Автоматизований стенд для оцифрування інформації з кінострічки

Міністерство  освіти та науки, молоді та спорту України

Харківський національний університет радіоелектроніки

 

Факультет                                                                                                    Радіотехнічний

Кафедра                                                                                                 Основ Радіотехніки

 

 

Звіт

з переддипломної практики на тему:

“ Автоматизований стенд для оцифрування інформації з кінострічки “

 

 

 

 

Студент групи  СТЗІ-08-2	(підпис)	Шандренко Р. В.
Керівник проекту	(підпис)	Огарь В. І.
Керівник практики	(підпис)	Огарь В. І.

 

 

 

 

 

 

 

Харків 2012 

РЕФЕРАТ

Способ перевода в  цифровую архива кинопленок, на которых  изображены данные многолетних исследований связанных с явлением отражения радиоволн от метеорного следа.  Задание перевода архива в цифровую форму обусловлено тем, что обработка материального архива очень неудобна и требует много времени. Оцифровка данных будет производиться с использованием специально разработанного для этой задачи стенда для оцифровки данных. Он состоит из аппаратной и программной части. Рассмотреный в работе способ призван облечить и расширить возможности ученых в процессе обработки ценных данных об отражениях радиоволн от метеоров.

  Отчет состоит из 26 стр., 12 рисунков, 6 источников.

Ключевые слова:

ОЦИФРОВКА ДАННЫХ, АРХИВ, МЕТЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ, СТЕНД ОЦИФРОВКИ, ОБРАБОТКА.

ABSTRACT 
Transferred from the digital archive of films, which show long-term research data related to the phenomenon of reflection of radio waves from meteor trail. Set the transfer archive in digital form due to the fact that the processing of the material archive is very inconvenient and time consuming. Digitization of data will be done using specially designed for this task stand for digitizing the data. It consists of hardware and software. Considered in a way intended to clothe and empower scientists in the processing of your valuable data on the reflection of radio waves from meteor. 
  The report consists of 26 pages, 12 figures, 6 sources. 
Keywords: 
DIGITISATION OF DATA , ARCHIVE, METEOR PHENOMENA, STAND OF DIGITIZATION AND PROCESSING.

 

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

 

МАРС — Метеорная  автоматизированная радиолокационная система

РЛС — Радиолокационная станция

ХНУРЭ — Харьковский  национальный университет радиоэлектроники

ПО — Программное  обеспечение

ПЭВМ — Персональная электронная вычислительная машина

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………...…………………………………. 6

1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОЦИФРОВКИ ДАННЫХ С КИНОПЛЕНКИ…………………………………………………………………...…  7
1. Научная ценность фотографического архива и актуальность 
   задачи оцифровки ………………………...………………………………. 7
2. Анализ путей решения задач оцифровки ……………………………..… 9
3. Требования к устройству оцифровки ……………………………...….... 12
2. СОСТАВ СТЕНДА ДЛЯ ОЦИФРОВКИ ДАННЫХ С КИНОПЛЕНКИ …...… 14
1. Аппаратная часть стенда …...…………………………………………..…..  14

2.1.1 Механизм  перемотки пленки …………………...…………….…..… 14

2.1.2 Устройство  подсветки …………………….…………………………. 17

  2.1.3 Камера ……………………………………………….…………...…… 18

2.2 Программная часть …………………………………………………………… 20

          2.2.1 Автоматическая съемка ……………...……………………………… 20

2.2.2 Автоматическая  перемотка пленки ………………………………....…. 21

2.2.3 Распознавание  и корреляционный анализ изображения на пленке ..... 23

3 РЕЗУЛЬТАТЫ  РАБОТЫ …………………………………………...……………... 27

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ………………………….…..…….. 29

 

 

 

 

 

 

 

 

• ВВЕДЕНИЕ

 

В период с 1967 по 1972 года, под Харьковом на станции  МАРС, производились исследования процессов, которые происходили в результате прохождения метеорами атмосферы Земли.  Данные этих исследований могут быть очень полезны для разнообразных открытий, поскольку они являются уникальными. В настоящее время, разумеется, проводятся исследования метеорных следов, но они проводятся за рубежом, и такими данными мы не располагаем. Второй причиной почему данные со станции МАРС уникальны является то, что в 1967-1972 году радиочастотный эфир не так активно использовался, поэтому в настоящее время достаточно сложно производить подобные исследования.

Данные которые  содержатся на пленках, позволяют делать самые разные исследования, но ручная их обработка занимает массу времени, поэтому целесообразно все данные, представляющие собой рулоны кинопленки, перевести в цифровой формат. На эту задачу направлен автоматизированный стенд оцифровки данных с кинопленки.

1 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ СТЕНД ДЛЯ ОЦИФРОВКИ 

• ДАННЫХ С КИНОПЛЕНКИ

 

1.  Научная ценность фотографического архива и актуальность задачи оцифровки 

 

Множество важной информации, которая не теряет своей актуальности, и по сей день, может храниться на носителях, работа с которыми в настоящее время может показаться рутинной и неудобной. Кроме того, в большинстве случаев, аппаратура для обработки таких данных, устаревает и выходит из строя, да и сами носители могут повредиться. Единственным способом сохранить эти данные и получить возможность свободно обрабатывать их – это перевести их в цифровой формат.

Начиная с 1967 по 1972 года, комплекс МАРС производил исследования процессов происходящих в атмосфере на высоте 80-110 км. Информация об этих исследованиях была зарегистрирована на более чем на 2 млн. фотокадров, которые содержатся на 1700 рулонах пленки. Фотокадры сняты на пленку типа 135, то есть 35-мм фотоплёнку. Размер кадра составляет 32х24 мм. Пример одного кадра представлен на рисунке 1.

Метеорные наблюдения того времени  представляют особую ценность ещё и  потому, что тогда практически  не было промышленных и бытовых помех. Поэтому приёмник комплекса МАРС мог полностью реализовать свою чувствительность. Подобные исследования в настоящее время возможны, разве что в ненаселённых районах Сибири или в Антарктиде.

Данные этих исследований представляет большую  научную ценность. Обрабатывая данные об отражениях можно сделать массу  открытий и исследований. Подробно описание информации, содержащейся на плёнках и её формат представлены в работах [1, 2].

Рисунок 1 –  Кадр фотопленки

 

 Так, например, регистрируя количество и длительность  отражений можно определить количество  метеорного вещества, поступающего в атмосферу; используя метод импульсного зондирования определяем дальность до следа; регистрируя дифракционную картину на этапе формирования следа – определяем скорость движения частицы; измерением допплеровского сдвига возможно определить радиальную скорость дрейфа метеорного следа; определить радианты орбит возможно с применением метода регистрации с разнесенными пунктами; координаты отражающей области определяются при использовании метода регистрации метеоров с помощью нескольких приёмных пунктов и когерентной РЛС. Принцип расчёта скорости по АВХ метеорного следа представлен в [1].

 Эти данные содержатся на  каждом кадре фотопленок. Имея  такой большой объем данных, полученных  за 5 лет, можно произвести массу  разнородных исследований. Одним  из таких исследований, является установление зависимости погодных условий, от количества метеорного вещества, пришедшего в атмосферу. Переведя этот архив в цифровую форму, современные ученые, которые сейчас для вычислений и исследований в основном используют средства вычислительной техники, получат возможность с высокой скоростью и точностью производить исследования, и делать открытия. В работах [2, 3] приведены возможные сферы применения данной научной информации.

Еще одним фактором, определяющим важность перевода пленочного архива в цифровой является то, что фотопленка необычно чувствительна к внешним воздействиям, и, как следствие, в ходе обработки она может портиться. Пленка со временем может трескаться, при попадании солнечных лучей распадаться, то есть приходить в состояние, которое затруднит, а то и вообще исключит возможность её обработки.

Материальный  архив также может быть не застрахован  от непредвиденных чрезвычайных ситуаций. Архив кинопленок занимает внушительное место в хранилище ХНУРЭ, так  как размещается в нескольких больших шкафах.

Еще одной проблемой, которая определяет неудобство обработки  материального архива, является то, что на пленках не указано время  исследования. Такая информация  содержится в специальном журнале, и зачастую невозможно определить к какой пленке относится та или иная информация.  С целью решения этих проблем и увеличения удобства, была поставлена задача: перевести изображения с пленки в цифровой формат. Эта задача будет решаться с помощью двух операций:

1. Перевод снимков в графический формат.
2. Распознавание информации с фотопленки, с занесением их в базу данных.

 

1.2 Анализ путей  решения задач оцифровки 

 

Для решения  рассмотренных выше задач, требуется  аппарат, производящий пересъемку изображений  пленки, и перевод их в цифровой формат. Наиболее подходящим устройством для этого является сканер.

На рынке  существуют сканеры, которые разработаны  специально для сканирования фотопленки. Недостатками же этих сканеров является либо высокая цена, либо то, что пленку в процессе сканирования нужно резать на мелкие фрагменты. Задача обеспечения целостности фотопленки во время её распознавания очень важна.

Например, во время сканирования и распознания, могут быть искажены некоторые данные. Найти нужный кадр на отрезанных фрагментах пленки будет крайне непросто, а имея упорядоченный архив, это не составит труда. К тому же, фонду университета очень важно сохранить «живой» архив уникальных исследований, как достояние.

Сканеры, которые  во время обработки пленки не требуют  её нарезки, чаще всего, относятся к классу профессиональных. Соответственно и цена их находится на наивысшей планке. Например, сканер пленочный  «Nikon Super Coolscan 8000 ED» (рис. 2) с возможностью сканирования рулонов 35-милиметровой фотопленки и высокой разрешающей способностью, стоит более чем 3000 у. е. [4]. Есть менее дорогие варианты сканеров, например [5], но они либо не обеспечивают достаточной скорости или качества сканирования, либо в процессе обработки требуют разрезать пленку на фрагменты.

Кроме того, необходимо отметить, что кадры  на фотоплёнке имеют непостоянный размер и интервал между ними. Поэтому процесс сканирования неотделим от процесса распознавания изображений на плёнке.

Рисунок 2 –  Пленочный сканер «Nikon Super Coolscan 8000 ED»[4]

По этим причинам потребовалось создать собственный аппарат, который смог бы оцифровывать пленку.

С самого начала, пленка фотографировалась вручную, одним оператором, на обыкновенный цифровой фотоаппарат. Во время ручной пересъемки оператору приходилось  фокусировать изображение (так как фотоаппарат был любительский, и на нем не была предусмотрена съемка на малой дистанции от объектива), перематывать вручную кадр, и на это затрачивалось много времени. За 8 часов рабочего дня  удавалось оцифровать не более чем 1500 кадров. И при этом многие снимки получались некачественными, из-за недостаточной фокусировки кадра оператором или смещение пленки.

Ручной метод  неудобен тем, что определяющим фактором качества снимков и скорости их пересъемки является человеческий фактор. Недостаток объясняется лишь тем, что в ходе пересъемки оператору приходится выполнять одни и те же самые действия многократно, то есть ему может очень надоесть пересъемка, и как следствие он не будет уделять должного внимания качеству, ему захочется закончить рабочий день по возможности быстрее, нежели сфотографировать максимальное количество пленки. В результате пересъемка всего архива займет значительно большее время, чем выделяется.

А всяческие  проблемы с фокусировкой, в ходе такой рутинной работы могут сильно повлиять на эмоциональное состояние оператора, и он может просто бросить работу.  

И к тому же оператор может допустить множество ошибок в ходе пересъемки  (например, забыть передвинуть кадр пленки, что повлечет за собой потерю экономии памяти на фотоаппарате, а в дальнейшем это может повлиять на достоверность исследований).

Ошибки оператором все же исправлялись, но достигать  высокую скорость пересъемки было сложно. Тем более такой метод требовал постоянного присутствия оператора, а это не давало возможности оператору заниматься интеллектуальной деятельностью. Возникла идея разработки автоматического стенда для оцифровки данных содержащихся на кинопленке.

Автоматизированный  метод призван исключить в  ходе оцифровки проблемы, связанные  с человеческим фактором и обеспечить высокую точность пересъемки кадров благодаря автоматическому определению кадра. Но самое главное, что в ходе оцифровки пленки в автоматическом режиме, оператору нужно будет всего лишь наблюдать за правильностью процесса оцифровки, и периодически (когда это будет нужно) менять уже отснятую пленку на новую.