CC BY
37
25 декабря 2011 г. 3:52
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Чтение (опознание) в инфравидимых диапазонах электромагнитного спектра
Обсуждены задачи и достижении чтения (опознания) в инфравидимых диапазонах (ИК, РВ, УЗ и Зв) электромагнитного спектра.
Петраков А.В., Стракович В.В., Федяев Л.С., Фуфаева Е.В.
В современных науке, технике, производстве человек развил свою деятельность во всем спектре электромагнитных излучений (рис. 1). Научные и технические приборы, устройства, системы работают в различных диапазонах в радиовещании, телевидении, цифровой и аналоговой сотовой связи, энергетике, компьютерной и офисной технике, в быту, военном деле и в медицине. Это с одной стороны. С другой стороны, в ВУЗах и университетах телекоммуникаций студентами изучаются, аспирантами исследуются физические процессы и работа конкретных устройств (связи) практически во всём спектре электромагнитных волн, представленных на рис. 1. Университеты телекоммуникаций целесообразно и своевременно росширяют сферу своей учебной деятельности (а отсюда и методической, и научной).
Задачи обнаружения и распознавания (чтения) объектов телевизионными метопами проанализированы и детализированы в [1]. Одна из важных перспективных задач в технике читающих автоматов — обнаружение скрытых объектов, в частности, в объектах авторского права, наделенных цифровыми "водяными знаками" [2-4]. Другая важная перспективная задача — технология защитного маркирования документов специальными защитными знаками, представляющими собой бинарное или многоуровневое изображения графических образов речевого сообщения, содержащего ключе-
вые элементы смыслового содержания защищаемой документированной информации [5, 6]. Такие защитные знаки, представляемые в виое рисунка (речевой подписи) на поверхности материального бумажного, магнитного или иного носителя голоса и его изготовителя (владельца), можно фиксировать, считывать и озвучивать.
Высокоточные телевизионные читающие автоматы. Распознавание — основная их функция [7]. Распознавание (опознавание) — процесс, распознание (опознание) — результат. В видимом диапазоне электромагнитного спектра человек получает свыше двух третей объема информации, в том числе с помощью телевидения. Если причислить сюда также инфракрасный и рентгеновский диапазоны спектра, то объем видимой человеку информации возрастает до 85...90 % (при использовании ИК и рентгенопреобразователей).
Распознавание и достоверное распознание видимой и визуализированной информации — основная задача телевизионных читающих автоматов (ТВЧА). Видимая и визуализированная информация может быть предъявлена ТВЧА двояко: на каком-либо носителе (фотография, рисунок и тд. — они существуют всегда и могут быть предъявлены ТВЧА не единожды) или только в момент существования события (фаза взрыва, пуля в полете, молния в какой-то фазе развития, стримеры или треки в искровой камере и тд — повторить точно такие события исключено и повторно их предъявить ТВЧА невозможно).
Таким образом, читающие автоматы (и не только ТВЧА) могут быть принципиально двух типов: работающие с картинками на каком-либо носителе и регистраторы — измерители однократно суще*
Скорость сеете ■ ЗООІО^с Микрометр
Ю** Го’** 1#* 10* 10*
ВВщлиметр
10- 10-'
КМгометр
«10*
Длине волны м
Ю’о Ю«
улучи и X лучи
ультрафиолет^
Видимый сеет
_к£_,
10! м - длина аориы излучения а* т итого
От 10-до 101 м-длина волны излучения челомка
Пасс**
Инфракрасный 0.75 10 м. м
’УНГ
, 300 мм или 10 ГГц - м|
датчики полосы X 120 мм или 10.5 ГГц-датчики полосы I-
Рздиочастоты
(,-М0р
датчи»й 10 И«м |ТВ
Свободное пространство сигнала тревоги инфракрасной
и а радиусе 1 500 м
400 30 ГГц
А радиостанции
^ Радиол танци* (ДВ/СВ)
I ■'З устройства
40 20 4ц Граница слуха
I - I большинства 16 «ГЦ...25 Гц людей
450 4 70 МГц - радиопередачи (тревога) • радиусе 80 км
150..170 МІІ - радиопередачи - (тревога) а радиусе 50 ш
—і—
зіо=
“I--------1
3 10*
—I—•—I—1—I—1—I—1—I—1—I—1—I—'—I—
310» 310“ 310» 310" *10* З «ЗУ Я* 10* Я0-'
1-'-Т--■-1-'-1—1-1—'----1—'—I—■—I—1—I—'—I—1—I—
, 210" ,4*10” * 10" I МО" 2 10-"
Частота, Гц
1 1 I ' I ‘
з 310-' 310-
Энергия кванта (волны). пДж
п 1 Г *
2 Ю” 2 Ю» Энергия кванта (волны) эв
“I--------г
210’ 210
2ЖН 210* 210* 210е
“Г”
1 24
-------1-------
1 24 10-
“1---------Г
1.24 10*
-----1-------Г
1Л 10’*
1—*---------1--------1—Г
1.24 10"
Энергия кванта (волны), эр*
10» 210»
-----1-----1
1.24 10е
—Г
2 10-
1---1---1---1---»---!---*---1---*----1---*---1---П-------*---1-----■—I-----------1-1-1----1—Г~Т
210* 2-10* 2 10’* 2Ю’: г** 210" $10’* ? 10* 210= 210 4 2105* 21
Я15
210“
ИК
РВ
вс. 1. Спектр и энергия электромагнитных волн: инфравипенне — это видение в диапазонах И К. РВ. УЗ, Зв
Т-Сотт, # 10-2011
65
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
•олноаой спектр
Чкюи (Гц) Назаа»м© егчмгт рапы «ото
2-Ю1 2-Ю' 2-10*
Аудио (слышимый)
2-Ю* У |>ь і ра я»у»о**ои
2 1в*
2-Ю" Гиг ер зеуаовой
2-Ю"
— Вибрации
решетки
волновой спектр
Длина волны (СМ) Название спектрального дилплххл Частота (Гц)
3-Ю* ~ Радиоволны
з-ю3 - 3.0-ю*
3-Ю* - вч“* 3.0-10" 3.0-10'* 7Д- Ю“
3-ю*’ - Инфракрасное
** Видимый
3-Ю* — Ультрафиолет
3-ю* -
лучи 3.0-10'*
3-ю** — Гамма-лучи
К«с. 2. Мехсиический и электромагнитный частотные спектры
ствующих в конкретный момент событий (бесфильмовые).
Звуковые и ультразвуковые волны. Частота (волны — это число колебаний, совершоемых частицей среды за одну секунд/. Единицей частоты является герц (Гц).
Фаза — это отношение смешения колеблющейся частицы в данный момент времени к его амплитудному значению. Разность фаз за од ин период составляет 2К.
Скорость волны V — это расстояние, пройденное волной за одну секунду. За один период волна проходит расстояние К, те. V = Х/Т.
Если подставить период Т =1/7 в это выражение, получоется
У-ЬХ.
В природе существуют волны двух типов: механические и электромагнитные. Механические волны могут быть продольными и поперечными. Для их распространения необходимо наличие среды, то есть в качестве источника волн выступает колебание частиц среды. Спектры механ^еских и электромагнитных волн таблично представлены на рис 2.
Звуковые волны классифицируют в соответствии с их частотой (рис 3). Звуковые волны с частотой менее 20 Гц называют инфразвуком и представлены в области А. Волны частотой от 20 Гц до 20 кГц — это слышимый звук, интенсивность которого имеет значения от 101 2 Вт/м2 до 10 Вт/м2. Область В считается областью слышимого звука.
Звуковые волны с частотой, превышающей 20 кГц — это ультразвук, с частотой, превышающей 10 ГГа — гиперзвук. Слабойнтен-
0 С2 С1
■■““Л 1
А Г~ --- С «
; в С
1 1
І і 1 5
В 1 I 3 с
й ! о р
- 1 і 1 1
• <
и 1 1 т т 1 1
10° 10*
104 10* 10* Частота (Гц)
5іс. 3. (раницы использования по интенсивности механического волнового спектра
сивные ультразвуковые волны, представляющие область С, имеют интенсивность от 10'14 Вт/м2 до 105 Вт/м2 и широко применяются вот уже более 50 лет. Область С1 характеризуется высокой интенсивностью и высокой частотой. В области С2 представлен ультразвук высокой интенсивности и относительно низкой частоты. Волны из облости О применяются весьма ограниченно.
Ультразвуковые волны представляют собой подвид звуковых волн, и они наделены всеми характеристическими параметрами, присущими звуковым волнам. По сути, ультразвуковые волны — это механические колебания с различными длинами волн, распространяющиеся в среде. Изменение длины ультразвуковых волн в различных средах обусловлено упругими свойствами последних характером вынужденных колебаний частиц среды. Более того, ультразвуковые волны имеют маленькую длину и демонстрируют ряд уникальных явлений помимо свойств звуковых волн.
В отличие от слышимых звуковых волн ультразвук не воспринимается человеческим ухом. Это связано с ограничениями в восприятии ушной мембраной вибраций, для которых характерны высокая частота и энергия. Подобно звуковым волнам ультразвуковые передаются от одной точки к другой в результате колебания частиц Следовательно, для распространения ультразвука необходима среда.
Генерацию гиперзвука (ультразвуковых волн с частотой гигагерц и больше) осуществляют несколькими различными способами. Од>« из них — создание акустической волны с частотой в диапазоне 50. . . 1000 ГГц с помощью преобразователя на основе сверхпроводимости, например в туннельном переходе. Длины волн частот свыше 1 ГГц составляют 30 см и меньше, что позволяет считать дифракционные потери вследствие расхождения луча незначительными [8].
Ультразвуковой (механический) спектр перекрывает электромагнитные диапазоны радиоволн, микроволн и инфракрасного излучения (рис. 2).
Представлен материал по читающе-опознающим автоматам (на основе [9, 10]) в диапазонах длин волн ИК, РВ, УЗ, Зв (инфравцдение) в противоположность ультравцдению (в диапазонах УФ, Ре, у).
Литература
1 Петрское А&Зодаыобнфужения и рааюзнавания объектов телевизионными методами Труды научно-технической конфере**^ ‘Телеком муник£цик**ые и вычисттельные системы" Меж/^нс$ху*юго форума инфор-мспнэсцж (МФИ — 2004). — М_- ОСЮ Инсвязычздат’*, 2004/ — С 261.
2 (Ъмснцов АЛ. Криптография и стеганография: Учебное пособие/Под ред А В. Петракова — М.: РИО МТУ СИ, 2002. — 80 с
2 Роме***** АЛ Стегоюграфическая зашита цифровыми водяными знсками Учебное пособие/Под ред. А.В. Петракова — М.: РИО МТУ СИ, 2003.-68 с.
4 Йэмсицав АЛ, Патрское АД, Конфатъее АН Цифровые водяные знаси. Материалы НТК МТУ СИ. — М: ООО "Инсвяэьиэдат", 2003 (кжга 3).
-С31-33.
5. Дворянка СВ. Речевая подгмек: Учебное пособие/Под ред АВ. Петракова - М_ РИО МТУСИ, 2003. - 184 с
6 Петросов А£.Крипто-и стетографический аспекты в цифровом е-певидении//Техника кино и телевидения, 2004, №6. — С34-38.
7 Выасуб ВТ, Петрское А.В. Высокоточные телевизиони>1е читающие свтоматы. Распознавание — основная их функция. Материалы Международного форума 1*|форматиэодии МФИ — 2007. — М. ООО Т1нс8яэьи> дат" 2007.—С198-199, а таске Петросов А.В., Выасуб В.П Высокою***»» телевизионные **аоощие автоматы. — М: Эмергоатомилдат, 2008. — 576с
8 Бащев Родж, Рвдж»*|>о< В, Папо*«амм П. Примене»*® ультразвука — М.: Техносфера. 2006. — 576 с
9 Булснова ТА, Малофбеб В_М, Петросов АВ. Читающе-огю знающие автоматы в невидимых диапазонах электромагнитного спектра/Пад ред АВ. Петракова — М.: РИО МТУСИ, 2008. — 164 с
10. Петросов А В. Защитные информационные технологии аудиовидеоэлектросвязи — М: Энергоагомилдат. 2010. — 616 с
66
Т-Сотт, # 10-2011
