Подсистема выделения текстильных волокон в задачах экспертизы

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Государственный Университет

Информатики и Радиоэлектроники

Кафедра: Электронных вычислительных машин

Факультет: Компьютерных Систем и Сетей

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

НА ТЕМУ:

"Подсистема выделения текстильных волокон в задачах экспертизы"

Дипломник:(С.В. Шкутко)

Руководитель:(Р.Х. Садыхов)

Консультанты:

по экономической части (Т.Л. Слюсарь)

по охране труда и экологической безопасности (Э.Д. Подлозный)

по ЕСКД (В.А. Радишевский)

г. МИНСК

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

    ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

      Текстильные волокна

      Методы обработки изображений

      Представление изображения в форматах RGB и HSB

      Хранение растровых изображений в формате Bitmap

      Экономическое обоснование и охрана труда

    СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

      Структура системы обработки текстильных волокон

      Структура подсистемы выделения текстильных волокон

    ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

3.1. Работа с BMP - файлами

      Преобразование изображения из RGB – представления в HSB

      Выделение волокон на исходном изображении

      Выделение объектов заданного цвета

      Выбор исходного изображения

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

4.1 Характеристика подсистемы выделения текстильных волокон

4.2 Исходные данные

4.3 Расчет себестоимости и отпускной цены программного средства

4.4 Заработная плата исполнителей основная и дополнительная

4.5 Отчисления в фонд социальной защиты

4.6 Налоги, входящие в себестоимость программного средства

4.7 Материалы

4.8 Спецоборудование

4.9 Машинное время

4.10 Расходы на научные командировки

4.11 Прочие затраты

4.12 Накладные расходы

4.13 Полная себестоимость программного средства

4.14 Прибыль от реализации создаваемого программного средства

4.15 Прогнозируемая цена без налогов

4.16 Платежи в местный и республиканский бюджет

4.17 Цена без налога на добавленную стоимость

4.18 Налог на добавленную стоимость

4.19 Прогнозируемая отпускная цена

4.20 Выводы по разделу

    Охрана труда и экологическая безопасность. Безопасность при работе оператора-криминалиста с компьютером

5.1 Анализ вредных факторов, воздействующих на оператора

5.2 Формирование изображения на мониторе

5.3 Особенности функционирования зрительной системы оператора

5.4 Воздействие излучений от дисплея

5.5 Выводы по разделу

Заключение

Литература

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшая задача правоохранительных органов – повышение эффективности борьбы с любыми проявлениями преступной деятельности. Решение этой задачи требует активного использования в раскрытии и расследовании правонарушений современных научно-технических средств и методов.

Большинство преступлений сопровождается активным воздействием лиц, их совершающих, на различные элементы вещной обстановки события преступления. При этом возникают мельчайшие материальные образования – микрообъекты. Использование результатов исследования микрообъектов – одна из предпосылок повышения эффективности борьбы с преступностью.

К числу микрообъектов, широко встречающихся в криминалистической практике, относятся текстильные волокна. Связано это, прежде всего, с повсеместным использованием изделий из волокнистых материалов (предметы одежды, декоративно-обивочные и технические ткани, средства упаковки и т.д.). Информация, получаемая в результате обнаружения и исследования волокон, позволяет решать многие вопросы, играющие существенную роль в раскрытии преступлений. Особенно велико значение волокон одежды, так как они часто указывают на особенности (характер изделия, цвет, иногда индивидуальные свойства) предметов одежды преступника. Ценность микрообъектов – текстильных волокон для получения розыскной и доказательственной информации состоит в том, что они имеют довольно прочное сцепление со многими материалами, особенно с ворсистыми текстильными изделиями, и длительное время сохраняются на них, образуя устойчивые следы.

Современные возможности криминалистической экспертизы микрообъектов велики. Применение высокочувствительных методов исследования позволяет анализировать морфологическое строение, структуру, химический состав чрезвычайно малых количеств веществ и материалов, что дает обширную информацию о видовой принадлежности исследуемых микрообъектов, характере процессов, повлекших их образование, признаках и назначении предметов, частью которых они являются, а при наличии последних проводить идентификационное исследование.

Сказанное в полной мере относится и к текстильным волокнам. Каждая разновидность изделий из волокнистых материалов обладает комплексом особенностей, что обусловливается использованием при их получении волокон того или иного вида, формы, диаметра и длины, применением определенных приемов изготовления материала. Характерные свойства изделиям придают и технологические процессы обработки.

Задачами экспертного исследования текстильных волокон может быть решение ряда вопросов, имеющих как самостоятельное значение, так и являющихся отдельными этапами комплексного сравнительного исследования волокон между собой и с изделиями.

Уже само наличие волокон от определенных изделий, механизм их повреждения и локализация в конкретных местах исследуемых предметов нередко позволяют устанавливать фактические данные события преступления, такие как характер условий, в которых данные предметы находились, источник их происхождения, принадлежность к одному комплекту. По одинаковым перекрестным наслоениям волокон оказывается возможным устанавливать контакты предметов одежды между собой и с телом человека, что особо важно. Присутствие волокон определенного вида и назначения на предметах вещной обстановки позволяет получить информацию о внешних признаках изделия, от которого эти волокна могли быть отделены, что чрезвычайно важно для раскрытия неочевидных преступлений, розыска лиц, их совершивших.

Текстильные материалы, как правило, окрашены. Большое разнообразие используемых для их крашения способов и красителей, применение в ткацком производстве комбинаций цветных волокон, нитей, пряжи раскрывают широкие возможности сравнительного исследования микрообъектов – текстильных волокон по их цвету, способу крашения и свойствам красителей. Для исследования ограниченных количеств волокон в криминалистической практике апробирован ряд методов: визуальное сравнение, спектральные и хроматографические методы, химические реакции.

Человек с нормальным зрением различает в солнечном спектре до 160 цветовых оттенков. С этой точки зрения глаз человека является весьма точным аналитическим прибором для дифференциации окрашенных волокон.

Визуальная оценка цвета волокон осуществляется несколькими способами: невооруженным глазом, с помощью микроскопа и с применением светофильтров. Задача исследования при этом состоит в распознавании цветового оттенка и выражении его в конкретном названии (величине) или оценке сходства, различия сравниваемых объектов по цветовому оттенку и насыщенности цвета.

Простейший способ распознавания цвета состоит в сравнении волокон с эталонами, цветовые характеристики которых известны. Такое исследование может быть осуществлено невооруженным глазом или с использованием лупы. Визуальная оценка цвета волокон при их сравнении с эталонами должна проводиться при освещении, спектр излучения которого близок к солнечному свету. В противном случае при распознавании цветовых оттенков, особенно синих и фиолетовых, можно допустить ошибку. Визуальное сравнение цвета окрашенных микрообъектов носит субъективный характер, что вызывает определенные трудности в формулировке результатов исследования, так как различие или сходство цвета нельзя выразить в конкретных понятиях (величинах).

Всесторонняя объективная оценка цвета волокон может быть получена только спектрофотометрическим методом. В принципе, когда объект исследования не ограничен в размерах, спектральный анализ красителей волокон может быть осуществлен на любом спектрофотометре. Особенно эффективно в этом случае исследование растворов красителей, извлеченных соответствующими растворителями, или растворов непосредственно волокон. Исследование единичных элементарных волокон может быть осуществлено лишь с помощью специальных микроспектрофотометров, представляющих собой агрегат, состоящий из микроскопа, монохроматора, микроскопа-фотометра и электронно-вычислительной системы.

Исследование красителей может быть проведено химическими реакциями и методами бумажной и тонкослойной хроматографии.

Указанные методы требуют для своей реализации специального оборудования и зачастую занимают много времени. К тому же текущая их реализация не соответствует современному уровню развития техники. Для реализации экспертизы необходимо из множества микрообъектов, собранных на месте происшествия выбрать те, которые представляют интерес для дальнейшего анализа. Поэтому и возникла задача создания системы, которая бы позволила быстро и без особых затрат решать задачу анализа цвета текстильных волокон независимо от их строения и происхождения. Задача эта в настоящее время решается в основном “вручную” большим числом работников лабораторий криминалистического анализа, т. е. требует от работников лабораторий постоянного физического и умственного напряжения, отрицательно влияет на зрение. Затраты времени и людских ресурсов при таком подходе к поиску волокон весьма значительны, т. к. количество обрабатываемых объектов очень велико. Использование для решения данных задач вычислительной техники избавит от необходимости привлечения к процессу анализа дорогостоящего специализированного оборудования и сократит потребление временных ресурсов. В данном дипломном проекте разрабатывается подсистема выделения, которая на исходных изображениях, представляющих собой фотографии различного типа волокон, осуществляет выделение волокон и позволяет дать ответ о присутствии искомых объектов заданного цвета. Подсистема выделения предназначена для использования на ранних этапах криминалистического анализа с целью уменьшения времени идентификации объектов, собранных с элементов вещной обстановки события преступления. В конечном итоге данное программное средство в совокупности с уже используемыми методами должно значительно упростить проведение экспертизы, сократить потребление людских и временных ресурсов.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Текстильные волокна

Работа [1] посвящена анализу текстильных волокон применительно к решению задач криминалистической экспертизы, описаны основные методы анализа, приведены справочные данные по различным типам волокон, описана технология изготовления и промышленной обработки волокон. При оценке результатов исследования волокон бывает принципиально важным знать свойства и строение текстильных материалов. Текстильные материалы подразделяются на текстильные волокна, нити и пряжу, вырабатываемые из них, и текстильные изделия. К текстильным относятся волокна натурального происхождения и химические. Последние применяются в виде элементарных волокон, называемых элементарной нитью (единичное волокно неопределенно большой длины), либо в виде штапелек (кусочков элементарных волокон определенной длины). Конструктивными элементами текстильных изделий обычно являются нити и пряжа или непосредственно волокна (предметы валяльно-войлочного производства, нетканые материалы, нитки и т.д.). В настоящее время натуральные волокна в чистом виде применяются для выработки ограниченного ассортимента изделий. Обычно они используются в смеси с химическими волокнами. К натуральным относятся хлопок, лубяные волокна, шерсть и натуральный шелк. Химические волокна используются в текстильной промышленности как самостоятельно, так и в смеси с натуральными. В мировой практике наметилась устойчивая тенденция замены шерстяных, шелковых и хлопковых волокон на химические. Этим достигается не только экономия натурального сырья, но и возможность придания изделиям специально заданных потребительских свойств, оригинального внешнего вида.

Все химические волокна, в зависимости от характера исходного сырья, делятся на два класса: искусственные и синтетические. Искусственные волокна получают из полимерных материалов естественного происхождения, главным образом – целлюлозосодержащих; синтетические – из полимеров, образованных в результате химического синтеза. Несмотря на большое число разновидностей химических волокон, описанных в литературе, текстильная промышленность применяет довольно ограниченное их количество. В основном используются волокна, изготовляемые на основе целлюлозы и полиамидные, полиэфирные, полиакрилонитрильные; несколько в меньших масштабах – на основе хлор - и фторсодержащих полимеров, полиолефинов. Увеличение ассортимента химических волокон происходит преимущественно за счет модификации уже выпускаемых.

Для крашения текстильных материалов в основном используются два метода – поверхностное крашение и печать. Кроме того, широко применяется крашение химических волокон в массе.

Поверхностное крашение сводится к погружению текстильного материала в раствор красителя. Для крашения могут применяться как индивидуальные красители, так и их смеси. При этом процесс крашения может быть однованновым и многованновым, в последнем случае текстильные материалы поочередно погружаются в несколько растворов красителей (для изделий, выработанных из нескольких видов волокон). Материалу, состоящему из волокон разного вида, можно придать однородный цвет, если окрасить отдельные волокна в цвета, дающие внешне однородную окраску.

Крашение способом печати сводится к нанесению на полотно текстильного материала цветных рисунков или узоров с помощью печатных валиков. Осуществляется такое крашение на цилиндрических тканепечатных машинах с помощью паст красителей.

Поверхностное крашение и печать используются для текстильных материалов из любых волокон. Крашение в массе применяется исключительно для химических волокон. Оно сводится в введению мельчайших частичек красителей или пигментов в массу полимера (раствор или расплав) перед формованием волокна.

Для снятия текстильных волокон с поверхности предметов пользуются инструментами и липкими пленочными материалами. Инструментами в данном случае служат пинцеты, скальпели, шпатели и др. Наиболее эффективны адгезионные пленочные материалы. Преимущество их применения состоит в том, что при этом сохраняется картина распределения волокон в наслоениях и одновременно с волокнами снимаются другие сопутствующие им микрообъекты. Изъятые волокна могут быть подвергнуты предварительному микроскопическому исследованию непосредственно на пленке.

1.2 Методы обработки изображений

Процесс распознавания объектов изображений представляет собой совокупность этапов выделения признаков, характеристик и классификации объектов по ним. Полученная на первом этапе информация является входной к этапу классификации. В качестве такой информации обычно используется либо контурное, либо скелетное представление объекта (когда текстурные характеристики не анализируются). Это связано с тем, что существенно расширяются возможности распознавания, когда объекты представлены в таком виде. Однако следует отметить, что скелетное и контурное представления имеют свои особенности, преимущества, недостатки и по сравнению друг с другом, и по сравнению с другими характеристиками, получаемыми на первом этапе.[2]

Контурное представление кажется более предпочтительным, нежели скелетное, в плане информативности. Очевидно, информативность контура выше, поскольку, имея контурное представление всегда можно получить скелетное, в то время как обратная операция не дает однозначного результата. Таким образом, происходит потеря некоторой информации об объекте. Иногда это приводит к упрощению процесса распознавания, а иногда затрудняет его. Следует отметить, что в плане доступности информации предпочтительным является скелетное представление. Действительно, осуществить структурный анализ формы объекта по скелету проще, чем по контуру. Это связано с тем, что в скелетном представлении явно выражены узлы (точки ветвления), линии, углы. Таким образом совместное использование распознавания по контуру и по скелету представляется наиболее целесообразным, когда требуется повышенное качество распознавания и не накладываются временные ограничения. К сожалению последнее возможно далеко не всегда. Поэтому обычно используется какое-либо одно представление в зависимости от класса объектов, подлежащих распознаванию. Например, для распознавания линейных объектов используются скелеты, а для площадных – контура.

По виду анализа алгоритмы[3] распознавания объектов по контуру можно разделить на три группы:

статистический;

структурный;

синтаксический.

По технологии обработки контурной информации среди алгоритмов распознавания можно выделить три основные группы:

алгоритмы, отслеживающие и обрабатывающие только граничные точки;

алгоритмы, отслеживающие граничные и некоторые другие точки;

алгоритмы, выделяющие и обрабатывающие граничные элементы (точки, штрихи) статистическими методами.

Методы выделения контура условно можно разделить на следующие группы: методы выделения перепадов яркости; методы отслеживания(или обхода) контуров; сканирующие методы выделения контуров.

В методах первого класса в окрестности каждой точки вычисляют градиент перепада яркости. Точки резкого изменения градиента выделяются как контурные. Таким образом, строится контурная модель, часто состоящая из набора незамкнутых штрихов. Эти методы в основном используются в полутоновых и цветных изображениях. На основании такой модели очень трудно описать форму объектов. Поэтому чаще всего исходные изображения сводят к бинарным. На последних в основном используются методы двух других классов, так как контур можно получить путем локального логического анализа изображения. Сканирующие методы позволяют выделять контуры объектов в процессе однократного просмотра исходного изображения. Для этого используются описания двух соседних строк изображения, списковые структуры, методы переиндексации.

Методы отслеживания наиболее проработаны и просты в реализации. Однако в большинстве из них сначала выделяются границы, а затем осуществляется их аппроксимация. Это требует больших затрат памяти и времени.

Более универсальный подход – совмещение этапов отслеживания и аппроксимации контура. Эффективность с точки зрения машинного времени для сжатия контурного описания достигается за счет применения локальных методов линейной аппроксимации, основанных на анализе геометрических особенностей заданной кривой. Различные эвристики позволяют сделать операцию аппроксимации, линейно зависящей от количества точек контура.

На исходном растре возможно наличие посторонних шумов. Поэтому для выделения элементарных объектов графического изображения необходимо устранить эти шумы.

Существует много критериев, по которым оценивается улучшенное изображение. Это, например, улучшение качества снимка для его визуального восприятия, минимизация среднеквадратичного отклонения исходного изображения от обработанного, сравнение с эталоном и т.д. В нашем случае нет идеального изображения, к которому нужно стремиться или с которым можно сравнивать. Цель фильтрации шумов графических изображений заключается в устранении помех, которые могут повлиять на структуру и форму выделенных объектов. Другими словами, данная операция должна подготовить изображение для операций утоньшения и выделения контуров с тем, чтобы в последующем на растровом изображении были выделены объекты, в точности соответствующие исходным. Исходя из анализа графических изображений, для разработки надежных алгоритмов фильтрации выделены основные виды помех, присутствующие на изображении.

1.3 Представление изображения в форматах RGB и HSB

Согласно работе [4] основой теории цветового зрения является тот установленный экспериментально факт, что все цвета могут быть получены путем сложения (смешения) трех световых потоков, например, красного, зеленого и синего с высокой насыщенностью (RGB – представление). Стандартная колориметрическая система RGB была принята для цветовых измерений всеми странами мира в 1931г. В её основу были положены исследования, проведенные английским физиком Д. Максвеллом, который в 1860 г. построил равносторонний цветовой треугольник. Вершины последнего соответственно характеризуют спектральные цвета: красный R ( = 630 нм), зеленый G ( = 528 нм), синий B ( = 457нм), как наиболее равномерно распределенные по спектру: красный – на низких частотах, зеленый – на средних и синий – на высоких частотах.

Экспериментально установлено (закон Грассмана), что количественно и качественно световой поток может быть определен следующим равенством:

F’ = r’R + g’G + b’B = mF,(1.1)

где F’ - заданный или искомый световой поток;

r’, g’, b’ – количества или модули цветов красного R, зеленого G или синего B;

произведения r’R, g’G, b’B называются цветовыми компонентами потока;

m = r’ + g’ + b’ – представляет собой сумму (алгебраическую) количеств (модулей) цветов и называется цветовым модулем;

F – цветность потока F’.

Воспроизведение каждого цвета при установленных основных цветах однозначно, то есть каждому воспроизведенному цвету соответствует только одна комбинация основных цветов. Воспроизведенный цвет определяется количеством основных цветов r’, g’, b’. Однако оперировать этими количествами неудобно и модули принято выражать в количествах единичных цветов. Для этого вводятся относительные величины:

r = r’/(r’+g’+b’); g = g’/(r’+g’+b’); b = b’/(r’+g’+b’),(1.2)

характеризующие цветность и называемые координатами цветности.

Из приведенных выше соотношений следует, что r + g + b=1.

Система RGB удобна тем, что ее параметры можно определять экспериментально, так как основные цвета R, G и B реальны. В частности, в качестве цветов G и B взяты значения, соответствующие ярко видимым линиям паров ртути. Наличие отрицательных ординат для большой группы реальных цветов затрудняет калориметрические расчеты, что является одним из недостатков системы RGB. Вторым недостатком служит то, что для вычисления количественной характеристики яркости цвета необходимо определить все три его компонента.

Исходное 3-х зональное изображение в формате rgb преобразуется в набор скалярных планов. Каждый из планов можно представить как компоненту нового векторного поля [5], которое получено с помощью локальных преобразований исходного. Основные три из таких компонент получаются с помощью нелинейных преобразований цветовых координат rgb->HSB (Hue, Saturation, Brightness). Существует большое число цветовых координат, которые более или менее соответствуют физиологическому восприятию цвета здоровым человеком. Система координат HSB является одной из наиболее производительных среди известных.

Яркость – характеристика удельной интенсивности свечения излучающей или отражающей поверхности. Яркость измеряется силой света, излучаемого единицей поверхности. Сила света характеризует интенсивность излучения света источником в данном направлении. Измеряется плотностью светового потока, излучаемого в молом телесном углу, к величине этого угла.

Насыщенность определяется количеством примеси белого в рассматриваемом цвете. Иначе говоря, насыщенность означает восприятие степени чистоты цвета, то есть степень его свободы от примеси белого цвета. Насыщенность представляет собой число световых порогов, отделяющих данный цвет от белого, равной с ним яркости.

Одним из планов является пространственное распределение насыщенности, определяющее степень окрашенности объекта. В связи с тем, что для слабоокрашенных объектов цветовая компонента вычисляется со значительной погрешностью, снижающей в результате точность цветовой селекции, вводится порог насыщенности, ниже которого цвет объекта считается серым (бесцветным). Цветовая компонента определяется на круге, в то время как остальные – на обычной числовой оси. Серый цвет представлен бинарным планом – маской, которая определяет (не)окрашенные области на изображении, и планом яркости.

1.4 Хранение растровых изображений в формате Bitmap

Формат bitmap изображения может хранить точную информацию о любом возможном изображении, поскольку каждое изображение может быть разбито на сетку, настолько мелкую, насколько это доступно человеческому глазу.

Аппаратно независимый формат хранения изображения Bitmap [6] был разработан фирмой Microsoft и предназначен для хранения и отображения растрового изображения. Файлы аппаратно независимого bitmap могут содержать изображения с 1, 4, 8 или 24 битами на пиксель. 1-, 4- и 8-битные изображения имеют карты цветов, тогда как 24-битные изображения имеют непосредственную цветопередачу.

1.5 Экономическое обоснование и охрана труда

В работе [7] отражены действующие в настоящее время требования, обобщена новая справочная и учебная литература по определению экономической эффективности проектируемых новых программных средств. Приведены все необходимые формулы и методы для экономического обоснования дипломного проекта. Содержится пример расчета эффективности разрабатываемого программного средства.

В работе [8] описаны вредные факторы, влияющие на пользователя в процессе работы с компьютером, определяются методы защиты от этих воздействий. Кроме этого, приведены стандарты безопасности, которым должны соответствовать мониторы компьютеров и защитные фильтры. Влияние мониторов на зрительную систему, опорно-двигательную систему операторов подробно рассмотрено в источниках [9] и [10]. Приведены рекомендации по организации рабочего времени за экраном монитора, а также по расположению рабочих мест в помещении при соблюдении норм безопасности. Описаны методы защиты от излучений мониторов. Источники [11] и [12] являются нормативными документами, определяющими требования к видеотерминальным устройствам персональных компьютеров. В них подробно представлены нормы излучений, безопасные для пользователя.

2. СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1 Структура системы обработки текстильных волокон

Обобщенная структурная схема системы обработки текстильных волокон представлена на чертеже РТДП 5.000.001. На ней представлены следующие модули:

1. Cбор информации с места преступления либо объектов вещной обстановки. На данном этапе производится сбор данных для последующей обработки. Для обнаружения, фиксации и изъятия текстильных волокон используется аппаратура и приборы, имеющиеся на вооружении у следователей, экспертов, техников, приспособленные для работы с небольшими количествами веществ и материалов [1]. Кроме того, для изъятия текстильных волокон, особенно когда их наличие лишь предполагается, применяют специальные липкие пленки и ленты. Изъятие волокон как технический прием подразумевает отделение их от предмета-носителя и перенесение в среду, защищающую волокна от повреждений. Для изъятия единичных волокон удобны адгезионные пленочные материалы. Для снятия с объектов-носителей комочков волокон, фрагментов нитей, пряжи пользуются пинцетами и другими инструментами. Пылезаборники применяют лишь при сборе волокон, рассеянных на больших площадях либо находящихся в глубине изделий, в щелях, узких пазах и других труднодоступных местах. Объекты, направляемые на исследование, соответствующим образом зафиксируются и надежно упаковываются. Средства, используемые для этого, обеспечивают защиту от повреждений и дополнительных загрязнений. Этим требованиям лучше всего отвечают пленки из полиэтилена и стеклянная посуда.

2. Ввод данных в ЭВМ, получение исходных изображений. Для дальнейших исследований на ЭВМ получают фотографии исследуемых объектов. Для этого каждые элемент исследования подвергается съемке цифровыми камерами либо высококачественным фотооборудованием с последующим сканированием фотографий. При этом используются различные фильтры, освещение и другие приемы для максимальной эффективности обнаружения. Изображение, полученное каким либо из способов на ЭВМ, преобразуется в формат BMP 24 bit для последующей обработки. Следует отметить, что на данном этапе применяется только высококачественное оборудование.

3. Предварительная обработка исходных данных. При использовании сканеров последние могут не распознать некоторые цвета и изображение получается не совсем качественное, что может сказаться на дальнейшем ходе исследований. Поэтому предварительно фотографии подвергаются фильтрации любыми доступными программными средствами, например Photoshop.

4. Первичный анализ, построение планов и гистограмм. Для проведения выделения необходимо получить информацию о точках изображения, их яркости, насыщенности, цветности. Для этого строятся r, g, b – планы, производится преобразование изображения из rgb – представления в hsb, строятся гистограммы цветности, насыщенности и яркости. Эти данные активно используются на последующих этапах.

5. Выделение волокон. На данном этапе на основе построенных ранее гистограмм осуществляется отделение волокон от фона изображения. Выделение осуществляется под контролем оператора в несколько этапов пока не будет достигнуто максимальное соответствие выделенных волокон реальному изображению.

6. Поиск объектов заданного цвета. Поиск волокон задаваемого оператором цвета производится в результате анализ полученного при выделении волокон изображения. При этом задается цвет волокна и погрешность, с которой следует определять цвет.

7. Идентификация волокон. При обнаружении текстильных волокон заданного цвета на исходном изображении производится идентификация волокон, собранных на самом первом этапе различными химическими, оптическими и другими методами. На данном этапе используется специальное оборудование, реактивы и иные средства, используемые в криминалистической практике.

8. Оформление отчетных документов. Этот этап заключается в оформлении результатов о проведенных исследованиях. Данная информация передается в другие отделы следственных органов, которые на их основании строят дальнейшую розыскную и оперативную работу.

9. Сохранение отчетной информации в базе данных. Вся информация, полученная в результате исследований, хранится в базе данных для ведения отчетности и последующего использования в случае необходимости при повторном возбуждении дел, либо причастности улик к другим преступлениям либо правонарушениям. Для этого используются высоконадежные технологии с целью избежания потери информации.

2.2 Структура подсистемы выделения текстильных волокон

Структурная схема, представленная на чертеже РТДП 5.000.002. Данная схема описывает функционально законченные блоки программного модуля выделения текстильных волокон на изображении и состоит из следующих элементов:

          Выбор изображения для обработки. Выбор изображения производится путем задания текущего каталога и поиска необходимой фотографии из множества найденных в текущем каталоге.

          Выбор операции. Этот модуль управляет всей работой подсистемы выделения. Здесь осуществляется выбор производимых над исходным изображением манипуляций. После окончания выполнения выбранной процедуры управление вновь передается в данный модуль для проведения дальнейших преобразований.

          Выделение волокон. Этот модуль осуществляет выделение всех пикселов, сходных по цвету с цветом фона. При этом на обрабатываемом изображении остаются только те объекты, которые отличались от фона.

          Построение R, G, B – планов. Путем прохода по всему изображению создается 3 BMP – файла, содержащих информацию о красной, голубой и зеленой составляющей обрабатываемой картинки. Информация, сохраненная в таком виде, удобна для восприятия пользователем и позволяет сразу получить визуальное представление выходных данных без использования дополнительных программных средств.

          Поиск волокон заданного цвета. На этом этапе осуществляется поиск волокон заданного цвета для их последующей идентификации. Поиск осуществляется путем прохода по всему изображению, на котором уже выделены все волокна и нахождению объектов с заданным цветом. Результаты работы сохраняются в отдельном файле чтобы улучшить визуальное восприятие информации оператором.

          Сохранение изображения. На этом этапе происходит сохранение изображения в bmp-формате. В результате оператор получает полное визуальное представление о проделанных манипуляциях и в случае необходимости может повторить обработку с другими задаваемыми параметрами для достижения максимального качества преобразований.

          Преобразование из RGB - представления в HSB. Данный модуль путем прохода по всем точкам изображения осуществляет для каждого пиксела определение его красной, голубой и зеленой составляющих, и на основе их анализа производит преобразование из RGB – представления в HSB. Полученные данные сохраняются для дальнейшего использования в файле с расширением hsb.

          Построение гистограмм цветности, насыщенности и яркости. Этим модулем осуществляется построение указанных гистограмм, которые в дальнейшем используются для выделения волокон. Гистограммы сохраняются в bmp - формате и файлах отчета.

          Сохранение результатов обработки в файлах отчета. Результаты преобразований сохраняются в текстовых файлах для ведения необходимой отчетности и дальнейшего использования при необходимости повторных исследований. Файлы отчета не занимают много места на дисковом пространстве и содержат всю необходимую информацию, полученную в ходе проведенных преобразований.

3. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

3.1 Работа с BMP – файлами

В данном дипломном проекте в качестве исходных данных для обработки используются фотографии, сохраненные в формате BMP, 24 бит на пиксель, с изображенными на них текстильными волокнами различного типа и окраски.

Файлы формата bitmap [6], содержащие битовое изображение, начинаются со структуры BITMAPFILEHEADER табл.3.1. Эта структура описывает тип файла и его размер, а также смещение области битов изображения.

Таблица 3.1.

Заголовок файла BITMAPFILEHEADER

Смещение

Размер

Имя

Описание

0

2

BfType

Тип файла. Поле содержит значение 0x4D42 (текстовая строка «ВМ»).

2

4

BfSize

Размер файла в байтах. Это поле может содержать неправильное значение, так как в SDK для Windows 3.0 поле bfSize было описано неправильно (поле содержит размер файла в двойных словах). Обычно содержимое этого поля игнорируется, так как из-за ошибки в документации старые приложения устанавливали в этом поле неправильное значение.

6

2

BfReserved1

Зарезервировано, должно быть равно нулю.

8

2

BfReserved2

Зарезервировано, должно быть равно нулю.

10

4

BfOffBits

Смещение битов изображения от начала файла в байтах.

Сразу после структуры BITMAPFILEHEADER в файле следует структура BITMAPNFOHEADER. Этот заголовок содержит описание изображения и, необязательно, карту цветов. Структура заголовка bitmap иногда рассматривается как BITMAPINFO с полями вплоть до карты цветов как BITMAPINFOFEADER табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Заголовок файла BITMAPINFOHEADER

Смещение

Размер

Имя

Описание

14

4

BiSize

Размер этого заголовка в байтах, (всегда 40)

18

4

BiWidth

Ширина битового изображения в пикселях

22

4

BiHeight

Высота битового изображения в пикселях

26

2

BiPlanes

Число плоскостей изображения, должно быть 1

28

2

BiBitCount

Количество бит на один пиксель. Может быть равно 1, 4, 8 или 24.

30

4

BiCompression

Тип сжатия. BI_RGB – сжатие не используется; BI_RLE4 – сжатие изображения, в которых для представления одного пикселя используется 4 бита; BI_RLE8 – сжатие изображения, в которых для представления пикселя используется 8 бит;

34

4

BiSizeImage

Размер сжатого изображения в байтах, или ноль

38

4

BiXPelsPerMeter

Горизонтальное разрешение, в пикселях / на метр

42

4

BiYPelsPerMeter

Вертикальное разрешение, в пикселях / на метр

42

4

BiYPelsPerMeter

Вертикальное разрешение, в пикселях / на метр

46

4

BiClrUsed

Количество используемых цветов, описание ниже

50

4

BiColorImportant

Число «важных» цветов

54

4*N

BmiColors

Карты цветов

Поле biSizeImage может быть (и обычно бывает) нулем, если данные несжатые.

Изображения, использующие 1, 4 или 8 бит на пиксель должны иметь карту цветов. Размер карты цветов – обычно 2, 16 или 256 элементов данных соответственно, но может быть меньше, если изображение не нуждается в полном комплекте цветов. Если поле biClrUsed – ненулевое, оно содержит количество используемых цветов, которое также представляет собой число элементов данных в карте цветов. Если это поле – нулевое, карта цветов имеет полный размер. Для 24-битных изображений карты цветов отсутствуют, и изображение содержит непосредственные RGB цвета. Поле biClrUsed может быть ненулевое для создания таблицы цветов фиксированного размера.

Поскольку возможно, что устройство отображения не будет иметь столько доступных цветов, сколько требуется для изображения, элементы данных в карте цветов должны начинаться с наиболее важных цветов. Поле biClrImportant, если оно ненулевое, сообщает, сколько цветов важно для хорошего воспроизведения изображения.

Элементы данных карты цветов содержат четыре байта табл. 3.3.

Таблица 3.3.

Элемент карты цветов RGBQUAD

Смещение

Имя

Описание

0

RgbBlue

Значение синего для элемента карты цветов

1

RgbGreen

Значение зеленого для элемента карты цветов

2

RgbRed

Значение красного для элемента карты цветов

3

RgbReserved

Ноль

Данные bitmap следуют сразу за картой цветов. Данные могут быть несжатые, либо же для 4- и 8-битных изображений может использоваться схема сжатия RLE.

Логически биты (и физически, при отсутствии сжатия) сохраняются построчно. Каждая строка дополняется нулевыми байтами до 4-байтовой границы. Строки сохраняются в порядке снизу вверх.

В bitmap с одним битом на пиксель каждый пиксель – единственный бит, биты упаковываются по восемь в байт. Старший бит в байте – самый левый пиксель.

В bitmap с 4 битами на пиксель для несжатого изображения в байт упакованы два пикселя, причем старший полубайт будет самым левым пикселем, и каждая строка дополняется нулями до 4-байтовой границы.

В bitmap изображениях с 8 битами на пиксель в несжатом виде один пиксель упакован в байт с дополнением каждой строки на границу 4 байт.

В bitmap изображениях с 24 битами на пиксель каждый пиксель – три байта, содержание значения синего, зеленого и красного в том же порядке. Каждая строка дополняется нулями до границы 4 байт. Именно этот формат данных используется в разрабатываемой в подсистеме выделения текстильных волокон.

3.2 Преобразование изображения из RGB – представления в HSB

Исходное изображение преобразуется из RGB – представления в HSB в случае выбора пунктов 2 либо 3 из главного меню с целью построения гистограмм цветности, яркости и насыщенности. Обрабатываемое изображение представляет собой картинку в формате BMP 24 бит. Это значит, что, согласно разделу 3.1, после заголовка файла, размером 54 байта, следует информация о строках изображения, где каждой точке изображения соответствуют 3 байта со значениями голубого, зеленого и красного цвета. Причем строки изображения выровнены по длине до границы 4 байт.

Таким образом, читая из исходного файла по 3 байта информацию о каждом пикселе можно получить значение яркости (Brightness).

В качестве значения яркости выбирается значение максимальной компоненты RGB – представления:

B = max(r, g, b),(3.1)

где r,g,b – значения компонент RGB – представления [5].

И
сходя из полученных значений строится гистограмма яркости, которая сохраняется в файле Br_gist.bmp. Пример получаемой гистограммы предложен на рис.3.1.

Рис. 3.1. Гистограмма яркости изображения

Гистограммы сохраняются в bmp – файлах с целью улучшения визуального восприятия информации, т.к. наглядность в этом случае гораздо выше, чем у текстового представления.

Насыщенность S определяется через максимальные и минимальные компоненты RGB – представления. Насыщенность определяется относительным количеством белого, который надо добавить к полностью насыщенному цвету. Уровень белого определяется минимальной компонентой RGB – представления. Остальные две компоненты окрашивают белую подложку [5].

S= 1 - min(r, g, b)/max(r, g, b).(3.2)

Гистограмма насыщенности, пример которой представлен на рис. 3.2, сохраняется в файле Sa_gist.bmp.

Р
ис.3.2. Гистограмма насыщенности

Для вычисления цветности определяются сектора цветового круга, в которые данный цвет попадает. Цвет определяется большей по уровню компонентой RGB – представления. Сначала вычитается уровень белого – цвет приводится к насыщенному виду.

{r’, g’, b’} = {r - min, g - min, b - min}.(3.3)

Остается 2 ненулевых компоненты, возможные варианты соотношений между ними и цветностью представлены в табл. 3.4.

Таблица 3.4.

Ситуация

Сектор

Угол в секторе, 

Цвет

r’  g’

0 - 60

(g’/r’)60

g’ > r’

60 - 120

(r’/g’)60

120 - 

g’  b’

120 - 180

(b’/g’)60

120 + 

Ситуация

Сектор

Угол в секторе, 

Цвет

b’ > g’

180 - 240

(g’/b’)60

240 - 

b’  r’

240 - 300

r’/b’)60

240 + 

r’ > b’

300 - 0

(b’/r’)60

360 - 

Блок – схема данного алгоритма представлена на чертеже РТДП 5.000.003.

Следует отметить, что насыщенность лежит в диапазоне 0…1, в то время как цветность располагается на окружности (или другой топологически эквивалентной кривой). Существует ряд случаев, когда определить значение цветности с достаточной точностью невозможно. Это случаи так называемого серого цвета от черного до белого. Эти случаи характеризуются низким уровнем насыщенности [5].

Гистограмма цветности рис.3.3 сохраняется в файле Hu_gist.bmp. Кроме того, гистограммы сохраняются в текстовых файлах name.txt либо name_.txt в зависимости от выбора пункта главного меню, где name.bmp – имя исходного файла для дальнейшей обработки иными программными средствами в случае необходимости. При построении гистограмм согласно пункту 2 меню учитываются все пикселы изображения. При выборе операции “Создание H,S,B планов для точек с большой (малой) насыщенностью” при построении гистограмм учитываются лишь те точки, значение насыщенности которых соответствует задаваемым пользователем параметрам.

Гистограмма цветности в дальнейшем используется для выделения волокон на исходном изображении.



Рис. 3.3. Гистограмма цветности изображения

В случае достаточной насыщенности цвет определяется однозначно. При обработке цветных изображений данный алгоритм цветоопределения показывает достаточно высокую производительность и не уступает более сложным методам определения цветности, основанным на использовании непрерывных функций и выводящим метрики формально.

Используя полученные значения для цветности, и сравнивая их с порогом цветности можно выделить на изображении окрашенные и неокрашенные участки. Таким образом, если участок на изображении является неокрашенным, то, следовательно, не имеет дальнейшего смысла обработка данного участка на предмет определения наличия на нем окрашенных текстильных волокон.

Информация о HSB – представлении исходного изображения хранится в одноименном файле с расширением *.hsb. Дальнейшие преобразования основаны на анализе содержимого данного файла. Здесь следует отметить, что для избежания ошибок следует предусмотреть наличие на диске 25 Мбайт свободного пространства в случае проведения полного анализа изображения, т.к. для проведения манипуляций с данными программа создает ряд графических и текстовых файлов.

3.3 Выделение волокон на исходном изображении

Операция выделения волокон позволяет окрасить одним цветом все точки, имеющие цвет фона и близкие к ним по цвету. Таким образом, в итоге на изображении должны остаться лишь те объекты, которые фону не принадлежали. Данная операция основана на обработке информации, хранящейся в построенной ранее гистограмме цветности.

Гистограмма цветности (Hue) содержит данные о количественном содержании пикселов каждого цвета на обрабатываемой картинке. Таким образом, можно используя гистограмму цветности получить информацию о том, объекты каких цветов содержатся на изображении. Объект, окрашенный заданным цветом, будет представлен на ней в виде пика с максимумом, соответствующим значению необходимого цвета либо близким к нему в случае если объект имеет цвет немного отличающийся от задаваемого. Т.к. на обрабатываемых изображениях изображено небольшое количество волокон на некотором фоне, то, следовательно, наибольшее количество пикселов на изображении будет окрашено именно цветом фона. Исходя из данных соображений, можно сделать вывод о том, что самый большой пик будет соответствовать именно цвету фона, а остальные – объектам, которые нам необходимо выделить для дальнейшей обработки. На рис. 3.4 видно, что самый большой пик соответствует фону, а остальные небольшие пики – текстильным волокнам и другим объектам.

Используя этот факт можно осуществить выделение объектов на исходных фотографиях. Для осуществления выделения необходимо экспериментально подобрав диапазон цвета, которому принадлежит фон, исключить этот диапазон из дальнейшего рассмотрения (приравнять к нулю количество точек заданного цвета). Диапазон цвета выбирается оператором таким образом, чтобы выделяемый объем изображения максимально соответствовал фону, и не терялась информация о содержащихся элементах.


Рис 3.4. Гистограмма цветности до выделения фона

Диапазон цвета выбирается оператором таким образом, чтобы выделяемый по его выбору цветом объем изображения максимально соответствовал фону, и не терялась информация о содержащихся элементах. На рис. 3.5 видно, что после выделения фона соответствующий пик исчез, а оставшиеся соответствуют объектам, которые содержались на изображении. Причем в конкретном случае, скорее всего на изображении остался один объект средней длины, для которого Hue  62 и несколько мелких объектов различных цветов, которые, видимо, являются помехой фона. Для наглядности на исходном изображении пикселы принадлежащие фону можно окрасить в один цвет, например в белый. При этом на изображении останутся объекты, которые отличались по цвету от цвета фона. Объекты могут иметь самую разнообразную форму, т. к. исходя из специфики анализируемых изображений, на фотографиях имеют место не только объекты большой длины, но и мельчайшие фрагменты продуктов текстильного производства, пыль и прочие сопутствующие частицы. Кроме того, возможно проявление дефектов, полученных в результате изготовления фотографий.


Рис 3.5. Гистограмма цветности после выделения фона

Задача выделения на изображении волокон сводится к выбору точек, которые отличаются от фона по некоторому критерию. Одним из таких критериев может служить цвет точки. В этом случае, анализируя цвет пиксела изображения можно используя погрешность, которая задается оператором, выделить точки, цвет которых отличается от фона. Дальнейший анализ можно производить только для полученных элементов на изображении, т.е. не учитывая фон. Проведенное выделение не только упрощает весь дальнейший процесс обработки, но и может быть использовано для проведения экспертизы в случае, когда необходимо анализировать не волокна какого-либо конкретного цвета, а всю совокупность объектов изображения. Но не всегда выделение волокон происходит эффективно, если используется только анализ цвета волокна. В ряде случаев волокно может мало отличаться по цвету от фона на малую величину и при анализе только цветности это может привести к ошибке выделения волокна, т.е. оно не будет выделено. Поэтому необходимо анализировать насыщенность. Это позволит, например, на розовом фоне выделить слабо окрашенные красные элементы.

Полученное в результате выделения изображение сохраняется в файле name_f.bmp, где name.bmp – имя исходного изображения.

3.4 Выделение объектов заданного цвета

Изображение с выделенными на нем волокнами может быть подвергнуто дальнейшему преобразованию с целью нахождения волокон заданного цвета. Данная операция может и не производиться, если нет необходимости в поиске волокон конкретного цвета, а необходимо лишь получить общую картину содержания объектов либо их расположения. Для произведения выделения необходимо используя главное меню выбрать файл *_f.bmp для произведения с ним дальнейших манипуляций. Если будет выбрано изображение, на котором еще не выделены текстильные волокна, то пользователю будет предложено предварительно произвести выделение. Далее, после выбора операции “Поиск точек заданного цвета”, производится проход по всей картинке с целью определения пикселов необходимого, с учетом вводимой погрешности и насыщенности, цвета. Результат сохраняется в файле name_i.bmp и его содержимое можно росмотреть любой программой просмотра, поддерживающей данный графический формат.

3.5 Выбор исходного изображения

Исходное изображение может находиться в любом месте дискового пространства. Для того чтобы выбрать картинку для анализа используется операция “Изменить путь либо файл" главного меню программы. Пользователю предлагается выбрать новый путь для поиска либо оставить текущий каталог неизменным. Информация о найденных файлах формата bmp выводится в отдельном окне, которое предусматривает возможность вертикального скроллинга для выбора необходимого файла рис. 3.6. В окне выводятся имя файла и его размер, текущее имя подсвечивается мигающим курсором.

Рис. 3.6. Выбор исходного изображения

Переход между файлами осуществляется нажатием клавиш “вверх” либо “вниз” на клавиатуре. Выбор осуществляется нажатием клавиши Enter и имя выбранного файла отражается в главном меню программы. Если же файлов нужного формата не найдено, то в окне выдается сообщение “*.bmp файлы не найдены”. При ошибочном выборе пути либо диска выводятся сообщения “Ошибка пути” и “Ошибка выбора диска” соответственно. При обнаружении данных ошибок текущий путь остается неизменным и пользователь в случае необходимости может заново повторить ввод информации о нахождении анализируемых изображений на диске.

Для поиска файлов по маске *.bmp используются стандартные функции findfirst и findnext, описанные в файле dos.h. Найденная информация организуется в двунаправленный список для последующего использования при организации скроллинга и выбора имени файла для обработки. Пользователь в любой момент может изменить диск либо путь к файлам. Для изменения пути и диска используются функции chdir и chdrive, описанные в файлах библиотечных файлах BorlandC dir.h и direct.h соответственно. Данное обстоятельство позволяет программе функционировать независимо от расположения на диске.

4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРИМЕНЕНИЯ ПОДСИСТЕМЫ ВЫДЕЛЕНИЯ ТЕКСТИЛЬНЫХ ВОЛОКОН

4.1 Характеристика подсистемы выделения текстильных волокон

Программа разрабатывается для нужд Министерства внутренних дел Республики Беларусь. Назначение программы  первичная обработка изображений при проведении криминалистической экспертизы. Программа предназначена для квалифицированных пользователей, не требует знаний в области компьютерной техники, легка и понятна в эксплуатации. Разработанная программа не предназначена для широкого распространения в силу специфики предназначения.

Применение программы позволит максимально уменьшить ручной труд работников лаборатории криминалистического анализа.

Разработчику неизвестны какие-либо аналоги разработанной программы, учитывающие особенности структуры отрасли применения.

Разработка программного средства предусматривает проведение всех стадий проектирования (техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочий проект, внедрение) и относится к 3-й группе сложности. По степени новизны программное средство относится к группе “А” с коэффициентом 1,0.

4.2 Исходные данные

Программные средства вычислительной техники являются материальными объектами специфической интеллектуальной деятельности специалистов, состоящими из программных документально оформленных проектов, реализующих свои потребительские свойства[7] и качества в составе функционирующих вычислительных систем или систем обработки данных.

Программные средства вычислительной техники как товарная продукция может быть двух видов:

    научно-техническая продукция;

    продукция производственно-технического назначения.

В современных рыночных экономических условиях Республики Беларусь программные средства как товарная продукция соответствующих научно-технических организаций выступает преимущественно в виде научно-технической продукции, представляющей собой функционально завершенные и имеющие товарный вид программные средства вычислительной техники, реализуемые покупателям по рыночным отпускным ценам.

В результате разработки и применения программных средств вычислительной техники экономический эффект достигается за счет экономии трудовых, материальных и финансовых ресурсов на основе:

    снижения трудоемкости алгоритмизации программирования и отладки программ (задач) за счет использования программного средства в процессе разработки автоматизированных систем и систем обработки данных;

    сокращения расходов на оплату машинного времени и других ресурсов на отладку и сдачу задач в эксплуатацию;

    снижения расходов на материалы (магнитные ленты, магнитные диски и прочие материалы);

    ускорения ввода в эксплуатацию новых систем;

    улучшение показателей основной деятельности предприятий в результате использования программных средств.

Расчет экономической эффективности программных средств вычислительной техники основан на принципах комплексной оценки эффективности мероприятий, направленных на ускорение научно-технического прогресса.

Расчет экономического эффекта от программных средств осуществляется у разработчика и у потребителя. У разработчика экономический эффект выступает в виде прибыли, остающейся в распоряжении предприятия от реализации программного средства (4.1):

П = Р - С - Н , (4.1)

гдеР  доход (выручка) от реализации программного средства за минусом налога на добавленную стоимость;

С  себестоимость программного средства;

Н  общая сумма налогов и других платежей, определяемая в соответствии с действующим законодательством.

У пользователя затраты на программное средство складываются из единовременных и эксплуатационных (текущих) затрат. Единовременные затраты представляют собой расходы на приобретение программного средства по рыночным ценам (себестоимость НИОКР, включая затраты на испытания, отладку, доработку, приобретение специального оборудования и прибыль организации-разработчика), транспортировку, монтаж (старого оборудования демонтаж) и наладку нового оборудования, связанного с использованием нового программного средства.

Эксплуатационные (текущие) затраты организации-пользователя состоят из затрат на заработную плату по подготовке данных и анализу их обработки, затраты на оплату времени работы вычислительных ресурсов, устройств ввода-вывода, средств массовой памяти (магнитные диски и ленты), коммуникационных средств, необходимых для выполнения функций программы, затрат материалов и прочих затрат.

На основе технико-экономического анализа функциональных и конструктивных особенностей создаваемого программного средства и источников экономической эффективности определяются показатели, по которым рассчитывается экономия всех видов ресурсов, оказывающих влияние на величину экономического эффекта.

Исходные данные по разработанному программному средству представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1.

Исходные данные

Наименование показателей

Буквенные обозначения

Единицы измерения

Количество

Коэффициент новизны

Кн

Единиц

1

Группа сложности

Единиц

3

Дополнительный коэффициент сложности

Ксл

Единиц

0,12

Поправочный коэффициент, учитыва-ющий использование типовых программ

Кт

Единиц

1

Установленная плановая продолжи-тельность разработки

Трт

Лет

1

Годовой эффективный фонд времени

Фэф

Дней

230

Продолжительность рабочего дня

Тч

Час

8

Тарифная ставка 1-го разряда, месячная

Тм

тыс.руб.

11,5

Коэффициент премирования

Кп

Единиц

1,4

Норматив дополнительной заработной платы

Нзд

%

10

Ставка отчислений в фонд социальной защиты населения

Нсзс

%

35

Ставка чрезвычайного налога

Ннч

%

4

Ставка отчислений в фонд занятости

Ннз

%

1

Норматив командировочных расходов

Нрнк

%

30

Норматив прочих затрат

Нпз

%

20

Норматив накладных расходов

Нрн

%

100

Ставка налога на добавленную стоимость

Ндс

%

20

В разработке программного средства участвуют исполнители перечисленные в табл. 4.2.

Таблица 4.2.

Исполнители программного средства

Исполнитель

Тарифный разряд

Тарифный коэффициент, Тк

Продолжительность участия в разработке (дней)

Руководитель

13

2,84

200

Инженер-программист без категории

9

2,09

230

4.3 Расчет себестоимости и отпускной цены программного средства

Смета затрат на разработку программного средства включает следующие статьи:

    заработная плата исполнителей основная (Зо) и дополнительная (Зд), тыс.руб.;

    отчисления в фонд социальной защиты (Зсз), тыс.руб.;

    налоги, входящие в себестоимость программного средства (Нс), тыс.руб.;

    материалы (М), тыс.руб.;

    спецоборудование (Рс), тыс.руб.;

    машинное время (Рм), тыс.руб.;

    расходы на научные командировки (Рнк), тыс. руб.;

    прочие затраты (Рз), тыс.руб.;

    накладные расходы (Рн), тыс.руб.

На основании сметы затрат рассчитывается себестоимость и отпускная цена программного средства

4.4 Заработная плата исполнителей основная (Зо) и дополнительная (Зд)

Сумма основной заработной платы рассчитывается на основе численности специалистов, соответствующих тарифных ставок и фонда рабочего времени. Причем численность специалистов, календарные сроки разработки программы и фонд рабочего времени определяются экспертным путем или с использованием укрупненных норм времени на разработку, создание и сопровождение программного средства. Расчет трудоемкости программного средства с использованием укрупненных норм времени осуществляется в основном в крупных научно-технических организациях для решения сложных задач программного обеспечения вычислительной техники. В мелких и средних научно-технических организациях трудоемкость, численность исполнителей и сроки разработки программного средства определяются экспертным путем с использованием данных по базовым моделям. При определении трудоемкости программного средства учитываются объем программного средства (в тыс. условных машинных или исходных команд), объем документации (тыс. строк), новизна и сложность программного средства, язык программирования, степень использования типовых (стандартных) программ.

Объем программного средства определяется методом структурной аналогии по соответствующим каталогам аналогов программ, которые постоянно обновляются и утверждаются в установленном порядке. На основании имеющейся информации о функциях разрабатываемого программного средства определяется объем каждой функции для соответствующего типа ЭВМ. Затем определяется тип разрабатываемого программного средства (по принятой классификации в каталоге аналогов), уточняются объемы функций для данного программного средства и определяется общий объем программного средства. На основании общего объема (Vо) и нормативных данных определяется нормативная трудоемкость с учетом группы сложности программного средства (Тн). Рассчитывается общая уточненная трудоемкость (Тоу) с учетом дополнительных коэффициентов сложности (Ксл) в зависимости от характеристик программного средства (4.2):

Vo = V1 + V2 + … + Vn,(4.2)

где Vo  общий объем программного средства;

Vi  объем функций i-го программного средства;

n  общее число функций.

Характеристика функций программного средства приведена в табл. 4.3.

Таблица 4.3.

Характеристика функций и их обьем

Номер функции

Содержание функций

Объем (условных маш. Команд для ПЭВМ)

101

203

208

301

305

309

Организация ввода информации

Формирование базы данных

Организация поиска и поиск в базе данных

Формирование последовательного файла

Обработка файлов

Формирование файла

600

6 260

17 270

2 500

3 670

7 400

Объем функций ПС с учетом коэффициентов:

Vo =600+6260+17270+2500+3670+7400 =37700 (условных маш. команд).

На основании общего объема программного средства и его группы сложности (3 группа) определяется нормативная трудоемкость (Тн =1171 человека-дней) по таблицам.

С учетом дополнительного коэффициента сложности (Ксл=0,12) рассчитывается общая трудоемкость программного средства:

То=Тн + Тн * Ксл,(4.3)

где То - общая трудоемкость ПС;

Тн - нормативная трудоемкость ПС;

Ксл - дополнительный коэффициент сложности ПС.

То = 1171 + 1171*0,12 = 1 311 человека-дня.

Трудоемкость программного средства по стадиям определяется с учетом новизны и степени использования в разработке типовых программ и программного средства (Кт=0,8, Кн=1, степень новизны программного средства - А)

Тi = dстi * Кн * Кт * То,(4.4)

гдеКт - поправочный коэффициент, учитывающий степень использования в разработке типовых (стандартных) программ;

Кн - коэффициент, учитывающий степень новизны программного средства.

Ттз = 1311*1*0,8*0,11 = 115,3 (чел.-дней),

Ттп = 1311*1*0,8*0,11 = 115,3 (чел.-дней),

Тэп = 1311*1*0,8*0,09 = 94,4 (чел.-дней),

Трп = 1311*1*0,8*0,55 = 576,8 (чел.-дней),

Твн = 1311*1*0,8*0,14 = 146,8 (чел.-дней).

При решении сложных задач с длительным периодом разработки ПС общая трудоемкость разбивается и корректируется по стадиям разработки (техническое задание - ТЗ, эскизный проект - ЭП, технический проект - ТП, рабочий проект - РП и внедрение - ВН) с учетом новизны, степени использования типовых программ и удельного веса трудоемкости стадий разработки программного средства в общей трудоемкости разработки программного средства.

На основании общей трудоемкости рассчитывается уточненная трудоемкость с учетом распределения по стадиям (Ту):

Ту = Т1 + Т2 + … + Тn,(4.5)

Ту = 115,3 +115,3 +94,4 +576,8 +146,8 = 1 048,6 (чел.-дней).

На основании уточненной трудоемкости разработки программного средства и установленного периода разработки рассчитывается общая плановая численность исполнителей Чр по формуле:

Чр = Ту / (Трт * Фэф),(4.6)

где Трд - установленная продолжительность разработки программного средства (лет);

Фэф - годовой эффективный фонд времени работы одного исполнителя в течение года (дней).

Чр = 1 048,6/230=4,5 (чел.).

Расчет основной заработной платы исполнителей программного средства (Зо) производится на основе исходных данных (см. табл. 4.1.).

Определяем месячную и часовую тарифную ставку исполнителей: начальника отдела (Тм1, Тч1), ведущего инженера(Тм2, Тч2), инженера-программиста без категории (Тм3, Тч3) по формулам (4.7), (4.8):

Тм = Тм1 * Тк,(4.7)

гдеТм1  месячная тарифная ставка 1-го разряда,

Тк  тарифный коэффициент, соответствующий установленному тарифному разряду.

Тч = Тм / 197,8,(4.8)

где 197,8 фонд рабочего времени при восьмичасовом рабочем дне.

Тм1 = 11,5 * 2,84 = 32,66 тыс.руб.

Тч1 = 32,66/ 197,8 = 0,165 тыс.руб.

Тм2 = 11,5 * 2,09 = 24,03 тыс.руб.

Тч2 = 24,03/ 197,8 = 0,121 тыс.руб.

Сумма основной заработной платы исполнителей (Зо) рассчитывается по формуле (4.9):

n

Зо = ∑ Тчi * Фэi * Тч * Кп,(4.9)

i=1

гдеn  количество исполнителей;

Тчi  часовая тарифная ставка i-го исполнителя;

Фэi  эффективный фонд рабочего времени i-го специалиста;

Тч  количество часов работы в день (часов);

Кп  коэффициент премирования.

Зо = (0,165*200 + 0,121*230) * 8 * 1,4 = 681,3 тыс.руб.

Сумма дополнительной заработной платы (Зд) определяется в процентах к основной (норматив дополнительной заработной платы Нд = 10%) по формуле:

Зд = Зо * Нд / 100,(4.10)

Зд = 681,3 * 10 / 100 = 68,1 тыс.руб.


4.5 Отчисления в фонд социальной защиты (Зсз)

Отчисления в фонд социальной защиты населения (Зсз) определяется в соответствии с действующими законодательными актами по нормативу в процентном отношении к фонду основной и дополнительной зарплаты исполнителей.

Сумма отчислений в фонд социальной защиты населения (Зсз) определяется по формуле:

Зсз = (Зо+Зд ) * Нзсз / 100,(4.11)

где Нзсз  норматив отчислений в фонд социальной защиты (Нзсз=35%).

Зсз = (681,3 + 68,1) * 35 / 100 = 262,3 тыс.руб.


4.6 Налоги, входящие в себестоимость программного средства (Нс)

Налоги, входящие в себестоимость программного средства (Нс) определяются в соответствии с действующими законодательными актами по нормативам в процентном отношении к сумме всей заработной платы, приходящейся на программное средство. Действующие нормативы налоговых отчислений:

    чрезвычайный налог в фонд Чернобыля (Нч);

    отчисления в фонд занятости(Нз).

Чрезвычайный налог (Нч) определяется по формуле:

Нч = (Зо+Зд) * Ннч / 100,(4.12)

гдеНнч  норматив чрезвычайного налога (Ннч=4%).

Нч = (681,3 + 68,1) * 4 / 100 = 29,9 тыс.руб.

Отчисления в фонд занятости (Нз) определяются по формуле:

Hз = (Зо+Зд)*Ннз/100,(4.13)

где Ннз - норматив отчислений в фонд занятости (Ннз=1%).

Нз = (681,3 + 68,1)*1/100=7,5 тыс.руб.

4.7 Материалы (М)

Расходы по статье «Материалы» (М) определяются на основании сметы затрат, разрабатываемой на программное средство, с учетом действующих нормативов. По статье «Материалы» отражаются расходы на магнитные носители, перфокарты, бумагу, красящие ленты и другие материалы, необходимые для разработки программного средства. Нормы расхода материалов в суммарном выражении (Нм) определяются в расчете на 100 машинных команд. Сумма затрат материалов рассчитывается по формуле:

М = Нм * Vо / 100,(4.14)

где Нм  норма расхода материалов в расчете на 100 команд программного средства (тыс.руб.);

Vо  общий объем программного средства (условных машинных команд).

М = 88 * 37 700/ 100 = 33,2 тыс.руб.


4.8 Спецоборудование (Рс)

Расходы по статье «Спецоборудование» (Рс) включают затраты средств на приобретение типовых и изготовление вспомогательных специального назначения технических и программных средств, необходимых для разработки конкретного программного средства, включая расходы на их проектирование, изготовление, отладку, установку и эксплуатацию. Сумма затрат по статье «Спецоборудование» (Рс) определяется в соответствии со сметой расходов, которая составляется перед разработкой. Так как для разработки конкретного программного средства специальное оборудование или специальные программы не приобретались, то расходы по этой статье не определяются.

4.9 Машинное время (Рм)

Расходы по статье "Машинное время" (Рм) включают оплату машинного времени, необходимого для разработки и отладки программного средства, которое определяется по нормативам (в машино-часах) на 100 команд (Нмв) машинного времени в зависимости от характера решаемых задач и типа ПЭВМ, определяются по формуле:

Рм = Цм * Vо * Нмв/100,(4.15)

где Цм цена одного машино-часа (тыс.руб);

Vо общий объем программного средства (машинных команд); Нмв норматив расхода машинного времени на отладку 100 машинных команд (машино-часов).

Рм = 0.5 * 37 700 * 2,1 /100= 395,8 тыс.руб.

4.10 Расходы на научные командировки (Рнк)

Расходы по статье "Научные командировки" (Рнк) определяются по смете затрат на программное средство и включают расходы, связанные с командировками для решения проблем разработки программного средства.

Определяются по формуле:

Рнк = Зо*Нрнк/100,(4.16)

где Нрнк - норматив расходов на командировки (Нрнк=30%).

Рнк = 681,3*30/100 = 209,4 тыс.руб.

4.11 Прочие затраты (Пз)

Расходы по статье "Прочие затраты" (Пз) включают затраты на приобретение и подготовку специальной научно-технической информации и специальной литературы. Определяются по смете расходов на программное средство по формуле:

Пз = Зо*Нпз/100,(4.17)

где Нпз - норматив прочих затрат (Нпз=20%).

Пз = 681,3*20/100 = 136,2 тыс.руб.(4.18)

4.12 Накладные расходы (Рн)

Затраты по статье «Накладные расходы» (Рн), связанные с необходимостью содержания аппарата управления, вспомогательных хозяйств и опытных (экспериментальных) производств, а так же с расходами на общехозяйственные нужды, относятся на программное средство по нормативу (Нрн) в процентном отношении к основной заработной плате исполнителей.

Рн = Зо * Нрн / 100, (4.19)

где Нрн норматив накладных расходов (Нрн=100%).

Рн = 681,3*100/100 = 681,3 тыс.руб.

4.13 Полная себестоимость программного средства

Общая сумма расходов на разработку как полная себестоимость программного средства (Сп) определяется по формуле:

Ср=Зо + Зд + Зсз + Нч + Нз + М + Рм + Рн + Рнк +Пз. (4.20)

Ср= 681,3 + 68,1 + 262,3 + 29,9 + 7,5 + 33,2 + 395,8 + 681,3 + 174,8 +

+ 136,2 = 2 470,4 тыс.руб.

4.14 Прибыль от реализации создаваемого программного средства

Рентабельность и прибыль (Пр) по создаваемому программному средству определяется исходя из результата анализа рыночных условий, переговоров с заказчиком (потребителем), согласования с ним отпускной цены, включающей дополнительно налог на добавленную стоимость и отчисления в спецфонды. Прибыль рассчитывается по формуле:

Пр = Ср * Урп / 100, (4.21)

где Урп  уровень рентабельности создаваемого программного средства (Урп=40%).

Пр = 2 470,4 * 40 / 100 = 988,1 тыс.руб.

4.15 Прогнозируемая цена без налогов

Прогнозируемая цена без налогов (Цр) складывается из полной себестоимости программного средства и прогнозируемой прибыли и рассчитывается по формуле:

Цр = Ср + Пр, (4.22)

Цр = 2 470,4 + 892,8 = 3 363,2 тыс.руб

4.16 Платежи в местный и республиканский бюджет

В соответствии с действующим законодательством в цену программного средства, кроме налога на добавленную стоимость, включаются платежи в местный и республиканский бюджет, которые рассчитываются по действующему законодательно утвержденному нормативу (Нм и Нб) в процентном отношении к цене программного средства, представляющей сумму себестоимости и прибыли. Платежи определяются по формуле:

Пм = (Ср + Пр) * Нм / 100, (4.23)

где Нм  норматив платежей в местный бюджет (Нм=2.5%).

Пм = (2 470,4 + 988,1) * 2.5 / 100 = 86,4 тыс.руб.

Пб = (Ср + Пр) * Нб/ 100,

где Нб – норматив платежей в республиканский бюджет (Нб=2%).

Пб = (2 470,4 + 988,1) * 2 / 100 = 69,1 тыс.руб.

4.17 Цена без налога на добавленную стоимость

Цена без налога на добавленную стоимость представляет собой сумму себестоимости, прибыли, платежей в местный и республиканский бюджет. Определяется по формуле:

Ц = Ср + Пр + Пм + Пб.(4.24)

Ц = 2 470,4 + 988,1 + 86,4 + 69,1 = 3 614 тыс.руб.

4.18 Налог на добавленную стоимость

На реализацию создаваемого программного средства льготы по налогу на добавленную стоимость (Ндс) не распространяются. В связи с этим налог на добавленную стоимость рассчитывается по формуле:

Ндс = Ц * Нндс / 100, (4.25)

где Нндс  номатив налога на добавленную стоимость (Нндс=20%).

Ндс = 3 614 * 20 / 100 = 722,8 тыс.руб.

4.19 Прогнозируемая отпускная цена

Прогнозируемая отпускная цена (Цо) включает в себя цену без Ндс и сам Ндс и рассчитывается по формуле:

Цо = Ц + Ндс, (4.26)

Цо = 3 614 + 722,8 = 4 336,8 тыс.руб.

Прибыль от реализации ПС ( Пч ) остается в распоряжении предприятия и определяется по формуле:

Пч = Пр - (Пр*Ннп/100),(4.27)

где Ннп - норматив налога на прибыль ( Ннп = 30 ).

Пч = 988,1 – (988,1* 30/100) = 691,7 тыс. руб.

4.20 Выводы по разделу

Создаваемые программные средства могут предназначаться как для совершенно новых, ранее не решавшихся или решавшихся ручным способом задач, так и для традиционных задач, решаемых с помощью программных средств, которые можно совершенствовать.

В результате применения нового программного средства пользователь может понести значительные капитальные затраты на приобретение и освоение программного средства, доукомплектования новыми техническими средствами и пополнения оборотных средств. Однако, если приобретенное программное средство будет в достаточной степени эффективнее базового, то дополнительные капитальные затраты окупятся.

Аналоги разрабатываемого ПС существуют как за рубежом, так и в нашей стране, но данные по ним мы получить не можем из-за патентно-правовой защиты информации, а так же из-за того, что данные разработки имеют высокий уровень секретности. В Республике Беларусь работы в данной области ведутся только несколькими крупными институтами и в Министерстве внутренних дел.

В связи с этим расчет экономического эффекта от применения программного средства пользователем не может быть произведен, хотя разработанное программное средство позволяет получить экономию времени при обработке информации, что связано с экономией многих ресурсов — трудовых, материальных, финансовых. Трудовые расходы связаны с сокращением трудоемкости выполняемых работ. Материальные расходы связаны с сокращением расходов на материалы (магнитные диски, бумагу и т.д.). Финансовые расходы связаны с денежными расходами (прочие затраты и накладные расходы). Этим достигается экономический эффект для пользователя.

Чистая прибыль от реализации ПС (Пч = 691,7 тыс. руб. ) остается организации-разработчику ( отдельному разработчику ) и представляет собой экономический эффект от создания нового программного средства ВТ.

Таким образом, данная разработка является экономически целесообразной.

5. ОХРАНА ТРУДА И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ. БЕЗОПАСНОСТЬ ОПЕРАТОРА-КРИМИНАЛИСТА ПРИ РАБОТЕ С КОМПЬЮТЕРОМ

5.1 Анализ вредных факторов, воздействующих на оператора

Работа, связанная с решением задач экспертизы тесно связана с применением вычислительной техники для обработки и хранения результатов. При проведении исследований криминалисты длительное время находятся перед мониторами компьютеров. При этом специфика проводимых исследований требует постоянного напряжения внимания со стороны оператора. Как следствие – высокие нервно-эмоциональные нагрузки и психофизиологическая напряженность, утомление зрительного аппарата, воздействие излучений от мониторов.

В данном разделе рассматривается воздействие излучений дисплея на оператора, а также особенности работы зрительной системы и специфика восприятия информации с экрана компьютера. Основное внимание уделено различным типам излучений мониторов и методам защиты от них. Приводятся рекомендации по организации защиты работников криминалистических лабораторий от возможных воздействий применяемой в них вычислительной техники.

Анализ и оценка систем человек - дисплей на всех стадиях их исследований, разработок и эксплуатации невозможны без анализа и оценки факторов, определяющих качество изображений на экранах используемых дисплейных устройств, которые во многом обусловливают условия и характер зрительной работы человека. Одна часть факторов связана с характеристиками человека (строением и функциональными возможностями его зрительной системы, восприятием, памятью и пр.), а другая - с параметрами и характеристиками изображения, т.е. с машиной.

Для правильной организации работы за экраном персонального компьютера необходимо знать, в чем заключаются особенности восприятия информации с экрана дисплея [8].

    Экран монитора – активный излучатель электромагнитных волн в широком диапазоне. В обычной жизни человек чаще воспринимает отраженный свет.

    Информация на экране подвержена динамическим изменениям, что связано с техническими особенностями электронно-лучевой трубки.

    Восприятие информации с монитора требует повышенного внимания, что является причиной длительного напряжения глазных мышц. С другой стороны, для восприятия информации глазом необходимо обеспечить его подвижность.

    Повышенное внимание приводит к большим нагрузкам на зрительную систему.

5.2 Формирование изображения на мониторе

При выборе монитора необходимо руководствоваться в первую очередь соображениями безопасности. Для того чтобы привести характеристики, от которых зависит качество монитора, необходимо знать особенности формирования изображения на экране дисплея.

Четкость изображения зависит от разрешающей способности монитора. Четкость определяется количеством точек по горизонтали и по вертикали, которые способен воспроизводить монитор. Разрешающая способность связана со стандартами мониторов следующим образом: VGA – 640480; SVGA – 800600; XGA – 1 024768; EVGA – 1 2801 024. Четкость изображения зависит от расстояния между дискретными точками люминофора, покрывающего внутреннюю сторону экрана кинескопа. Расстояние между точками люминофора одного цвета в зависимости от вида монитора колеблется от 0,25 до 0,41 мм.

Кроме того, четкость зависит от типа маски – специального слоя, который находится перед слоем люминофора. Она служит для предотвращения наложения точек люминофора, имеющих разный цвет. Маска бывает трех типов: теневая (тонкий металлический лист с круглыми отверстиями); апертурная решетка (имеет эллиптические отверстия); щелевая маска (занимает промежуточное положение между теневой маской и апертурной решетекой).

При интенсивной работе с графикой при разрешении 1 024768 рекомендуется шаг 0,25...0,26 мм. В остальных случаях возможно использовать мониторы с разрешением 1 024768 с шагом 0,27 ... 0,28 мм.

Частота кадров определяется тем, что изображение на мониторе периодически обновляется. Стабильность изображения является результатом двух факторов: инерционности зрения человека и инерционности монитора. Существует критическая частота, при которой изображение воспринимается как неизменное. Значение критической частоты зависит от индивидуальных особенностей человека. Проверена и независимо подтверждена нижняя устанавливаемая граница критической частоты в 75 Гц [8].

Разрешающая способность и частота смены кадров взаимосвязаны. Это обусловлено тем, что в единицу времени на экране может быть воспроизведено ограниченное количество точек.

5.3 Особенности функционирования зрительной системы оператора

Любой пучок света, отраженный экраном дисплея и попавший на оболочку глаза, создает блики. Чем выше отражающая способность экрана, тем больше блики. Допустимо значение коэффициента отражения экрана, которое не превышает 1 %. Для уменьшения отражения используют темное и тонированное стекло; специальную химическую обработку лицевой поверхности; травление; нанесение на поверхность монитора слоя диэлектрика; цилиндрические (или вертикально-плоские экраны) ЭЛТ (например, Trinitron и Diamond-Tron). Лучшими антибликовыми свойствами обладают плоские прямоугольные экраны. Для предотвращения бликов необходимо правильно выбрать размещение рабочего места. Специальные подставки, которыми снабжаются мониторы, позволяют так отрегулировать положение монитора, чтобы уменьшить блики.

Границы видимого пространства, в пределах которого возможна проекция изображения на сетчатку глаза, при фиксированном взгляде называют полем зрения. Границы поля зрения сужаются при уменьшении яркости и размеров объекта, при утомлении и воздействии неблагоприятных факторов внешней среды.

Все яркости сигналов, с которыми имеет дело оператор при работе с дисплеем, значительно превышают минимальный уровень светового воздействия (несколько квантов света). Верхний предел интенсивности светового сигнала, которая ещё не нарушает нормальную работу анализатора, составляет 10 000 кд/кв.м. Но крайние значения энергии сигнала утомительны для глаза. Так, признаком ненормально большой яркости изображения на сетчатке является возникновение последовательных образов, которые значительно снижают способность глаза видеть. Нижней комфортной границей уровня яркости светящихся сигналов можно считать 30 кд/кв.м.

На эффективность считывания информации с экрана контрастные отношения влияют сильнее, чем воспринимаемая яркость сигнала. Контрастная чувствительность глаза зависит от яркости фона, площади сигнала и его длительности. Если объект темнее фона, контраст называют прямым, если ярче фона — обратным. Продуктивность операторской деятельности повышается при прямом контрасте. При этом в отличие от обратного контраста освещенность фона может быть адаптирована к окружению, что уменьшает необходимость переадаптации глаза и снижает отражение экрана. При обратном контрасте яркостный контраст должен находиться в пределах 85...90% с возможностью регулировки яркости знака, а при прямом контрасте — 75...80% с возможностью регулировки яркости фона экрана. Контраст зависит от окружающего освещения. При работе с дисплеем в условиях обратного контраста с ростом освещённости окружающей среды снижается контраст знаков и увеличивается отражение от поверхности экрана, ухудшая тем самым качество изображения.

При утомлении, эмоциональном возбуждении может нарушаться адекватность реагирования на сигнал: оптимальные прежде стимулы становятся неоптимальными. По этому при проектировании дисплея следует предусмотреть возможность обязательного регулирования сигналов по интенсивности (яркости, контрасту), чтобы они были в каждый момент оптимальными для человека.

Максимальное проявление остроты зрения находится в желто-зеленой области спектра, скорость различения цветных светящихся знаков минимальна для крайних цветов спектра, при увеличении насыщенности цвета символы воспринимаются лучше.

Мелькание утомляет глаза. Для того, чтобы световые импульсы воспринимались как непрерывный сигнал, скорость регенерации должна быть равна или выше критической частоты мельканий. Мелькания небольших полей исчезают, когда наблюдатель отодвигается от дисплея на такое расстояние, при котором глаз интегрирует всю информацию на экране. Скорость регенерации на экране ЭЛТ должна быть: от 25...35 Гц до 50...60 Гц для обратного контраста и не менее 80 Гц для прямого контраста. Если мелькания используют для привлечения внимания, то частота прерывистого сигнала может составлять от 3 до 5 Гц [9].

Скорость передачи информации человеку должна не превышать его пропускной способности и быть достаточной для поддержания его активности на высоком уровне. Если объем информации превышает возможности человека, её следует передавать порциями. Каждая порция должна соответствовать объему оперативной памяти, а интервалы времени между порциями должны быть достаточными для преобразования поступающей информации. В данном ПК используется постраничный режим вывода информации с переходом на следующую страницу по нажатию клавиши.

При работе оператора, требующей концентрации внимания на выполняемом задании и статичной позы в течение длительного времени, возникает ощущение напряжённости и усталости. При работе с дисплеями наблюдается перенапряжение зрения, головные боли и общая усталость. На первом месте стоит зрительный дискомфорт, затем следует усталость мышц спины, головы, плеч.

Развитие утомления связано в первую очередь со снижением эффективности работы тех систем, которые непосредственно включены в процесс деятельности. При работе с дисплеем особенно важно продумать рациональную организацию режима труда и отдыха: получасовой перерыв после каждых двух часов непрерывной работы за дисплеем или 15-минутный период отдыха на каждый час работы [10].

5.4 Воздействие излучений от дисплея

Следует особо подчеркнуть очень вредное для здоровья человека электромагнитное излучение, которое излучает дисплей компьютера. Электромагнитные излучения мониторов представляют собой совокупность перечисленных ниже излучение и полей.

Электростатическое поле есть проявление высокого положительного потенциала, который подается на внутреннюю поверхность экрана. Электромагнитные излучения являются результатом работы сетевых источников питания, частота которых находится в пределах от 50 Гц до 10 МГц. С наружной стороны к экрану притягиваются частицы пыли, заряженные отрицательно. По этой причине внешнюю поверхность экрана (защитного фильтра) требуется заземлять. В последнем случае напряженность электрического поля может быть значительно снижена.

Исходя из сказанного выше, возникает необходимость находить пути ослабления электромагнитного излучения.

Три года назад ЕЭС издало директиву ISO 9241: “Любое создаваемое монитором излучение, за исключением видимого света, должно быть доведено до уровня, при котором оно практически не влияет на состояние здоровья и безопасность работника”. В первой половине 80-х годов в Швеции по предложению правительства начались исследования условий работы за экранами видеомониторов. Испытания проводились Национальным советом по измерениям и испытаниям SWEDAC (старое название MPR) в сотрудничестве с Национальным советом по технике безопасности и гигиене труда и Шведским институтом по защите от излучений. В результате появились два руководства – MPR II 1990:8, в котором предложены методики испытаний, и MPR II 1990:10, являющиеся руководством для пользователей. Более жестокие требования к качеству дисплеев предъявляют стандарты Шведской конфедерации профсоюзов TCO 92 и TCO 95. Основным отличием второго являются дополнительные требования не только к процессу эксплуатации, но и производству мониторов. Разработанные требования стали эталоном для производителей мониторов. Допустимые уровни излучений персонального компьютера приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1.

Уровни излучений ПК по стандартам TCO 2 и MPR II

Вид поля

TCO 92

MPR II

Электростатическое поле

(+/-) 500 В

(+/-) 500 В

Переменное электрическое поле (напряженность)

5 Гц – 2 кГц

10 В/м

25 В/м

2 – 400 кГц

1 В/м

2.5 В/м

на расстоянии 0,3 м от центра экрана

на расстоянии 0,5 м вокруг дисплея

Переменное магнитное поле (плотность магнитного потока)

5 Гц – 2 кГц

250 нТл

250 нТл

200 мА/м

200 мА/м

2 – 400 кГц

25 нТл

25 нТл

20 мА/м

20 мА/м

На расстоянии 0,3 м от центра экрана и 0,5 вокруг дисплея

на расстоянии 0,5 м вокруг дисплея

Монитор, соответствующий сертификату TCO 92 (TCO 95) должен отвечать стандартам низкого излучения (Low Radiation), т.е. иметь низкий уровень электромагнитного поля, обеспечивать автоматическое снижение энергопотребления при долгом не использовании, отвечать европейским стандартам пожарной и электрической безопасности [8].

Кроме указанных стандартов TCO и MPR II используются ISO 9241-3, EPA Energy Star, TUV Ergonomie.

TUV Ergonomie - немецкий стандарт эргономики. Мониторы отвечающие этому стандарту, прошли испытания согласно EN 60950 (электрическая безопасность) и ZN 1/618 (эргономическое обустройство рабочих мест, оснащенных дисплеями), а также отвечают шведскому стандарту MPR II.

EPA Energy Star VESA DPMS - согласно этому стандарту монитор должен поддерживать три энергосберегающих режима - ожидание (stand-by), приостановку (suspend) и “сон” (off). В режиме ожидания изображение на экране пропадает, но внутренние компоненты монитора функционируют в нормальном режиме, а энергопотребление снижается до 80% от рабочего состояния. В режиме приостановки, как правило, отключаются высоковольтные узлы, а потребление электроэнергии падает до 30 Вт и менее. И наконец в режиме так называемого “сна” монитор потребляет не более 8 Вт, а функционирует у него только микропроцессор. При нажатии любой клавиши клавиатуры или движении мыши монитор переходит в нормальный режим работы.

Уровни электромагнитных излучений мониторов, считающиеся безопасными для здоровья, регламентируются действующими санитарными нормами (СанПиН № 11-13-94). В соответствии с ними [11] диапазон частот электрического поля не должен превышать 2,5 В/м, а магнитного поля – 25 нТ. Частота кадров при работе с позитивным контрастом должна быть не менее 60 Гц, а в режиме обработки текста – не менее 72 Гц. Дрожание элементов изображения должно быть не более 0,1 мм.

Требования российского стандарта ГОСТ 27954 - 88 на видеомониторы персональных ЭВМ [12] обязательны для любого монитора продаваемого в РФ. Кроме того, данным стандартом не допускается применение взрывоопасных ЭЛТ, регламентируется степень детализации технической документации на мониторы, а так же устанавливаются требования стандартизации и унификации, технологичности, эргономики и технической эстетики, экологической безопасности, технического ремонта и обслуживания, а также надежности. Основные требования приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

Требования ГОСТ 27954 – 88 для видеомониторов

Характеристика монитора

Требования ГОСТ – 27954-88

Частота кадров при работе с позитивным контрастом

Не менее 60 Гц

Частота кадров режиме обработки текста

Не менее 72 Гц

Дрожание элементов изображения

Не более 0,1 мм

Антибликовое покрытие

Обязательно

Допустимый уровень шума

Не более 50 дБА

Мощность дозы рентгеновского излучения на расстоянии 5 см от экрана при 41 – часовой рабочей неделе

Не более 0,03 мкР/с

Рентгеновское излучение возникает при столкновении электронного пучка с внутренней поверхностью экрана электронно-лучевой трубки.

ПЭВМ должны обеспечивать мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05м. от экрана и корпуса монитора при любых положениях регулировочных устройств не должна превышать 7,74х10 А/кг, что соответствует эквивалентной дозе, равной 0,1 мбэр/час (100 мкР/час). В целях обеспечения требований, установленных выше, а также защиты от электромагнитных и электростатических полей допускается применение экранных фильтров, специальных экранов и других средств индивидуальной защиты, прошедших испытания в аккредитованных лабораториях и имеющих соответствующий гигиенический сертификат.

Характеристики некоторых фильтров приведены в табл. 5.3.

Таблица 5.3.

Характеристики защитных фильтров

Название (страна-производитель)

Электростатическое поле

ЭМ поле (1,2-500 кГц),В/м

Коэфф. отражен.

Коэфф. пропуск.

%

Русский щит Platinum Shield (Россия)

<1

<0,5...0,8

<0,5

30-45

Русский щит Golden Shield (Россия)

<1

<1

<0,5

35-45

Русский щит Silver Shield (Россия)

<1

<1

<2

45-55

3M-PF-400 (США)

<3

<1

<0,3...4

44,5

Ergostar (Австрия)

<1

<2

0,32...11

43

Focus Plus Clear (Дания)

<1

<1..2

0,3

67

Из российских фильтров следует отметить фильтр фирмы «Русский щит». Они сравнимы по показателям с продукцией выше перечисленных фирм и соответствуют продукции класса Total shield.

Изделия «Русского щита» сертифицированы Госстандартом, аттестованы Научно-Исследовательским Центром Эргономики Средств Отображения, Шведским Институтом защиты от излучений, рекомендованы НИИ гигиены труда и профзаболеваний Академии Медицинских Наук Российской Федерации к применению.

Защитные фильтры делятся на три основные группы: сетчатые, пленочные, смешанного типа.

Первые выполнены на основе капроновых или проволочных сеток. Сетчатые фильтры ослабляют блики, улучшают контрастность. Фильтры на основе проволочной сетки защищают от воздействий электромагнитного поля. Пленочные фильтры позволяют повысить контрастность, подавляют блики, практически полностью предохраняют пользователя от ультрафиолетового облучения, снижают уровень рентгеновского излучения, но слабо защищают от статического электричества. Наибольшую степень защиты обеспечивают фильтры смешанного типа, имеющие импрегнированную в стеклянную подложку металлическую сетку.

Защитные свойства фильтров по электростатическому полю и электрической составляющей электромагнитного поля определяются наличием у фильтра проводящего слоя, соединенного проводом с земляной шиной дисплея, которая, в свою очередь, должна быть обязательно подключена к общему заземлению помещения.

Электрическая составляющая переменного электромагнитного поля при заземленном фильтре существенно уменьшается перед экраном. При этом поле деформируется, уменьшаясь по абсолютному значению вокруг дисплея, но уровни поля вправо и влево от экрана относительно увеличиваются, что следует учитывать при расстановке рабочих мест. Распределение поля в вертикальной плоскости выглядит примерно так, как показано на рис.5.1. Картина поля на рис.5.1.в характерна для дисплеев, имеющих экранированный корпус, соединенный с проводящим слоем на экране ЭЛТ и общим заземлением [9].

Рис 5.1. Электромагнитное излучение при применении различных фильтров

      . Выводы по разделу

Для организации безопасной работы оператора с компьютером необходимо минимизировать влияние вредных факторов. Особое внимание следует уделить снижению воздействия различного рода излучений.

1. Для снижения воздействия электромагнитных излучений в случае использования мониторов с неполной защитой рекомендуется применение защитных фильтров. Здесь следует особо отметить продукцию фирмы «Русский Щит»[8], которой разработана технология полной защиты пользователей персональных компьютеров от вредных излучений дисплеев. Данная технология включает в себя подавление электростатического поля, переменных электрической и магнитной составляющих электромагнитных излучений путем нанесения электропроводных покрытий на внутреннюю поверхность корпуса дисплея и его заземления, установкой специальных магнитных шунтов на основные источники магнитного излучения магнитного поля. Данная технология предусматривает встраивание непосредственно в дисплей оптического защитного фильтра, защищающего пользователя от излучений со стороны экрана дисплея, и уменьшающего блики с целью улучшения восприятия информации. Продукция этой фирмы обладает хорошими характеристиками и сравнительно небольшой стоимостью.

2. Необходимо строго следить за соответствием мощности рентгеновского излучения и электромагнитных излучений приведенным в данном разделе требованиям [12]. С этой целью в лабораториях следует устанавливать только сертифицированное оборудование, соответствующие требованиям Low Radiation [8].

3. Кроме защиты от излучений необходимо обеспечить соответствие рабочего места эргономическим требованиям [8] и организовать правильный отдых операторов и обеспечить оптимальное освещение помещения с целью избежания переутомления и снижения нервно-эмоциональных и психофизических нагрузок [10].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе дипломного проектирования была разработана подсистема выделения текстильных волокон на изображениях, являющаяся частью системы обработки волокон при проведении экспертизы.

Приведенные экономические расчеты показали, что разработка данной подсистемы является целесообразной.

Программа предназначена для сотрудников лабораторий криминалистического анализа, занимающихся обработкой изображений текстильных волокон, и не требует знаний в области компьютерной техники, легка и понятна в эксплуатации. Ее использование в совокупности с другими методами должно повысить эффективность работ по исследованию волокон. В целом разработанная подсистема полностью реализует цель, определенную в ходе дипломного проектирования.

ЛИТЕРАТУРА

1. Афанасьева Л.И., Вртанесян Е.В. Текстильные волокна – источник розыскной и доказательственной информации - М.:1982.

2. Семенков О.И., Абламейко С.В. Обработка и отображение информации в растровых графических системах -Мн.: Наука и техника 1989.

    Карелина А.В., Печерский Ю.Н. Теоретико-графические методы в распознавании образов -Кишинев: Штиинца 1978.

    Пясецкий В.В. Цветное телевидение в вопросах и ответах -Мн.:Пламя 1994.

5. Абламейко С.В., Берейшик В.И. Распознавание объектов графических изображений: обзор методов -Мн.:1998.

6. Романов В.Ю.Популярные форматы файлов для хранения графических изображений на IBM PC – М.: Унитех, 1992.

7. Елецких Т.В. и др. Методические указания по технико-экономическому обоснованию дипломных проектов - Мн.: БГУИР, 1996.

8. Cуслов В.А., Козак А.Ф. Инженерная подготовка и организация работы в кабинете вычислительной техники в средних учебных заведениях Брест:1998.

9. Подборка журналов Мир ПК: №10-1996г.; №4-1997г.; №7-1997г.

    Подборка журналов Домашний компьютер. 1996 - 1998 г.г.

    СанПиН 2.2.2.542 – 96 Гигиенические требования к видеодисплейным терминалам, персональным электронно-вычислительным машинам и организация работы на них: Госкомсанэпидемнадзор России. - М.: 1996.

12.ГОСТ 27954 – 88. Российский стандарт на видеомониторы персональных ЭВМ.