Математическое моделирование и программный комплекс для контроля магнитных полей и латентных изображений

• Автор: Топчиев, Иван Николаевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Ставрополь
• Количество страниц: 168 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ОБЗОР СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ПОСТАНОВКА РЕШАЕМЫХ ЗАДАЧ

1.1 Характеристика моделей полей рассеяния намагниченных объектов методов изуализации и программноаппаратных комплексов для их реализации.
1.2 Обзор современных методов и моделей формирования и выявления латентных изображений, а также средств для их реализации.

1.2.1 Методы и способ формирования латентных изображений

1.2.2 Методы выявления латентных изображений

1.2.3 Аппаратные средства обработки и анализа латентных изображений.

1.2.4 Программные средства выявления латентных изображений.

1.3 Анализ известных методов предварительной обработки изображений

1.3.1 Частотные методы обработки изображений

1.3.2 Пространственные методы обработки изображений.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ НАМАГНИЧЕННЫХ ОБЪЕКТОВ.
2.1 Математическая модель магнитной системы объект контроля поле рассеяния датчик.
2.2 Алгоритм определения полей рассеяния намагниченных объектов по их визуализированным изображениям
2.3 Выводы.
3 ФОРМИРОВАНИЕ И ВИЗУАЛИЗАЦИЯ ЛАТЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
3.1 Математическая модель и способ формирования растровых латентных изображений
3.2 Выявление латентных изображений с помощью систем компьютерной математики МаФсаб и МаЧаЬ.
3.2.1 Использование методов цифровой фильтрации для выявления латентных изображений.
3.2.2 Методика обнаружения скрытой информации с помощью вейвлетпреобразований
3.3 Разработка базы комбинированных фильтров для выявления латентных изображений
3.4 Выводы.
4 ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПОЛЕЙ РАССЕЯНИЯ НАМАГНИЧЕННЫХ ОБЪЕКТОВ И ЛАТЕНТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ.
4.1 Архитектура комплекса для визуализации, обработки и анализа полей рассеяния намагниченных объектов и выявления скрытых изображений
4.2 Контроль магнитных полей рассеяния намагниченных объектов
4.3 Определение магнитных полей рассеяния намагниченных объектов
4.4 Контроль подлинности банкнот, документов, ценных бумаг с помощью анализа латентных изображений.
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Приложение
Приложение
Приложение
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация классических методов контроля скрытых магнитных и латентных изображений, разработка новых алгоритмов и реализованных на их основе комплексов программ позволят сделать более дешевыми, точными и качественными процессы контроля подлинности ценных бумаг, денежных знаков, полей рассеяния намагниченных объектов, выявления дефектов ферромагнитных изделий и т. д.
При всем многообразии используемых программных и аппаратных средств контроля скрытых изображений существует определенный пробел в области средств комплексного контроля. Ряд прикладных задач дефектоскопии VI контроля информации требуют исследования полей рассеяния намагниченных объектов и выявления латентных изображений. К таким задачам относятся определение параметров дефектов, контроль наличия несанкционированных записей, подлинности и целостности магнитных сигналограмм, контроль над уничтожением информации, диагностика магнитных головок по топологии их полей рассеяния защита от копирования, подделок и фальсификации документов, ценных бумаг, денежных знаков, печатей с помощью латентных изображений.
Решение задач дефектоскопии, криминалистики и технологии производственного контроля сводится к проблемам разработки эффективных методов исследования полей рассеяния намагниченных объектов. В настоящее время при исследовании полей рассеяния дефектов в основном используются упрощенные модели дефектов в виде трещин, что обусловлено сложностью учета нелинейных свойств магнитного материала, которые дают лишь неплохое качественное соответствие с экспериментом. В связи с этим моделирование пространственнораспределенных магнитных полей и разработка программного комплекса для контроля магнитного поля, позволяющего анализировать распределение поля рассеяния намагниченного объекта, является актуальной задачей, так как наибольший практический интерес представляют методы визуального контроля, дающие полную картину поля в некоторой
области. Причем объем полезной информации, получаемой при исследовании пространственнораспределенного магнитного поля, определяется не только характеристиками отдельно взятого датчика, но и количеством точек измерения и их распределением в пространстве. Таким образом, контроль распределения магнитного поля в пространстве является актуальной задачей и необходим при разработке устройств, основной характеристикой которых является магнитное поле заданной конфигурации магнитные головки, магнитные системы на постоянных магнитах т. д
В настоящее время существует большое количество работ по обработке изображений, в которых основное внимание уделяется классическим методам обработки, компрессии и распознаванию изображений и практически нет литературы, посвященной разработке алгоритмов, методик и способов выявления латентных изображений и улучшения качества визуализированных магнитных изображений.
Использование латентных изображений для защиты относительно недорогой продукции широкого распространения этикетки, упаковки, бренды, фармацевтические препараты, промышленная продукция и т. п. делают разработку моделей формирования латентных изображений и методов выявления скры той информации в изображении актуальной задачей.
Объектом диссертационного исследования являются скрытые магнитные и латентные изображения.
Предметом диссертационного исследования являются математические модели и методы исследования полей рассеяния намагниченных объектов, латентных изображений и программноаппаратные комплексы, реализующие эти методы и модели.
Цель работы и задачи исследования
Целью работы является разработка математических моделей и средств комплексного контроля скрытых магнитных и латентных изображений, позволяющих улучшить качество выявления скрытой информации в изображении и сократить объем экспериментальных исследований.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи
1. Разработать математическую модель магнитной системы объект контроля поле рассеяния датчик, представляющей собой визуализированную магнитную запись в виде намагниченных ячеек, изменяющуюся под действием внешнего магнитного поля.
2. Разработать алгоритмы и методики определения полей рассеяния намагниченных объектов, формирования и выявления латентных изображений.
3. Разработать алгоритмы комплексного контроля магнитных и латентных изображений.
4. Разработать программный комплекс для выявления, обработки и анализа скрытых магнитных и латентных изображений и определения полей рассеяния намагниченных объектов.
Актуальность


Библиографический список содержит 5 наименований источников литературы. В приложения вынесены листинг разработанного программного комплекса для визуализации скрытых изображений и моделирования полей рассеяния намагниченных объектов таблица 1, в которой приведены программноаппаратные комплексы визуализации и анализа полей рассеяния магнитных сигналограмм таблица 2, которая содержит описание возможностей программного обеспечения, используемого для анализа и обработки скрытых изображений. Для исследования полей рассеяния магнитных сигналограмм пространственного распределения амплитуд остаточной намагниченности используются магнитные, магнитооптические методы, а также методы магнитной силовой микроскопии. Магнитные методы неразрушающего контроля , , , , основанные на измерении и оценивании магнитных полей рассеяния, являются важными для диагностирования критического состояния металлических изделий в энергетике, на транспорте, в металлургической промышленности, а также для выявления и установления признаков монтажа фонограмм, выявления скрытых магнитных изображений в криминалистике и т. Магнитные методы визуализации представлены в таблице 1. Таблица 1. Магнитооптические эффекты Фарадея, Керра, КоттонаМутона находят применение для визуализации магнитных полей рассеяния намагниченных объектов в поляризованном свете 7, , , . Они характеризуются изменением оптических свойств сред под действием магнитного поля. В работах , , , рассмотрены способы визуализации магнитных полей рассеяния намагниченных объектов на основе эффекта Фарадея с использованием магнитооптических ферритгранатовых пленок. Классификация и основы методов магнитооптической визуализации приведены в таблице 1. Таблица 1. На основе эффекта Фарадея Поворот плоскости поляризации при прохождении поляризованного света сквозь магнетик, то есть домены можно наблюдать в прозрачных магнетиках. На основе эффекта Керра Поворот плоскости поляризации при отражении падающего на намагниченный магнетик поляризованного света. На основе эффекта КоттонаМутона Магнитное двойное лучепреломление при поперечном распространении линейно поляризованного света. Магнитооптический кристалл, являющийся основным элементом устройств индикации и визуализации на феррит гранатовых пленках, осуществляет преобразование магнитных полей рассеяния носителя в световое распределение, соответствующее их величине и положению в пространстве . Однако использование пленок феррит гранатов для визуализации полей рассеяния высокоплотных сигналограмм достаточно сложная задача, так как изза высокой жесткости магнитооптического кристалла его трудно использовать при контроле полей рассеяния сложной конфигурации. Кроме того устройства, использующие магнитооптические кристаллы, имеют большую стоимость. Магнитная силовая микроскопия 4, , , одна из современных и перспективных технологий визуализации магнитных полей. В качестве преимуществ магнитной силовой микроскопии можно отметить то, что она является эффективным средством магнитных исследований на субмикронном уровне, а также то, что измерения позволяют с высоким разрешением исследовать магнитную доменную структуру, проводить запись и считывание информации в магнитной среде, исследовать процессы магнитного перемагничивания. Однако высокое разрешение магнитного силового микроскопа имеет негативную сторону довольно сложно позиционировать участок измерения на образце, а размеры получаемых изображений составляют всего от единиц до десятков микрон. Метод не обеспечивает высокую скорость получения результатов, но дает возможность их количественной оценки. Поскольку изображения, полученные при помощи этого метода, содержат информацию, как о топографии, так и о магнитных свойствах поверхности, то для их правильной интерпретации необходимо выделить из общей картины магнитную составляющую. Также существенным недостатком магнитной силовой микроскопии является высокая стоимость измерительных устройств 2. Основные характеристики рассмотренных выше методов визуализации приведены в таблице 1. Таблица 1. Макс.