанном изображении с применением описанного способа коррекции не наблюдается.
Список литературы
1. Фу К., Гонсалес Р., Ли К. Робототехника: Пер. с англ. М.: Мир, 1989. 624 с.
5
2. Системы очувствления и адаптивные промышленные роботы /В.Б. Брагин, Ю.Г. Войлов, Ю.Д. Жаботинский и др.; Под общ. ред. Е. П. Попова, В. В. Клюева. М.: Машиностроение, 1985. 256 с.
Зайчиков Игорь Вячеславович, канд. техн. наук, доцент, zigorwm@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
METHOD OF CORRECTION OF MEDIAN FILTERING OF RGB IMAGES
I.W. Zaichikov
A method for correcting median filtering of RGB images in an automated control system for the topology of printed circuit board conductors is described.
Key words: system, image, median, filtering, correction, color tone.
Zaychikov Igor Wyacheslavovich, candidate of technical science, docent, zigorwm @mail. ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 668. 7
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-4-6-9
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ТЕПЛОМАССООБМЕНА ДЛЯ ТОННЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ НА ОСНОВЕ ВОДОИСПАРИТЕЛЬНЫХ ОХЛАДИТЕЛЕЙ ПРЯМОГО
ДЕЙСТВИЯ
Е.В. Блохина, Е.Н. Осипов, М.Б. Цудиков
Рассмотрены особенности регулирования параметров воздушной среды в помещениях с тоннельной системой вентиляции с включенными в нее водоиспарительными охладителями прямого принципа действия. Построена математическая модель процесса тепломассопереноса
Ключевые слова: моделирование, тепломассообмен, баланс, температура, тоннельная вентиляция, охладитель.
Достижение допустимых температурно-влажностных параметров микроклимата на рабочем месте, технологических норм на производстве требует привлечения охладительных устройств локального и общего действия. Применение конкретных установок экономически оправданно при учете строительно-монтажных, эксплуатационных, технологических требований и требований экологической безопасности.
Анализ существующих систем кондиционирования показал, что существенными преимуществами обладают водоиспарительные. Они просты по конструкции и в эксплуатации, экологически безопасны, обладают низкой потребляемой мощностью, саморегулируемы по эффективности охлаждения в зависимости от температурно-влажностных составляющих охлаждаемого воздуха. При определенных условиях, например, при необходимости кондиционирования воздуха в мобильных средствах, охлаждения радиоэлектронной аппаратуры или в условиях пониженной влажности, использование именно этих устройств является наиболее оправданным.
Выбор конструктивных характеристик таких охладителей осуществляется опытным путем или на основе математического моделирования с помощью балансовых уравнений [1].
Подходы, базирующиеся на экспериментальных исследованиях, несмотря на многочисленные положительные результаты, не позволяют проанализировать воздействие на интенсивность тепломассообмена конструктивных параметров и расходных характеристик водо-испарительных охладителей на всех диапазонах изменения интересующих параметров. Моделирование с помощью балансовых уравнений имеют существенные недостатки, так как не рассматривает процессы тепломассопереноса в каналах охладителей и не анализирует влияния геометрических параметров на эффективность охлаждения.
Главным элементом водоиспарительного охладителя является испарительная насадка, в каналах которой в процессе тепломассообмена происходит охлаждение воздуха. Она представляет собой пакет капиллярно-пористых пластин, образующих каналы воздуховодного тракта. Поверхность пластин смачивается водой либо верхним орошением, либо снизу за счет так называемого эффекта «фитиля» [2].
Очевидным недостатком воздухоохладителя прямого принципа действия является переувлажнение воздуха и, как следствие, ограниченность зон их эксплуатации. Более сложные охладители основываются на принципе косвенного охлаждения. Охлаждение основного потока воздуха в них происходит за счет испарения влаги во вспомогательном потоке воздуха и теплопередачи через пластины, образующие «сухие» каналы. В отличие от прямого испарения в этом случае начинают играть роль не только капиллярные свойства материала пластин, но и их толщина и теплопроводность.
6
