Category Archives: ФОП.19.04

Достижение углового сверхразрешения на основе априори известной информации / Achievement of Angular Superresolution Based on the Priority of Known Information

Лаговский Б. А. / Lagovsky, B.A.
Российский технологический университет (МИРЭА) / Russian Technological University (MIREA)
Самохин А. Б. / Samokhin, A.B.
Российский технологический университет (МИРЭА) / Russian Technological University (MIREA)
Выпуск в базе РИНЦ
Лаговский Б. А., Самохин А. Б. Достижение углового сверхразрешения на основе априори известной информации // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 4(34). С. 16–22. DOI: 10.25210/jfop-1904-016022
Lagovsky, B.A., Samokhin, A.B. Achievement of Angular Superresolution Based on the Priority of Known Information // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 4(34). P. 16–22. DOI: 10.25210/jfop-1904-016022


Аннотация: Обоснована эффективность использования априорной информации при решении обратных задач формирования радиоизображений со сверхразрешением на основе алгебраических методов. Представлены результаты численных экспериментов на математических моделях, показавшие устойчивость получаемых решений с угловым разрешением, превосходящим критерий Рэлея в 3-10 раз. На примерах продемонстрирована высокая помехоустойчивость получаемых приближённых решений, превышающая зарубежные аналоги.
Abstract: The efficiency of using a priori information in solving inverse problems of forming radio images with superresolution based on algebraic methods is substantiated. The results of numerical experiments on mathematical models are presented, which showed the stability of the obtained solutions with angular resolution exceeding the Rayleigh criterion by 3-10 times. The examples demonstrate the high noise immunity of the obtained approximate solutions, exceeding foreign analogues.
Ключевые слова: устойчивость обратной задачи, параметризация обратной задачи, регуляризующий фактор, регуляризация двумерной обратной задачи, angular superresolution, the stability of inverse problems, data mining, regularizing factor, устойчивость обратной задачи


Литература / References
  1. Bertero, M., Boccacci, P. Super-resolution in computational imaging // 2003. Micron, Vol. 34. P. 265-273. DOI: 10.1016/S0968-4328(03)00051-9
  2. Лаговский Б. А. Сверхразрешение на основе синтеза апертуры цифровыми антенными решетками // Антенны. 2013. № 6. С. 9-16.
  3. Lagovsky, B.A., Samokhin, A.B., and Shestopalov, Y.V. Regression Methods of Obtaining Angular Superresolution // 2019 URSI Asia-Pacific Radio Science Conference (AP-RASC), New Delhi, India. Publisher: IEEE. Conference Paper. 2019.
  4. Лаговский Б. А., Самохин А. Б. Устойчивость алгебраических методов восстановления изображений источников с повышенным угловым разрешение // Электромагнитные волны и электронные системы. 2011. № 4. T.16. С. 6-12.
  5. Lagovsky, B.A., Samokhin, A.B. Superresolution in signal processing using a priori information // International Conference Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA). Verona, Italy, 2017. P. 779-783. DOI: 10.1109/ICEAA.2017.8065365
  6. Lagovsky, B., Samokhin, A., and Shestopalov, Y. Increasing Effective Angular Resolution Measuring Systems Based on Antenna Arrays // Proceedings of the 2016 URSI International Symposium on Electromagnetic Theory (EMTS), Espoo, Finland, 2016. P. 432-434. DOI: 10.1109/URSI-EMTS.2016.7571418
  7. Lagovsky, B.A. Superresolution in signal processing using smart antenna // Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS). 2017. P. 471-474.
  8. Lagovsky, B.A., Chikina, A.G. Superresolution in signal processing using a priori information // Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS). 2017. P. 944-947.
  9. Lagovsky, B. A., Samokhin, A. B., and Shestopalov, Y.V. Creating Two-Dimensional Images of Objects with High Angular Resolution // 2018 IEEE Asia-Pacific Conference on Antennas and Propagation (APCAP). P. 114-115. DOI: 10.1109/CRMICO.2014.6959825

Особенности разработки программно-аппаратных комплексов для микрофокусной рентгеновской компьютерной томографии / Features of the Development of Software and Hardware Systems for MicroCT

Бессонов В. Б. / Bessonov, V.B.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Ларионов И. А. / Larionov, I.A.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Ободовский А. В. / Obodovsky, A.V.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Выпуск в базе РИНЦ
Бессонов В. Б., Ларионов И. А., Ободовский А. В. Особенности разработки программно-аппаратных комплексов для микрофокусной рентгеновской компьютерной томографии // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 4(34). С. 23–33. DOI: 10.25210/jfop-1904-023033
Bessonov, V.B., Larionov, I.A., Obodovsky, A.V. Features of the Development of Software and Hardware Systems for MicroCT // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 4(34). P. 23–33. DOI: 10.25210/jfop-1904-023033


Аннотация: Представлены особенности создания программно-аппаратных комплексов для микротомографии. Описаны ключевые требования к источникам рентгеновского излучения для микротомографии. Приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований факторов, влияющих на качество томографической реконструкции, в том числе: дрейф фокусного пятна по мишени анода рентгеновской трубки, нестабильность мощности дозы рентгеновского излучения, уровень шумов на проекционных данных, нестабильность геометрических параметров схемы съемки, наличие битых пикселей и пикселей с неравномерным коэффициентом усиления на приемнике рентгеновского излучения. Предложены методы компенсации указанных факторов.
Abstract: The features of creating software and hardware systems for microtomography are presented. The key requirements for X-ray sources for microtomography are described. The results of theoretical and experimental studies of factors affecting the quality of tomographic reconstruction are presented, including: drift of the focal spot on the anode target of X-ray tube, instability of the dose rate of X-ray radiation, noise level on the projection data, instability of the geometric parameters of the scheme of shooting, the presence of dead pixels and pixels with nonuniform gain on the receiver of X-ray radiation. Methods of compensating these factors are proposed.
Ключевые слова: микротомография, микротомограф, коррекция артефактов, дрейф фокусного пятна, микрофокусная рентгеновская трубка, томографическая реконструкция, tomography, microtomography, micro-tomograph, artifact correction, focal spot drift, microfocus X-ray tube, микротомография


Литература / References
  1. Loyer, J., Murphy, E., Ruppe, M., Moiseyev, V., Khartanovich, V., Zammit, J., Rottier, S., Potrakhov, N.,.Bessonov, V., and Obodovskiy, A. Co-morbidity with hypertrophic osteoarthropathy: A possible Iron Age Sarmatian case from the Volga steppe of Russia // International Journal of Paleopathology 2019. Vol. 24. P. 66-78. DOI: 10.1016/j.ijpp.2018.09.007
  2. Obodovskiy, A.V., Bessonov, V.B., and Larionov, I.A. Features of the practical application of microfocus x-ray tomograph in biomedical engineering // AIP Conference Proceedings. 2019. Vol. 2140. No. 020049. DOI: 10.1063/1.5121974
  3. Blinov, N.N., Vasilyev, A.Y., Bessonov, V.B., Gryaznov, A.Y., Zhamova, K.K., Potrakhov, E.N., and Potrakhov, N.N. Effect of X-Ray Tube Focal Spot Size on Radiovisiograph Resolution // Biomedical Engineering. 2014. Vol. 48. I. 2. P. 58-61
  4. Potrakhov, N.N., Podymskii, A.A., Bessonov, V.B., Obodovskii, A.V., Gryaznov, A.Y., Potrakhov, E.N., and Zhamova, K.K. 0.2BPM64-200 microfocus X-ray tube for projection radiography // Russian Journal of Nondestructive Testing. 2017. Vol. 53. Iss. 3. P. 227-230. DOI: 10.1134/S106183091703007X
  5. Потрахов Н.Н., Бессонов В.Б., Ободовский В.В., Грязнов А.Ю., Клонов В.В., Мазуров А.И. Установки для рентгеновского контроля (обзор) // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2019. Т. 85. № 10. С. 35-42. DOI: 10.26896/1028-6861-2019-85-10-35-42
  6. Подымский А.А., Потрахов Н.Н. Микрофокусные рентгеновские трубки нового поколения // Контроль. Диагностика. 2017. № 4. С. 4-8. DOI: 10.14489/td.2017.04.pp.004-008.

Метод повышения резкости и контрастности деталей рентгеновских изображений / Method for Sharpening and Contrasting Details of X-Ray Images

Грязнов А. Ю. / Gryaznov, A.Yu.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Гук К. К. / Guk, K.K.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Староверов Н. Е. / Staroverov, N.E.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Холопова Е. Д. / Kholopova, E.D.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Выпуск в базе РИНЦ
Грязнов А. Ю., Гук К. К., Староверов Н. Е., Холопова Е. Д. Метод повышения резкости и контрастности деталей рентгеновских изображений // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 4(34). С. 34–37. DOI: 10.25210/jfop-1904-034037
Gryaznov, A.Yu., Guk, K.K., Staroverov, N.E., Kholopova, E.D. Method for Sharpening and Contrasting Details of X-Ray Images // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 4(34). P. 34–37. DOI: 10.25210/jfop-1904-034037


Аннотация: Рассмотрен алгоритм повышения резкости и контрастности деталей рентгеновских изображений, основанный на математической морфологии и высокочастотной фильтрации изображения. Показано, что применение алгоритма позволяет значительно повысить резкость и контрастность деталей рентгеновских изображений, при этом практически не увеличивая шум на изображении. Проведено исследование разработанного алгоритма на выборке из 100 рентгеновских изображений. В 84% случаев при помощи алгоритма удалось увеличить резкость деталей изображения.
Abstract: The article considers an algorithm for sharpening and contrasting parts of X-ray images, based on mathematical morphology and high-frequency image filtering. It is shown that the application of the algorithm can significantly increase the sharpness and contrast of the details of X-ray images, while practically not increasing the noise in the image. A study of the developed algorithm on a sample of 100 X-ray images was carried out. In 84% of cases, using the algorithm, it was possible to increase the sharpness of image details.
Ключевые слова: математическая морфология высокочастотная фильтрация, microfocus X-ray, математическая морфология высокочастотная фильтрация


Литература / References
  1. Потрахов Н. Н. Метод и особенности формирования теневого рентгеновского изображения микрофокусными источниками излучения // Вестник новых медицинских технологий. 2007. № 3. С. 167-169.
  2. Staroverov N. E., Kholopova E. D., Gryaznov A. Yu., and Zhamova K. K. Development of digital processing method of microfocus X-ray images // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 808. No. P 1-4. DOI: 10.1088/1742-6596/808/1/012001
  3. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений / М.: Техносфера, 2006. 1104 с. ISBN978-5-94836-331-8
  4. Sobel, I., Feldman, G. A 3×3 Isotropic Gradient Operator for Image Processing. Pattern Classification and Scene Analysis. 1973. P. 271-272.
  5. Vincent, L. Morphological grayscale reconstructions in image analysis: applications and efficient algorithms // IEEE Trans. of Image processing. 1993. Vol. 2. P. 176-201.

Источник импульсного рентгеновского излучения и способ беспроводной передачи данных на его основе / High Frequency x-Ray Pulsed Source and the Method for Wireless Data Transmission

Гребенщиков В. В. / Grebenshchikov, V.V.
ООО «Индиком» / INDIKOM LLC
Дмитриев А. С. / Dmitriev, A.S.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Нечаев А. И. / Nechaev, A.I.
ОАО «НИИЭС» / NIIES JSC
Потрахов Н. Н. / Potrakhov, N.N.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина) / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg
Тимофеев Г. А. / Timofeev, G.A.
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина); ЗАО «ЭЛТЕХ-Мед» / State Electrotechnical University “LETI”, St. Petersburg; ELTECH-Med JSC
Выпуск в базе РИНЦ
Гребенщиков В. В., Дмитриев А. С., Нечаев А. И., Потрахов Н. Н., Тимофеев Г. А. Источник импульсного рентгеновского излучения и способ беспроводной передачи данных на его основе // Физические основы приборостроения. 2019. Т. 8. № 4(34). С. 38–47. DOI: 10.25210/jfop-1904-038047
Grebenshchikov, V.V., Dmitriev, A.S., Nechaev, A.I., Potrakhov, N.N., Timofeev, G.A. High Frequency x-Ray Pulsed Source and the Method for Wireless Data Transmission // Physical Bases of Instrumentation. 2019. Vol. 8. No. 4(34). P. 38–47. DOI: 10.25210/jfop-1904-038047


Аннотация: Известно, что беспроводная передача данных в настоящее время осуществляется преимущественно в радио и СВЧ диапазонах электромагнитного излучения. Также достаточно успешно используются лазерные системы связи, позволяющие, в том числе в условиях Космоса, выйти на новые скорости и объемы передачи данных. В последнее время возобновлены работы по освоению еще более высокочастотного, рентгеновского, диапазона для передачи информации. Данная статья посвящена теоретическому и практическому исследованию системы передачи данных в рентгеновском диапазоне на основе отечественной рентгеновской трубки с фотокатодом, а также поиску способов улучшения ее характеристик.
Abstract: It is known that wireless data transmission is currently carried out mainly in the radio and microwave ranges of electromagnetic radiation. Also, laser communication systems successfully using in our time, allowing in space conditions to reach new speeds and volumes of data transfer. Recently, work has been resumed the development of X-ray systems, working at higher frequency range for transmitting information. This article is devoted to theoretical and practical study of the data transmission system in the X-ray range based on the X-ray tube with a photocathode, as well as the search for ways to improve its characteristics.
Ключевые слова: система передачи информации, импульсное рентгеновское излучение, X-ray tube with photocathode, pulse X-ray source, система передачи информации


Литература / References
  1. Алымов О. В., Левко Г. В., Лукьянов В. Н. и др. Катодный узел электровакуумного прибора для работы при высоких напряжениях // Патент РФ на изобретение № 2487433. Заявл. 29.12.2011, опубл. 10.07.2013.
  2. Keith, C. Gendreau, Next-Generation Communication Demonstrating the World`s First X-ray Communication System // NASA 2016 news, www.nasa.gov
  3. Связь в космосе: как это работает, URL: https://habr.com/company/yota/blog/350168/
  4. Космические радиолинии // Журнал «Вокруг света». Октябрь 2007 г. http://www.vokrugsveta.ru/vs/article/5956/
  5. Picosecond fluorescence lifetime measurement system. URL: https://www.hamamatsu.com/resources/pdf/sys/SHSS0008E_C11200.pdfhttps://www.hamamatsu.com/resources/pdf/sys/SHSS0008E_C11200.pdf
  6. 155 MHz laser switch, URL: https://www.ichaus.de/upload/pdf/HK_datasheet_F2en.pdf
  7. Зарипова Л. Д. Защита от ионизирующего излучения // Методическое пособие. 2008. Казань: Изд-во Казанск. гос. ун-та. 48 с.
  8. Бегидов А. А., Фурсей Г. Н., Поляков М. А. Внешняя фокусировка наносекундного импульсного рентгеновского излучения // Письма в ЖТФ. 2016. Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Т. 42.
  9. Герчиков Ф. Л. Управляемое импульсное рентгеновское излучение в приборостроении / М.: Энергоатомиздат. 1987. 88 с.
  10. The european x-ray Free-electron laser facility, URL: https://www.xfel.eu/sites/sites_custom/site_xfel/content/e35178/e56171/e56378/xfel_file56382/Council-Paper_Broschuere_XFEL_14412_lowres_eng.pdf
  11. Song Shi-Bin, Xu Lu-Ping, Zhang Hua and Gao Na. X-ray communication based simultaneous communication and ranging // Chinese Physical Society and IOP Publishing Ltd. 2015. Vol. 24. No. 9.
  12. Гребенщиков В. В., Лобанов М. В., Егоров А. Г., и др. Экспериментальная оценка прохождения рентгеновского сигнала в условиях осадков и других условий распространения // VI Всероссийская научно-практическая конференция производителей рентгеновской техники. Программа и материалы конференции. 2019. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ».