Аналіз структурних схем засобів мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю параметрів та діагностування стану неоднорідних біологічних середовищ

Abstract

У роботі проаналізовано варіанти реалізації структурних схем засобів мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю параметрів та діагностування стану неоднорідних біологічних середовищ. Метою роботи є аналіз варіантів реалізації структурних схем засобів мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю параметрів та діагностування стану неоднорідних біологічних середовищ при опосередкованому вимірюванні їх біофізичних та структурних параметрів. Суть методу мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю та діагностування полягає у аналізі цифрових зображень досліджуваного об’єкту, отриманих у декількох спектральних діапазонах. Неоднорідні біологічні середовища для усіх задач екологічного моніторингу, біомедичної діагностики та контролю якості продукції можна звести до наступних фізичних моделей: напівнескінчене макроскопічно однорідне біологічне середовище; тонкий шар макроскопічно однорідного біологічного середовища; багатошарове неоднорідне біологічне середовище. Кожен із шарів багатошарового неоднорідного біологічного середовища вважається тонким макроскопічно однорідним шаром. Проведено аналіз варіантів реалізації структурних схем засобів мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю та діагностування для різних випадків їх застосування та проаналізовано загальну схему, що дозволяє оцінити похибки опосередкованого вимірювання біофізичних і структурних параметрів неоднорідних біологічних середовищ за мультиспектральними параметрами, а, відповідно, і достовірність вимірювального контролю. Проаналізовано засоби мультиспектрального телевізійного вимірювального контролю та діагностування, що можуть використовуватись для задач екологічного моніторингу водних об’єктів з використанням біоіндикації по фітопланктону та макрофітам в умовах in situ та in vitro, біомедичної діагностики гуморальних середовищ в умовах in vitro, неінвазивної біомедичної діагностики нормальних і патологічних тканин шкіри людини в умовах in vivo та in vitro, контролю якості харчових продуктів. Запропоновано модель для оцінювання похибок опосередкованого вимірювання біофізичних і структурних параметрів неоднорідних біологічних середовищ за мультиспектральними параметрами. Провівши багатократне імітаційне моделювання похибок опосередкованого вимірювання біофізичних і структурних параметрів неоднорідних біологічних середовищ можливо отримати закони їх розподілу та оцінити достовірність контролю.

В работе проанализированы варианты реализации структурных схем средств мультиспектрального телевизионного измерительного контроля параметров и диагностирования состояния неоднородных биологических сред. Целью работы является анализ вариантов реализации структурных схем средств мультиспектрального телевизионного измерительного контроля параметров и диагностирования состояния неоднородных биологических сред при опосредованном измерении их биофизических и структурных параметров. Суть метода мультиспектрального телевизионного измерительного контроля и диагностирования состоит в анализе цифровых изображений исследуемого объекта, полученных в нескольких спектральных диапазонах. Неоднородные биологические среды для всех задач экологического мониторинга, биомедицинской диагностики и контроля качества продукции можно свести к следующим физическим моделям: полубесконечная макроскопически однородная биологическая среда; тонкий слой макроскопически однородной биологической среды; многослойная неоднородная биологическая среда. Каждый из слоев многослойной неоднородной биологической среды считается тонким макроскопически однородным слоем. Проведен анализ вариантов реализации структурных схем средств мультиспектрального телевизионного измерительного контроля и диагностирования для различных случаев их применения и проанализировано общую схему, что позволяет оценить погрешности косвенного измерения биофизических и структурных параметров неоднородных биологических сред по мультиспектральным параметрам, а, соответственно, и достоверность измерительного контроля. Проанализированы средства мультиспектрального телевизионного измерительного контроля и диагностирования, которые могут использоваться для задач экологического мониторинга водных объектов с использованием биоиндикации по фитопланктону и макрофитам в условиях in situ и in vitro, биомедицинской диагностики гуморальных сред в условиях in vitro, неинвазивной биомедицинской диагностики нормальных и патологических тканей кожи человека в условиях in vivo и in vitro, контроля качества пищевых продуктов. Предложена модель для оценки погрешностей косвенного измерения биофизических и структурных параметров неоднородных биологических сред по мультиспектральным параметрам. Проведя многократное имитационное моделирование погрешностей косвенного измерения биофизических и структурных параметров неоднородных биологических сред можно получить законы их распределения и оценить достоверность контроля.

In this paper, we analyzed the implementation of the structural diagrams of the multispectral television measurement control parameters and the diagnosis of the state of heterogeneous biological media. The aim of the work is to analyze the options for implementing the structural diagrams of multispectral television measurement control parameters and diagnosing the state of inhomogeneous biological media with indirect measurement of their biophysical and structural parameters. The essence of the method of multispectral television measurement control and diagnosis is the analysis of digital images of the object under investigation, obtained in several spectral ranges. Uneven biological environments for all tasks of environmental monitoring, biomedical diagnostics and product quality control can be reduced to the following physical models: semi-infinite macroscopically homogeneous biological environment; a thin layer of a macroscopically homogeneous biological medium; multilayer heterogeneous biological medium. Each of the layers of a multilayer heterogeneous biological medium is considered to be a thin macroscopically homogeneous layer. The analysis of variants of realization of structural schemes of means of multispectral television measuring control and diagnostics for various cases of their application is carried out and the general scheme is analyzed that allows to estimate errors of indirect measurement of biophysical and structural parameters of heterogeneous biological media by multispectral parameters, and, accordingly, reliability of measuring control. The means of multispectral television measurement control and diagnostics that can be used for ecological monitoring of water objects using bioindication on phytoplankton and macrophytes under in situ and in vitro conditions, biomedical diagnostics of humoral media under in vitro conditions, noninvasive biomedical diagnostics of normal and pathological skin tissues Human in vivo and in vitro conditions, food quality control. A model is proposed for estimating errors in the indirect measurement of biophysical and structural parameters of inhomogeneous biological media using multispectral parameters. Having repeatedly simulated the modeling of errors in the indirect measurement of biophysical and structural parameters of inhomogeneous biological media, one can obtain the laws of their distribution and estimate the reliability of control.