Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
2 монеты
doc

Шпаргалка «Экзаменационная» по Химии (Зименкова Л. П.)

1. Особые свойства ВМС. ВМС наз-ся в-ва,имеющие мол.массу от 10тыс до неск. миллионов а.е.м. С-ва: 1. большая деформируемость (высокоэластич.деформ.) 2. спб-ть образовывать волокна и плёнки 3. при взаимод. с р-лями обр-ют р-ры очень высокой вязкости,при высой конц. полимеров обр. студни. 4. не обр. газообразное состояние. 5. наличие неод-ти по хим. сост. 6. неодн-ть по мол.сост. 7. спб-ть проявлять гибкость.

2. Молекулярная масса полимеров. Среднемассовое и среднечисловое распределение. ВМС наз-ся в-ва,имеющие мол.массу от 10тыс до неск. Миллионов а.е.м.К среднечисл. Методам относ-ся методы определения числа мол. В разбав.р-рах полимеров.Среднемас. знач.получ.обычно методами,основанными на установлении массы отдельных молекул. Методы: 1.Изменение скор. седиментации. 2.Светорассеяние. 3.Опред.скор.диффузии.

3. Классификация полимеров. 1.По хим.природе сост.цепи макромолекул.:а)органич-ие.;б)неорг.;в)элементоорганич. 2.По сост.главной цепи:а)гомоцепные;б)гетероцепные; 3.По строению цепи:а)линейные;б)разветвлённые;в)сетчатые 4.Отношение к нагреванию:

а)термопластические;б)термореактивные 5.По происхождению:а)прородные;б)синтетические; в)искусственные 6.По составу: а)из одинаковых мономеров-гомополимеры; б)из разных-сополимеры 7.По деформации при комн.t: а) эластомеры; б)пластмассы 8.По хар-ру надмолекулярных структур.:а)кристалич.;б)аморфные 9.По регулярности строения цепи:а)регулярные;б)нерег-ые 10.По полярности.:а)полярные(OH,COOH,CN,CL,ПВС,ПВХ); б)неполярные(ПЭ,ПП,ПС,ПБ)

4. Методы получения полимеров. Полимеризация-это р-ция соед-ия мол.мономера,протекающая без изменения элементарного состава и несопровождающаяся выделением побочных продуктов. Поликонденсация-ступенчатый процесс обр-ия полимеров из би- или поли-функциональных соед-ий,кот.сопровождается выделением простых низкомол-ых ве-в.

5. Конфигурация макромолекул. Конфигурация звена,присоединения звеньев,присоединения блоков,конф-ция цепи. Конфигурация-опред.пространств.строение расположения атомов. Переход из одной конф-ции в др. невозможен без разрыва хим.связи. а)конф-ция звена (рис.) б) присоединения звеньев (рис.) в) присоединения блоков 1.послед-ое чередование. 2. статистич.чередование. 3. биоксополимеры (рис.) г)конф-ция цепи 1.линейные 2.разветвлённые 3.сетчатые (рис.)

6. Конформация полимеров. Виды конформации макромолекул полимеров. Конформация-простр.располож.ат. в мол.,кот. может менять под действием силы движения без разрушюхим.связей засчет вращения,поворота или колебания звеньев вокруг одинарных сигма-связей. Конформация цепей-это конкретные формы макромолекул,кот.могут возникнуть под дейст. внеш сил и теплового движения. 1. статистический клубок (рис.) 2. спираль (рис.) 3. глобула (рис.) 4. стержень стр-ра 5. складчатая (крист.сост) (рис.) 6. коленчатый вал (рис.)

7. Химические р-ции свойственные полимерам. 1.Без изменения степени полимеризации а)р-ции функц-ых групп б)р-ции внутремол.перегруппировок. 2.Р-ции приводящие к изм.мол.массы. а)р-ции соед.(слипания) макромолекул. б)р-ции приводящие к снижению степени полим-ции (деструкция). (примеры р-ций)

8. Термодинамическая и кинетическая гибкости макромолекул полимеров. Количественные характеристики. Связь строения макромолекул и гибкости полимеров.

Термодинамическая гибкость – определяет способность цепи полимера к конформационным превращениям. ТДГ – равновесная гибкость, которая реализуется в очень разбавленных растворах, в которых цепи находятся в изолированном состоянии. Универсальная мера оценки ТДГ – величина сегмента Куна. Сегмент Куна = А – статистический элемент или отрезок цепи длиной А положение которых не зависит от положения соседних отрезков. А=l звена предельно гибкая, А=l цепи предельно жесткая. Гибки35 нм. (ГРАФИК!!!!) Факторы определения КГ: 1. ΔUσ – потенциальный барьер вращения определяется взаимодействием атомов и атомных группировок соседних звеньев: а) карбоцепные полимеры. Без функциональных групп, б) карбоцепные с резкими заместителями (пол.группами), в) гетероцепные полимеры (полярн.гр.котор.разделены неполярн.), г) гетероцепные полимеры, содержащие гр. С=0, Si=0, с низким ΔUσ.Увеличение числа заместителей, полярности, ассиметричн.их расположение ↑ ΔUσ. Больш.заместители уменьшают кинетич.гибкость. 2. размер боковых заместителей. 3. масса полимера. С увеличением молекулярной массы растет число возможных конформаций, поэтому при бол. значении ΔUσ жесткие цепи имеют свернутую форму. 4. частота пространственной сетки. Наличие хим. связей между ММ↓ подвижност. сегментов. 5. Температура. При ↑Т=>подвижность участков цепи ↑. Если kT ΔUσ – сегменты начининают вращение около положения с ΔUσ min. kT≈ ΔUσ – начинают вращаться относительно друг друга.

9. Надмолекулярная структура аморфных и кристаллических полимеров. Особые свойства кристаллических полимеров.

Это способ упаковки макромолекул, размеры и форма, их взаимное расположение в пр-ве. Надмолекулярная структура: 1. аморфные (близкий порядок), 2. кристаллические (дальний порядок). Аморфные полимеры: свернутые в клубок макромолекулы: =>↓S ↓ ΔU; пачки, пластеры, домены. Это образования аналогичные упорядоченным группам молекул в низкомолекулярных жидкостях. В жестких аморфных полимерах происходит агрегирование пачек, с образованием фибрилли. Фибрилла – совокупность параллельно упакованных цепей с различной (реальной) границей. (СХЕМА!!!!) Свойства кристаллических полимеров: 1. неполная кристаллизация α =Vкр/V. α – степень кристаллизации. 2. разная плотность (в зависимости от α). 3. большая дефектность крист.надм.стр.

10. Физические состояния аморфного линейного полимера. Методы исследования физических состояний полимеров.

Фазовые переходы: тверд. (кристалл., аморфное - стекло), жид. (вязкотекучее). Тстеклования (от стеклообразного к высокоэластичному), Текучести (от высокоэластичного к стеклообразному). Методы определения физич. сост. полимеров. (ГРАФИКИ!!!!)

11. Термомеханический метод исследования. Влияние молекулярной массы аморфных линейных полимеров на вид ТМК.

ГРАФИК!!!!!

1. малые деформации при необходимых нагрузках, за счет колебательных движений атомов около положения равновесия. 2. больш. обратим. деф. возникновения за счет колебательных движений звеньев, измен. угла вращения, расст. м/у звеньями или сегментами, из-за чего угол может принимать различ. конформации и проявл. гибкость. 3. перемещ. макромолек. как единое целое. Влияние М на Тт аморфного линейного полимера. (ГРАФИК!!!!!!!) Низкомолек. гомолог. могут нах-ся в 2-х состояниях: стеклообразном и жидком. Тс=Тт. По мере увеличения М (мол.масса) кривая смещается в сторону более высоких температур, т.е. Тт растет. При некот. знач. М температура перехода расщипляется Тс и Тт. С увеличением М Тс=const, Тт – возрастает. Интервал температур тем больше, чем больше М. М, начиная с которой Тс=const зависит от кинетической гибкости полимера. Чем жестче цепь, тем >М, соотв. расщеплению температуры перехода. Полимер с гибкими цеп.низк. Тс и высокая Тт (с жестким наоборот). С увеличением М, увелич. силы взаим-я м/у молекулами и необх. более высокая температура для перемещения макромолекул относительно друг друга. Взаимодействие м/у полярн. молек. > чем у неполярн. => при одной и той же М необх. более высок. температуру для их перемещения. Тт полярн. полим. > Тт неполярного полимера, при одной и той же М.

12. Термомеханические кривые сетчатых полимеров. (ГРАФИКИ!!!!!)

13. Термомеханические кривые кристаллических и кристаллизующихся полимеров. (ГРАФИКИ!!!!!)

14. Связь между Тс и кинетической гибкостью полимеров.

15. Явление вынужденной эластичности макромолекул полимеров. Температура хрупкости. Предел вынужденной эластичности.

Для стеклообразного полимера характерна небольшая деформация при малых напряжениях, но стеклообр. пол.сохр.способность развивать больш. деф. при значимых усилиях, наз. вынужденно-эластичным. ТТс то деф. обатимы. Напряж., при кот. вын.-эл. деф. достигает max знач., наз. пределом вынужден. эластичности. Т, ниже кот. полим. разруш. при дан. нагрузке, наз. температурой хрупкости. Стеклообр. полимер способ. дефор. на 100% без разрушения. (ГРАФИК!!!!!) 1. На стадии оа полим. упруго растягается за счет увеличения межмолекуляр. расстояний. ав - образование шейки. 2. вс – удлинение образца. при растяж. полим. возник. ориентация сегментов, в направл. действ. силы,т.е. разворачив. макромолекулярных клубков. 3. упругая деф. вплоть до его разрушения. (ГРАФИКИ!!!!!!)

16. Пластификация полимеров. Механизм пластификации.

Введ. в полимер жид. или ТВ. веществ пластификаторов, улучш. эластичн. и морозостойкость, а также облегчающих их переработку. Увелич. гибкость макромолекул, что приводит у уменьш. Тс, Тт, изм. прочности. ТМК пластифицир. ПВХ (ГРАФИКИ!!!!!) треб. к пластификатору: 1. совместимость с полимером: а) полная – с образованием раствора пласт-ов в полимере, происх. набух. полим. в пласт., б)ограниченная → расслаивание эмульсии, «выпотевание» → помутнение. 2. высокая Ткип. (малолекуч. жид. с невысок. вязкостью). 3. оптимальн. размеры молекул, обеспеч. проникн. м/у молекулами полимеров (эфиры аромат. кислот, эфиры алифатич. кислот, эфиры фосфорн. кислот, эпоксидирирование масла). Механизм пластификации: 1. внутриструктурная (при ↑ сродства пласт. и полимера), пласт. проник. внутри полим. структур с их разрушением. 2. Межструктурная (при огранич. совместимости). Молек. пласт. адсорб-ся на межструк. пов-ти раздела, образуя тонк. мономолек. слой, кот. обеспеч. подвижн. цепей и надмолекулярных структур. (ГРАФИК!!!!!) Зависимость предела прочности от С пластифик. 1. внутриструкт., 2. межструктур. (ГРАФИК!!!!!) Увелич. пред. прочности идет за счет концентрации пластификатора. Цпи при растяжении ориентироваются, что способств. упрочнению структуры.

17. Система полимер/растворитель. Студни. Влияние различных факторов на студнеобразование.

Система полимер-НМЖ. 1. образуется истинный раствор, 2. образуется коллоидн. система (золь, эмульсия), 3. образование студней (гелии). Студни: 1. у которых пространственная сетка образована хим. связями м/у макромолекулами (термообратимые). Они возникают: а) при самопроизвольном набухании полимеров, б) при трехмерной полимеризации или поликонденсации растворов. 2. образуются при взаимодействии линейных или разветвленных полимеров с не очень хорошими (в термодинамическом смысле) растворителями: а) желеобразные студни (образ. при охлаждении). Факторы, влияющие на студнеобразование: 1)концентрация полимера, 2) влияние формы и размера макромолекул (число связей м/у макромолекул зависит от гибкости макромолекул. Чем больше она распремлена, тем легче студнеобразование), 3. влияние температуры. ↑температуры →↓образование студней, 4. добавки электролитов. Механич. св-ва: 1.упругость, 2.прочность, 3.эластичность.

18. Образование истинных растворов полимеров в НМЖ. Набухание полимеров. Виды набухания. Механизм набухания.

Набухание – поглощение жидкостей; это процесс поглощения или адсорбции низкомолекул. жидк. или их паров. (1. неогранич. – самопроизв. набухание с возможностью растворения, 2. огранич. – набухание без растворения). Степень набухания (количеств. характеристива) выражается как количества поглощенной жидкости отнесенной к ед. массы или объема полимера: α=(m-mo)/mo. (ГРАФИКИ!!!!!) Набухание (механизм):1. межструктурное (когда молекулы растворителя занимают своб. пространство м/элем. надмолек. стр-р). 2.внутриструктурное (когда при хорош. сродстве молекулы растворителя проникают внутрь надмолек. стр-р, раздвигая сначала отд. участки, а затем и целиком длин. полимер. цепи, Vполим. ↑, расст-е ↑, связи ослабевают м/молек.)

19. Факторы, влияющие на процесс набухания и растворения полимеров в НМЖ.

1. Хим.природа растворителя и природа (термодин. сродство). Подобное растворяется в подобном (в качестве признака подобия принята близость энергии м/ молекулярного взаимодействия). Аморф. неполяр. полимеры раствор. в предел. углеводородах и их смесях. Полярн. полимеры (гидрад целлюлозы) не раствор. в неполярных жидкостях. 2. молекул. масса полимера. с ↑ молек. массы в люб. рядах гомологах, способ-ть с раств-ю ↓ (↑ энергия взаимосвязей). 3. гибкость в цепи полимера. Гибкость цепи способствует к растворению. (полярн>гибкие). 4.плотность упаковки (более рыхлая упаковка введет к улучшению растворимости): Емол≈1/r^b. 5.фазовое состояние. Кристалл. хуже растворимы, чем аморфные. Наличие кристалл. решетки введет к увеличению растворимости. 6. наличие поперечных связей. 7. увеличение температуры ↑ либо ↓ возможность к растворению в зависимости от изменения термодинамическеого сродства с температурой.

20. Кинетика набухания. Термодинамика процесса набухания. Фазовые диаграммы.

Термодинамика набухания: ΔGсм=ΔHсм-TΔSсм, ΔGсм0, ΔVсм=0. 1. ΔHсм0. Eij>Eik, неогран. растворение при люб. Т. 2. ΔHсм0, ΔS>0, |ΔH|0. атермическое растворение (без изменения температур), ПВА-этилацетат.

21. Термодинамическое сродство полимера и растворителя и зависимость его от температуры. Второй вириальный коэффициент.

Набухание – осмотический процесс, который сопровождается возникновением давления набухания или πнаб. πнаб – эквивалентно внешнему давлению, которое нужно приложить к сист. д/приостановления процесса набухания. С2>С1, μ1>μ2, проникновение растворителя ч/полупроницаемую перегородку из раствора с меньшей концентрацией растворенного вещества в раствор с большей концентрацией растворенного вещества. πнаб=RT(A1C+A2C^2+A3C^3+…), А1,А2,А3 – вириальный коэффициент, πнаб/С=RT(A1+A2C). A1=1/Мпол. (ГРАФИК!!!!!) Критерии ВКТР и НКТР. (ГРАФИКИ!!!!!!!)

22. Разбавленные растворы полимеров. Вязкость растворов. Экспериментальные способы определения вязкости. Механизм течения разбавленных растворов. Реологические кривые.

Механ.св-ва растворов:1.вязкость, 2.модуль сдвига. η раст.полим. = f(P, dU/dy, j, M, T, C, ΔG) (ГРАФИК!!!!!) Разбавленные роастворы – макромолекулы не взаимодействуют друг с другом. С(форм.1), где а1 – характерист. вязкость (отражает взаимодействие отдел. макромолекулы с растворителем). [η]=lim (η удел./C). a2=k’[η]^2; η пр.= [η]+ k’([η]^2)*С – уравнение Хаггинса. η= ηо(1+αφ) – уравнение Эйнштейна для НМЖ. η/ηо=η отн.= 1+αφ; η отн.-1= η удел.= αφ; Штаудингер: η удел. = КМС, η прив.=КМ(для жестких полимеров). [η]=КМ^α. Механизм течения разбавленных макромолекул: 1. макромолекула представ. собой клубок, через который молекулы растворителя проникают свободно=>движение среды не зависит от движения сегментов, т.е. каждый сегмент испытывает такое трение в окр.среде, как если бы других сегментов не было. 2. Макромолекула, свернутая в клубок, удерживает опред. кол-во растворителя и движется вместе с ним. Такой клубок не проницаем для массы растворителя. α=0,6-0,8 => скорее всего движение частиц в потоке совмещаются оба механизма течения.

23. Характеристическая вязкость растворов полимеров. Влияние различных факторов на величину характеристической вязкости. Связь между характеристической вязкостью и термодинамическим сродством системы полимер/растворитель.

[η] зависит от: 1.М полимера. (ГРАФИК!!!!!!!!) Для полимергомолог.ряда с ↑М=>↑[η] и tg α. [η]=КМ^α, α=0,6-0,8=f (гибкости, взаимод-е р-ля).К=10^(-2)-10^(-5)=f(Т, природы полим./р-ль). 2. Качество растворителя [η] зависит от взаимодействия полимера и растворителя. Чем лучше растворитель, тем лучше набухание; >[η]; > размеры макроклубка. 3. влияние температуры: [η]=f(T). T↑=>(δA2/δT)↓=>[η]↓=>НКТР (если с увеличением температуры, А2 уменьшается, то…), T↑=>(δA2/δT)↑=>[η↑=>ВКТР(если с увеличением температуры, А2 увеличивается, то…) (ГРАФИК!!!!!!) ↓η с ↑нагрузки объясняется разворачиванием молек. клубков и их ориентации в потоке, которая нарушается тепловым движением сегментов. Чем ↑ градиент скорости dU/dy,тем ↓ роль теплового движения, тем ↑ влияние ориентации молекул и ↓η. (ГРАФИК!!!!!!!)

24. Концентрированные растворы полимеров. Реологические свойства концентрированных растворов. Влияние различных факторов на вязкость концентрированных растворов.

Концентрированные растворы полим.: 1.умеренно конц., 2. высоко конц. (φпол>0,3). При деформировании растворов идут 2 процесса: 1. разрушение сетки и различ. агрегатов. 2. разворачивание макромолекул (ГРАФИКИ!!!!!!!!) ηнаиб. зависит от: 1. Концентрация вязкости растворов эластич.полимеров и стеклообразных. Вязкость стеклообразных полимеров ↑ в обл. высок. С из-за приближения сист. к стеклообр. сост-ю=> ур-е Хаггинса не применимо. (ГРАФИК!!!!!!!) 2. М полимера. Излом на кривых соответствует критич. степени полимеризации,при которой в растворах образуется флуктакцион. сетка,т.е. сетка образ. при тем меньших С, чем ↑ М полимера. (ГРАФИК!!!!!!!) 3. Влияние растворителя (качество).Качество растворителя проявл. сильнее для жестких полимеров и большого м/молекул. взаимодействия. (ГРАФИКИ!!!!!!!). Ухудшение качества растворителя может оказать влияние на конформацию макромолекулы (η↓) и на степень агрегирования (η↑). Из-за влияния р-ля на степень разрушения надмолек. структур, чем лучше р-ль,тем больше он разрыхляет надмолекул.структуры, сетка > рыхлая и вязкость может ↓. Плохой р-ль проникает не во все стуктуры; > прочные не разрушаются, сетка >плотная => η↑.

1. Особые свойства ВМС. ВМС наз-ся в-ва,имеющие мол.массу от 10тыс до неск. миллионов а.е.м. С-ва: 1. большая деформируемость (высокоэластич.деформ.) 2. спб-ть образовывать волокна и плёнки 3. при взаимод. с р-лями обр-ют р-ры очень высокой вязкости,при высой конц. полимеров обр. студни. 4. не обр. газообразное состояние. 5. наличие неод-ти по хим. сост. 6. неодн-ть по мол.сост. 7. спб-ть проявлять гибкость.

2. Молекулярная масса полимеров. Среднемассовое и среднечисловое распределение. ВМС наз-ся в-ва,имеющие мол.массу от 10тыс до неск. Миллионов а.е.м.К среднечисл. Методам относ-ся методы определения числа мол. В разбав.р-рах полимеров.Среднемас. знач.получ.обычно методами,основанными на установлении массы отдельных молекул. Методы: 1.Изменение скор. седиментации. 2.Светорассеяние. 3.Опред.скор.диффузии.

3. Классификация полимеров. 1.По хим.природе сост.цепи макромолекул.:а)органич-ие.;б)неорг.;в)элементоорганич. 2.По сост.главной цепи:а)гомоцепные;б)гетероцепные; 3.По строению цепи:а)линейные;б)разветвлённые;в)сетчатые 4.Отношение к нагреванию:

а)термопластические;б)термореактивные 5.По происхождению:а)прородные;б)синтетические; в)искусственные 6.По составу: а)из одинаковых мономеров-гомополимеры; б)из разных-сополимеры 7.По деформации при комн.t: а) эластомеры; б)пластмассы 8.По хар-ру надмолекулярных структур.:а)кристалич.;б)аморфные 9.По регулярности строения цепи:а)регулярные;б)нерег-ые 10.По полярности.:а)полярные(OH,COOH,CN,CL,ПВС,ПВХ); б)неполярные(ПЭ,ПП,ПС,ПБ)

4. Методы получения полимеров. Полимеризация-это р-ция соед-ия мол.мономера,протекающая без изменения элементарного состава и несопровождающаяся выделением побочных продуктов. Поликонденсация-ступенчатый процесс обр-ия полимеров из би- или поли-функциональных соед-ий,кот.сопровождается выделением простых низкомол-ых ве-в.

5. Конфигурация макромолекул. Конфигурация звена,присоединения звеньев,присоединения блоков,конф-ция цепи. Конфигурация-опред.пространств.строение расположения атомов. Переход из одной конф-ции в др. невозможен без разрыва хим.связи. а)конф-ция звена (рис.) б) присоединения звеньев (рис.) в) присоединения блоков 1.послед-ое чередование. 2. статистич.чередование. 3. биоксополимеры (рис.) г)конф-ция цепи 1.линейные 2.разветвлённые 3.сетчатые (рис.)

6. Конформация полимеров. Виды конформации макромолекул полимеров. Конформация-простр.располож.ат. в мол.,кот. может менять под действием силы движения без разрушюхим.связей засчет вращения,поворота или колебания звеньев вокруг одинарных сигма-связей. Конформация цепей-это конкретные формы макромолекул,кот.могут возникнуть под дейст. внеш сил и теплового движения. 1. статистический клубок (рис.) 2. спираль (рис.) 3. глобула (рис.) 4. стержень стр-ра 5. складчатая (крист.сост) (рис.) 6. коленчатый вал (рис.)

7. Химические р-ции свойственные полимерам. 1.Без изменения степени полимеризации а)р-ции функц-ых групп б)р-ции внутремол.перегруппировок. 2.Р-ции приводящие к изм.мол.массы. а)р-ции соед.(слипания) макромолекул. б)р-ции приводящие к снижению степени полим-ции (деструкция). (примеры р-ций)

8. Термодинамическая и кинетическая гибкости макромолекул полимеров. Количественные характеристики. Связь строения макромолекул и гибкости полимеров.

Термодинамическая гибкость – определяет способность цепи полимера к конформационным превращениям. ТДГ – равновесная гибкость, которая реализуется в очень разбавленных растворах, в которых цепи находятся в изолированном состоянии. Универсальная мера оценки ТДГ – величина сегмента Куна. Сегмент Куна = А – статистический элемент или отрезок цепи длиной А положение которых не зависит от положения соседних отрезков. А=l звена предельно гибкая, А=l цепи предельно жесткая. Гибки35 нм. (ГРАФИК!!!!) Факторы определения КГ: 1. ΔUσ – потенциальный барьер вращения определяется взаимодействием атомов и атомных группировок соседних звеньев: а) карбоцепные полимеры. Без функциональных групп, б) карбоцепные с резкими заместителями (пол.группами), в) гетероцепные полимеры (полярн.гр.котор.разделены неполярн.), г) гетероцепные полимеры, содержащие гр. С=0, Si=0, с низким ΔUσ.Увеличение числа заместителей, полярности, ассиметричн.их расположение ↑ ΔUσ. Больш.заместители уменьшают кинетич.гибкость. 2. размер боковых заместителей. 3. масса полимера. С увеличением молекулярной массы растет число возможных конформаций, поэтому при бол. значении ΔUσ жесткие цепи имеют свернутую форму. 4. частота пространственной сетки. Наличие хим. связей между ММ↓ подвижност. сегментов. 5. Температура. При ↑Т=>подвижность участков цепи ↑. Если kT ΔUσ – сегменты начининают вращение около положения с ΔUσ min. kT≈ ΔUσ – начинают вращаться относительно друг друга.

9. Надмолекулярная структура аморфных и кристаллических полимеров. Особые свойства кристаллических полимеров.

Это способ упаковки макромолекул, размеры и форма, их взаимное расположение в пр-ве. Надмолекулярная структура: 1. аморфные (близкий порядок), 2. кристаллические (дальний порядок). Аморфные полимеры: свернутые в клубок макромолекулы: =>↓S ↓ ΔU; пачки, пластеры, домены. Это образования аналогичные упорядоченным группам молекул в низкомолекулярных жидкостях. В жестких аморфных полимерах происходит агрегирование пачек, с образованием фибрилли. Фибрилла – совокупность параллельно упакованных цепей с различной (реальной) границей. (СХЕМА!!!!) Свойства кристаллических полимеров: 1. неполная кристаллизация α =Vкр/V. α – степень кристаллизации. 2. разная плотность (в зависимости от α). 3. большая дефектность крист.надм.стр.

10. Физические состояния аморфного линейного полимера. Методы исследования физических состояний полимеров.

Фазовые переходы: тверд. (кристалл., аморфное - стекло), жид. (вязкотекучее). Тстеклования (от стеклообразного к высокоэластичному), Текучести (от высокоэластичного к стеклообразному). Методы определения физич. сост. полимеров. (ГРАФИКИ!!!!)

11. Термомеханический метод исследования. Влияние молекулярной массы аморфных линейных полимеров на вид ТМК.

ГРАФИК!!!!!

1. малые деформации при необходимых нагрузках, за счет колебательных движений атомов около положения равновесия. 2. больш. обратим. деф. возникновения за счет колебательных движений звеньев, измен. угла вращения, расст. м/у звеньями или сегментами, из-за чего угол может принимать различ. конформации и проявл. гибкость. 3. перемещ. макромолек. как единое целое. Влияние М на Тт аморфного линейного полимера. (ГРАФИК!!!!!!!) Низкомолек. гомолог. могут нах-ся в 2-х состояниях: стеклообразном и жидком. Тс=Тт. По мере увеличения М (мол.масса) кривая смещается в сторону более высоких температур, т.е. Тт растет. При некот. знач. М температура перехода расщипляется Тс и Тт. С увеличением М Тс=const, Тт – возрастает. Интервал температур тем больше, чем больше М. М, начиная с которой Тс=const зависит от кинетической гибкости полимера. Чем жестче цепь, тем >М, соотв. расщеплению температуры перехода. Полимер с гибкими цеп.низк. Тс и высокая Тт (с жестким наоборот). С увеличением М, увелич. силы взаим-я м/у молекулами и необх. более высокая температура для перемещения макромолекул относительно друг друга. Взаимодействие м/у полярн. молек. > чем у неполярн. => при одной и той же М необх. более высок. температуру для их перемещения. Тт полярн. полим. > Тт неполярного полимера, при одной и той же М.

15. Явление вынужденной эластичности макромолекул полимеров. Температура хрупкости. Предел вынужденной эластичности.

Для стеклообразного полимера характерна небольшая деформация при малых напряжениях, но стеклообр. пол.сохр.способность развивать больш. деф. при значимых усилиях, наз. вынужденно-эластичным. ТТс то деф. обатимы. Напряж., при кот. вын.-эл. деф. достигает max знач., наз. пределом вынужден. эластичности. Т, ниже кот. полим. разруш. при дан. нагрузке, наз. температурой хрупкости. Стеклообр. полимер способ. дефор. на 100% без разрушения. (ГРАФИК!!!!!) 1. На стадии оа полим. упруго растягается за счет увеличения межмолекуляр. расстояний. ав - образование шейки. 2. вс – удлинение образца. при растяж. полим. возник. ориентация сегментов, в направл. действ. силы,т.е. разворачив. макромолекулярных клубков. 3. упругая деф. вплоть до его разрушения. (ГРАФИКИ!!!!!!)

16. Пластификация полимеров. Механизм пластификации.

Введ. в полимер жид. или ТВ. веществ пластификаторов, улучш. эластичн. и морозостойкость, а также облегчающих их переработку. Увелич. гибкость макромолекул, что приводит у уменьш. Тс, Тт, изм. прочности. ТМК пластифицир. ПВХ (ГРАФИКИ!!!!!) треб. к пластификатору: 1. совместимость с полимером: а) полная – с образованием раствора пласт-ов в полимере, происх. набух. полим. в пласт., б)ограниченная → расслаивание эмульсии, «выпотевание» → помутнение. 2. высокая Ткип. (малолекуч. жид. с невысок. вязкостью). 3. оптимальн. размеры молекул, обеспеч. проникн. м/у молекулами полимеров (эфиры аромат. кислот, эфиры алифатич. кислот, эфиры фосфорн. кислот, эпоксидирирование масла). Механизм пластификации: 1. внутриструктурная (при ↑ сродства пласт. и полимера), пласт. проник. внутри полим. структур с их разрушением. 2. Межструктурная (при огранич. совместимости). Молек. пласт. адсорб-ся на межструк. пов-ти раздела, образуя тонк. мономолек. слой, кот. обеспеч. подвижн. цепей и надмолекулярных структур. (ГРАФИК!!!!!) Зависимость предела прочности от С пластифик. 1. внутриструкт., 2. межструктур. (ГРАФИК!!!!!) Увелич. пред. прочности идет за счет концентрации пластификатора. Цпи при растяжении ориентироваются, что способств. упрочнению структуры.

17. Система полимер/растворитель. Студни. Влияние различных факторов на студнеобразование.

Система полимер-НМЖ. 1. образуется истинный раствор, 2. образуется коллоидн. система (золь, эмульсия), 3. образование студней (гелии). Студни: 1. у которых пространственная сетка образована хим. связями м/у макромолекулами (термообратимые). Они возникают: а) при самопроизвольном набухании полимеров, б) при трехмерной полимеризации или поликонденсации растворов. 2. образуются при взаимодействии линейных или разветвленных полимеров с не очень хорошими (в термодинамическом смысле) растворителями: а) желеобразные студни (образ. при охлаждении). Факторы, влияющие на студнеобразование: 1)концентрация полимера, 2) влияние формы и размера макромолекул (число связей м/у макромолекул зависит от гибкости макромолекул. Чем больше она распремлена, тем легче студнеобразование), 3. влияние температуры. ↑температуры →↓образование студней, 4. добавки электролитов. Механич. св-ва: 1.упругость, 2.прочность, 3.эластичность.

18. Образование истинных растворов полимеров в НМЖ. Набухание полимеров. Виды набухания. Механизм набухания.

Набухание – поглощение жидкостей; это процесс поглощения или адсорбции низкомолекул. жидк. или их паров. (1. неогранич. – самопроизв. набухание с возможностью растворения, 2. огранич. – набухание без растворения). Степень набухания (количеств. характеристива) выражается как количества поглощенной жидкости отнесенной к ед. массы или объема полимера: α=(m-mo)/mo. (ГРАФИКИ!!!!!) Набухание (механизм):1. межструктурное (когда молекулы растворителя занимают своб. пространство м/элем. надмолек. стр-р). 2.внутриструктурное (когда при хорош. сродстве молекулы растворителя проникают внутрь надмолек. стр-р, раздвигая сначала отд. участки, а затем и целиком длин. полимер. цепи, Vполим. ↑, расст-е ↑, связи ослабевают м/молек.)

19. Факторы, влияющие на процесс набухания и растворения полимеров в НМЖ.

1. Хим.природа растворителя и природа (термодин. сродство). Подобное растворяется в подобном (в качестве признака подобия принята близость энергии м/ молекулярного взаимодействия). Аморф. неполяр. полимеры раствор. в предел. углеводородах и их смесях. Полярн. полимеры (гидрад целлюлозы) не раствор. в неполярных жидкостях. 2. молекул. масса полимера. с ↑ молек. массы в люб. рядах гомологах, способ-ть с раств-ю ↓ (↑ энергия взаимосвязей). 3. гибкость в цепи полимера. Гибкость цепи способствует к растворению. (полярн>гибкие). 4.плотность упаковки (более рыхлая упаковка введет к улучшению растворимости): Емол≈1/r^b. 5.фазовое состояние. Кристалл. хуже растворимы, чем аморфные. Наличие кристалл. решетки введет к увеличению растворимости. 6. наличие поперечных связей. 7. увеличение температуры ↑ либо ↓ возможность к растворению в зависимости от изменения термодинамическеого сродства с температурой.

20. Кинетика набухания. Термодинамика процесса набухания. Фазовые диаграммы.

Термодинамика набухания: ΔGсм=ΔHсм-TΔSсм, ΔGсм0, ΔVсм=0. 1. ΔHсм0. Eij>Eik, неогран. растворение при люб. Т. 2. ΔHсм0, ΔS>0, |ΔH|0. атермическое растворение (без изменения температур), ПВА-этилацетат.

21. Термодинамическое сродство полимера и растворителя и зависимость его от температуры. Второй вириальный коэффициент.

Набухание – осмотический процесс, который сопровождается возникновением давления набухания или πнаб. πнаб – эквивалентно внешнему давлению, которое нужно приложить к сист. д/приостановления процесса набухания. С2>С1, μ1>μ2, проникновение растворителя ч/полупроницаемую перегородку из раствора с меньшей концентрацией растворенного вещества в раствор с большей концентрацией растворенного вещества. πнаб=RT(A1C+A2C^2+A3C^3+…), А1,А2,А3 – вириальный коэффициент, πнаб/С=RT(A1+A2C). A1=1/Мпол. (ГРАФИК!!!!!) Критерии ВКТР и НКТР. (ГРАФИКИ!!!!!!!)

22. Разбавленные растворы полимеров. Вязкость растворов. Экспериментальные способы определения вязкости. Механизм течения разбавленных растворов. Реологические кривые.

Механ.св-ва растворов:1.вязкость, 2.модуль сдвига. η раст.полим. = f(P, dU/dy, j, M, T, C, ΔG) (ГРАФИК!!!!!) Разбавленные роастворы – макромолекулы не взаимодействуют друг с другом. С(форм.1), где а1 – характерист. вязкость (отражает взаимодействие отдел. макромолекулы с растворителем). [η]=lim (η удел./C). a2=k’[η]^2; η пр.= [η]+ k’([η]^2)*С – уравнение Хаггинса. η= ηо(1+αφ) – уравнение Эйнштейна для НМЖ. η/ηо=η отн.= 1+αφ; η отн.-1= η удел.= αφ; Штаудингер: η удел. = КМС, η прив.=КМ(для жестких полимеров). [η]=КМ^α. Механизм течения разбавленных макромолекул: 1. макромолекула представ. собой клубок, через который молекулы растворителя проникают свободно=>движение среды не зависит от движения сегментов, т.е. каждый сегмент испытывает такое трение в окр.среде, как если бы других сегментов не было. 2. Макромолекула, свернутая в клубок, удерживает опред. кол-во растворителя и движется вместе с ним. Такой клубок не проницаем для массы растворителя. α=0,6-0,8 => скорее всего движение частиц в потоке совмещаются оба механизма течения.

23. Характеристическая вязкость растворов полимеров. Влияние различных факторов на величину характеристической вязкости. Связь между характеристической вязкостью и термодинамическим сродством системы полимер/растворитель.

[η] зависит от: 1.М полимера. (ГРАФИК!!!!!!!!) Для полимергомолог.ряда с ↑М=>↑[η] и tg α. [η]=КМ^α, α=0,6-0,8=f (гибкости, взаимод-е р-ля).К=10^(-2)-10^(-5)=f(Т, природы полим./р-ль). 2. Качество растворителя [η] зависит от взаимодействия полимера и растворителя. Чем лучше растворитель, тем лучше набухание; >[η]; > размеры макроклубка. 3. влияние температуры: [η]=f(T). T↑=>(δA2/δT)↓=>[η]↓=>НКТР (если с увеличением температуры, А2 уменьшается, то…), T↑=>(δA2/δT)↑=>[η↑=>ВКТР(если с увеличением температуры, А2 увеличивается, то…) (ГРАФИК!!!!!!) ↓η с ↑нагрузки объясняется разворачиванием молек. клубков и их ориентации в потоке, которая нарушается тепловым движением сегментов. Чем ↑ градиент скорости dU/dy,тем ↓ роль теплового движения, тем ↑ влияние ориентации молекул и ↓η. (ГРАФИК!!!!!!!)

24. Концентрированные растворы полимеров. Реологические свойства концентрированных растворов. Влияние различных факторов на вязкость концентрированных растворов.

Концентрированные растворы полим.: 1.умеренно конц., 2. высоко конц. (φпол>0,3). При деформировании растворов идут 2 процесса: 1. разрушение сетки и различ. агрегатов. 2. разворачивание макромолекул (ГРАФИКИ!!!!!!!!) ηнаиб. зависит от: 1. Концентрация вязкости растворов эластич.полимеров и стеклообразных. Вязкость стеклообразных полимеров ↑ в обл. высок. С из-за приближения сист. к стеклообр. сост-ю=> ур-е Хаггинса не применимо. (ГРАФИК!!!!!!!) 2. М полимера. Излом на кривых соответствует критич. степени полимеризации,при которой в растворах образуется флуктакцион. сетка,т.е. сетка образ. при тем меньших С, чем ↑ М полимера. (ГРАФИК!!!!!!!) 3. Влияние растворителя (качество).Качество растворителя проявл. сильнее для жестких полимеров и большого м/молекул. взаимодействия. (ГРАФИКИ!!!!!!!). Ухудшение качества растворителя может оказать влияние на конформацию макромолекулы (η↓) и на степень агрегирования (η↑). Из-за влияния р-ля на степень разрушения надмолек. структур, чем лучше р-ль,тем больше он разрыхляет надмолекул.структуры, сетка > рыхлая и вязкость может ↓. Плохой р-ль проникает не во все стуктуры; > прочные не разрушаются, сетка >плотная => η↑.

12. Термомеханические кривые сетчатых полимеров. (ГРАФИКИ!!!!!)

13. Термомеханические кривые кристаллических и кристаллизующихся полимеров. (ГРАФИКИ!!!!!)

14. Связь между Тс и кинетической гибкостью полимеров.

18. Понятие о прямом и обратном преобразовании Фурье периодического объекта. Любая функция, не имеющая разрыва 1 и 2 рода может быть разложена на элементарные гармонические составляющие косинусоиды и синусоиды, которые отличаются друг от друга амплитудой и периодом. Под прямым преобразованием Фурье мы понимаем разложение функции на гармонические составляющие. Такое преобразование часто называют разложением функций на спектральные составляющие или спектральным анализом. Разложение функций на гармонич. составляющие называют переходом из пространственно-временной области в частотную. Обратное Фурье-преобр. – нахождение функции по известным гармоническим или спектральным составляющим. Само разложение в ряд Фурье называется прямым Фурье преобразованием. Можно сделать обратное Фурье преобразование, просуммировать все коэф. с соответств. частотами на основе частотно-пространственного спектра.

33. Взаимосвязь сигнала и шума. Понятие об отношении сигнал/шум.

Есть 3 основных случая взаимосвязи сигнала и шума:

- если статистич. характеристики шума не зависят от величины сигнала (наз. аддитивный) а=ас+аш

- если статистич. характеристики шума зависят от величины сигнала изображения (шум- мультипликативный) a=kaсaш сигнал повышается, шум повышается

- шум аддитивно-мультипликативный a= aс+ aш +kaс aш

Случайные шумы могут быть аддитивными могут зависить от величины сигнала. Детерминированные шумы всегда зависят от величины сигнала. Сигнал/шум является очень важными в технике, так как возможность выделения шума в сигнале зависят от их соотношения, а не от величины сигнала. Численное понятие сигнал/шум разное- в некоторых областях они характериз. в отношении яркостей, в некоторых областях –в отношениях оптич. плотностей (фотография).

1. Методы представления информации.Наиболее простая- натуральная (натуралистическая) –она наблюдается близко, соотношением с явлениями окр. мира, но частично изм.

-символьное представление информации (некий символ, кот. информир. о реал. мире, преподносится в сильно упращ. виде. Используется широко в технике.)

-Абстрактное представление:

а) представление предметов – дает понятие о предмете вообще, возможно для этого речевой аппарат или знаковую форму

б) представление непредметов – применяется для выражения информации о любви, ненависти, мат. функцию речевым способом и знаковым сообщ. в виде графиков, формул.

-Цифровая форма представления.

2. Общая характеристика информационного сигнала.

Восприятие информации обеспечивает материальный носитель информации – информационный сигнал. В кибернетики он рассматривается как совокупность 4-х компонент: 1)физический носитель сигнала (электрическое поле, световой сигнал).2)синтаксиса (форма представления сигнала: символьный, натуралистический, абстрактный). 3)семантики (смысловая интерпретация). 4)прогматики (полезность сигнала). Семантика часто связана с прогматикой и совокупность этих 2-х компонент часто определяет методы и пути обработки этого сигнала. Пример1 семантика: съёмка с большой высоты предметов (космическая съёмка для определения полезных ископаемых). Прагматика: максимум информации об объекте. Пример2 Семантика: художественный портрет. Прагматика: красота светотеней, гармония, художественность, допустимые потери в деталях. Требуются разные аппараты, разные фотоматериалы, диапазон.

3. Материальные носители сигнала и операции с ним.

Материальный носитель информации- информационный сигнал. Источником инф-ции явл. окруж. мир. Информация в окр. мире чтобы стать доступной должна быть представлена в форме. В полиграфии информация рассчитана на зрительное восприятие, основным является свет. Информация поступает в результате переноса электромагнитного излучения от источника излучения к объекту и от объекта к глазу с помощью теорий переноса: Корпускулярная теория Ньютона и волновая теория Гюйгенса. Объектами для переноса электромагнитного излучения следует выделить: фотографию, кинематограф и TV. Запись на магнитный носитель и оптический. Восприятие информации может осуществляться от объекта или носителя сигнала полученного в результате обработки (записи-перезаписи исходного сигнала). Сам сигнал при обработке может претерпевать различные промежуточные видоизменения.

35. Общие понятия о дискретном представлении изображения.

Все окружающее нас пространство дает аналоговое представление информации. Однако при переходе к цифровой эре возникла необходимость в переходе к цифровой форме представления информации. Дискретная форма требует ограничения числа отсчетов. Это происходит по уровню сигналов, огранич. в пространстве. Рассмотрим сигнал с огранич. числом уровней. Такой сигнал называется квантованным пространственно-дискретным – с ограниченным числом отсчетов в пространстве. Дискретизация сигнала изображения есть условие его цифрового представления.

4. Мерность сигнала изобразительной информации и методы изменения мерности.

a=f(x, y, z, t) Для того чтобы зарегистрировать сигнал, носитель должен обладать мерностью соответствующую мерности этого сигнала. Обычно такие носители трудно доступны. Недостающая мерность может быть заменена дополнительным каналом, т.е. средой с той же мерностью.

Уменьшают еще мерность сигнала.

Применяют соответствующие методы: а) Метод фиксирования координат a=f(x, y, z)z => a=f(x, y) a=f(x, y, t)t => a=f(x, y)

б) Метод разделения координат a=f(x, y) a= f(x)*f(y)

Дискритизация- разделение сигнала на отдельные фрагменты.

Д- как метод уменьшения мерности. Д- можно рассматривать как объединение методов фиксации и разделения координат.

36. Квантование сигнала- общие понятия. Рассмотрим случай одномерного квантования сигнала. Сопоставим его с аналоговым. На рисунке- 1) аналоговый сигнал 3) в квантованном виде получим ограниченное число отсчетов по a(x). Уровни квантования разделены между собой уровнями разделения (они находятся как правило посередине). Сигнал, находящ. ниже уровня разделения будет смещен на нижний уровень квантования. Если сигнал находиться выше уровня разделения, то он будет смещен на верхний уровень квантования. В данном случае протяженность каждого уровня будет меняться.

график сверху a(x) снизу x и прямая 45град и по ней ступеньки

5. Мерность сигнала и требования к носителям информации.

а=f(x,y,z,t). Для того чтобы зарегистрировать сигнал носитель должен обладать мерностью соответствующ. мерности этого сигнала. Обычно такие носители труднодоступны. Недостающая мерность может быть заменена дополнительным каналом, т.е. средой с той же мерностью. a=f(x,y,z). Уменьшают также мерность сигнала. Дискритизация- разделение сигнала на отдельные фрагменты. Ч/б фотография: распределение яркостей описывается в двумерном пространстве f(x,y).

Достаточно потребовать от фотоносителя фотографических характеристик (фотографич. широта, разрешающая способность). Цветная фотография: f(x,y,r,g,b) к носителям информации предъявляется и требования к чувствительности RGB. Цветное изображение регистрируется с частотой 24 кадра в секунду и получаем цветное кино: f(x,y,r,g,b,t). Глубина пространства регистрируется с помощью высокого разрешения на одном кадре (подобно линзе) с потерей контрастности и разрешения- метод называется голографией. Для его осуществления используются специальные лазеры и специальные схемы записи и восстановления изображения.

37. Шумы квантования. Точность представления квантованного сигнала.

Аналоговое представление квантованное. При этом возникают погрешности- шумы квантования. Причины: - ограничение области значения квантуемого сигнала (огранич. динамического диапазона);

- погрешности квантования внутри выбранного ограниченного интервала, который называют шумами квантования.

Погрешности ограничения. Пусть какой либо сигнал изменяется от 0 до ak. Ограничим квантование до интервала ак1-ak В нем сигнал принимает случайные значения с плотностью P(ak). Исходя из заданной граничной ошибки.Погрешность квантования

1гр=(инт 0/amin)P(a)da

гр2=(инт amax/беск) P(a)da

Суммарная погрешность 1гр+гр2= ∑гр ≤∑ заданной. Погрешности огранич. связанные с уменьшением динамического диапазона могут быть сделаны как угодно малыми ==> набольшее значение bv.n погрешности возникающие внутри интервалов квантования.

D(nk) мера погрешности имеет вероятностное распределение и зависит от P(ak)- распределения вероятностей. Q- точность представления; М-число интервалов квантования.

QE=(сумма от n=0 до akn+1 )(инт akn / akn+1 )P(ak)D(Ekn)da

Q=(инт akn / akn+1 ) P(ak)D(Ekn)dak

график краевой функции рафик шапка справа обозн предел где amin, слева amax, сверху P(a) Критерии незаметности ошибки квантования. Число уровней квантования.

Оптимальным является интервал уровней квантов при котором Q- min, и не превышает заданного значения. Шумы квантования пропорциональны ширине интервала квантов. Минимизация (задача оптимизации квантования сводится к этому) суммы Q0 посредством оптимально распределения диапазонов квантов на интервалы 2 n оптимальной ширины. Для выбора оптим. этой виличины можно применить пороговый подход.

Скачок сигнала не будет заметен если меньше определенной величины, если больше порогового интервала, то мы замечаем ошибку. Для выбранного критерия решение задачи оптимального расположения интервала квантования и выбора числа интервалов сводится к решению уравнения. Ширина n-го интервала квантования должна выбираться равной 2 n пороговое, а представителем n-го уровня должна быть значение а в центре n-го интервала. Если n пороговое не зависит от n, то получим равномерную шкалу квантования. Если имеем изображение с D=2,0 а именного такое изображение на полиграфическом оттиске, то аmax\amin=100. В качестве пороговой ошибки  применяется порог контрастной чувствительности человеческого глаза. 4,6/0,02=230- число, которое показывает что для полиграф. оттиска необходимо число уровней квантования 230 (изображение будет восприниматься как непрерывное). 28=256 – стандарты квантованного изображения обеспечивают неразличимые ошибки.

6. Передача изобразит. информации. Общая схема.

Во многих случаях источник информации и получатель удалены в пространстве и во времени. чтобы передать ее надо иметь систему передачи, обработки, сохранения.

Источник информации(ввод информации) устройство ввода(обработка) канал передачи(обработка)устройство вывода  (ввод)  получатель. В процессе прохождения сигнала от источника до получателя происходят следующие преобразования информации: согласование сигнала с техническими возможностями системы. Могут появиться искажения, вызванные несовершенством отдельных звеньев системы (зернистость, которую нельзя устранить). Может осуществляться намеренное изменение входного сигнала с целью его улучшения и управляемого изменения оригинала (методы нерезкого маскирования, позволяющие улучшать резкость мелких деталей в исходном положении).

7. Первичная классификация технических систем передачи изобразительной информации.По признаку мерности системы делятся на 3 класса: 1) Системы без изменения мерности изображения (свободное пространство, бинокль, объектив, телескоп). Эти системы могут вносить кое-какие искажения. 2) Системы с уменьшением мерности (системы с накопителями), фиксация сигнала- фотография. Если мерность сигнала превышает мерность системы, то мерность сигнала была сведена к мерности системы. Широко применяется в полиграфическом производстве- фотомеханический метод получения фотоформ для копировальных устройств. Эти устройства называются системой форматной обработки изображения- обработка изображения происходит одновременно по всему формату, или используется одновременно какая то большая часть изображения. 3) Система с уменьшением восстановления мерности- многомерные изображения на входе превращаются в изображения с уменьшенной мерностью (одномерное изображение). В этом виде изображение обрабатывается, затем оно снова восстанавливается либо до прежней мерности, либо чуть меньше. Эти системы требуют дискретизации сигнала (разделение сигнала на отдельные фрагменты).

38. Шумы при восстановлении сигнала. Теорема отсчетов.

Когда мы получаем разложении сигнала при малом шаге дискретизации, при котором полученные разложенные спектры разнесены по шкале пространственных частот таким образом, что не перекрываются. В этом случае мы можем восстановление исходного сигнала без всяких потерь путем пропускания его через фильтр низких частот который пропускает только основной спектр сигнала, при этом фильтр низких частот отсекает все остальные спектры; в случае, если спектр пропускания фильтра имеет П-образную форму, то сигнал будет передан, восстановления без искажения. ФПМ- фильтр передачи пространственных частот.

При использовании малого шага дискретизации нам необходимо иметь систему с очень широкой полосой пропускания, что является очень сложной технической задачей. При исп системы с уменьшенной полосой пропускания возможны след явления (размножения спектры начинают перекрываться).

Опт вариантом является:

-спектры не перекрываются и не создают шумы, и оптимизированная частотная полоса пропускания сигнала

1) если спектры ограничены

2) выполняется теорема отсчета- т. Котельникова

Т. Котельникова – любую функцию E(x), имеющую ограниченную спектр можно передать с любой точностью при помощи отсчетов след друг за другом через интервалы X=1/2max Реальн. случай выделения осн сигнала из пространственно-дискретизированного методом филь-ии

8. Понятие об аналоговом представлении изобразительной информации. Линейность. Имеем дело с функциональной зависимостью сигнала от координаты. По x- рассматриваем, y- фиксируем. Сигнал измеряется постепенно он характеризуется. Берем х1 затем х1+х … мы можем взять любое число этих значений. Такая функция называется аналоговая постепенное изменение инфракрасного сигнала; такая функция значение координат которой и значение самой функции могут быть выражены несчётным количеством сигналов. В некоторых случаях аналоговая функция может иметь крайние значения (min и max).

39. Аналоговая модуляция сигнала.

Модуляция сигнала –это изм-е сигнала по опред-у закону которую можно рассм-ть как произведение функции самого сигнала (модулирующая функция) и модулируемой функции (представляет периодическую функцию, синусоидальную и имеет более высокую частоту чем модулирующая. Часто моделирующую наз несущей. Для полиг-ой репродукции моделирующая несущая. М воздействует на амплитуду, частоту или фазу моделируемой функции. Различают амплитудную, частотную и фазовую М. Импульсная модуляция. Она отличается тем, что у нее модулируемый сигнал имеет форму прямоуг-ых импульсов Широтная ИМ- при ней измен-я ширина импульса при сохр-ии постоянного периода импульсов. Частотно-широтно-ИМ- меняется широта и чистота. Амплитудно-широтно-частотно-ИМ- меняется все. -импульсная модуляция. -функция смещенная, смещение происходит с шагом х, этот шаг называется шаг дискретизации. ∑(x+nx)-дискретизирующая функция. После дискретизации получим: см. рисунок. Такой анализ целесообразно сделать в частотном пространстве.

9. Общая характеристика информационного содержания изобразительного оригинала. Обычно в полиграфии мы имеем дело с плоским стационарным во времени сигналом, который называют оригиналом. Он может быть представлен в цвете. Информация имеющаяся в изображении делится на 3 блока: 1) Градация 2) Цвет 3) Структура. 1) Градация- это последовательность тонов. Оригинал характеризуется параметрами: Коэф. поглощения, коэф. отражения, коэф. пропускания и оптич. плотностью. Градация характериз. форму изображения объема. 2) Цвет- характеризует цвет изображения может отличаться по насыщенности. Он представляет собой градационные характеристики разделенные по различным каналам. Конечный цвет будет определяться взаимодействием этих преобразованных каналов. 3) Структура изображения- разрешающая способность, гранулярность и т.д. Структура: а) резкость и четкость изображения б) шумы изображения. а) Резкость характеризует границы между 2 деталями, четкость- включ. в себя передачу мелких деталей б) Шумы- это любые отклонения от параметров изображения от среднего значения, которое определяется нереальными характеристиками объекта.

40. Модуляция как способ дискретизации изображения. Применение в полиграфии.

Модуляция сигнала (явление)- это изменение сигнала по определенному закону, который можно рассматривать как произведение функции самого сигнала (модулирующую функция) и модулируемой функции (представляет периодическую функцию, синусоидальную и имеет более высокую частоту чем модулирующая), часто модулирующую функцию называют текущей. Для полиграфической репродукции моделирующая ф-ция- несущая. Модуляция воздействует на амплитудн. частоту или фазу моделируемой функции. Различают амплитудную, частотную и фазовую модуляцию. Помимо классической модуляции используется импульсная модуляция. Она отличается тем, что у нее модулируемый сигнал имеет форму прямоугольных импульсов. ИМ пиксельной структуры изображения. Возникает пиксельная структура., возникающая в процессе сканирования является основным этапом превращения из аналогового сигнала в цифровой. Явления при АИМ: В процессе сканирования изображение разбивается на элементы (пиксели), каждый пиксель импульс. А амплитуда сигнала пикселя соответствует мощности считываемого сигнала. Можем представить себе схематически в виде аналогового сигнала, который умножается на импульсы. E(x)- сигнал аи= (амплитуда импульса описывается -функцией. E*(x)=E(x)(сумма)(сигма)(x+nx)

10. Методы описания градации. Градация- это последовательность тонов. Оригинал характеризуется параметрами: Коэф. поглощения, коэф. отражения, коэф. пропускания и оптич. плотностью. Градация характериз. форму изображения объема. Градация – последовательный ряд величин параметра оригинала, расположен. по возрастанию или убыванию. Характеристики по градации: 1) Контраст- эффект качества и количества между самым темным и самым светлым участком изображения (для первичного оригинала) Выражается величинами яркости. 2) Градиент изображения- скорость приращения оцениваемого параметра по всему динамическому диапазону тоновой шкалы или ее отдельных зонах. Используется для количественной оценки процесса преобразования градации в данной системе.

11. Возможности количественной оценки градации. Градационная характеристика – количественная связь между параметрами исходного и полученного изображения возникающего в результате градационного преобразования в системе. Градиент может быть оценен как средний по всему динамическому диапазону, так и по его отдельным зонам. Контрастность- мера применяемая для оценки градационной характеристики процесса преобразования изображения. Она является частным случаем понятия градации. Градация несет в себе большой объем информации, может быть по разному рассредоточены. Для количественной характеристики зон используется понятие гистограммы- графическое представление распределения доли площади анализируемого изображения которая занимает участки имеющие определенную величину параметра изображения в зависимости от величины этого параметра.

41. Спектральное представление дискретного изображения при амплитудно-импульсной дискретизации.

Спектр произведений функции равен свертке спектров этой функции. Пусть Е(x)  F() при преобразовании Фурье дискретизиров.  (ч+nX)  - (-n/x)

Найдем свертку 2-х Фурье функций. F*()= n= - F(-n/x) Представим себе в графич. виде спектр. функций

В результате импульсной дискретизации в спектр. пространстве помимо спектров исходного сигнала F() появляется бесчисленное множество смещенных спектров этого сигнала. Они повторяют спектр исходного сигнала, но отстают от него на интервалы +-1/x; +- 2/x; +-3/x; +- n/x Следовательно, получаем размножение спектров смещения, кратное n/x

Чем меньше шаг дискретизации, тем дальше спектры будут разнесены (расширяется полоса частот). Чем выше разрешающая способность при сканировании, тем полоса частот будет меньше. Производя АИМ, сталкиваемся с проблемой расширения спектров, после прохождения системы стоит вопрос о восстановлении сигнала. Простейшим методом восстановления сигнала является фильтрация сигнала.

12. Метод функции размытия точки и линии. Однозначную модель структурных свойств системы можно построить на основе метода функции размытия точки или связанных с ней функций. Этот метод справедлив для линейных систем, но для нелинейных систем метод может быть обобщен на основе включения дополнительных нелинейных преобразований на конечной стадии процесса. Допустим что все изображение состоит из большого множества мелких точек. Каждая точка несет яркость, импульс. Без размытия каждый из этих импульсов представляет собой -функцию. -функция это импульс приложенный к бесконечно малой точке. Если в системе имеется размытие, то -импульс превращается в конечную функцию. g(x,y) функция размытия точки. Функция размытия точки- это то распределение интенсивности которое превращает единичные импульсы в реальное изображение. ФРТ удовлетворяет всем требованиям и позволяет рассчитать изображение любой детали, которое нас может интересовать, если эта деталь производится в системе с размытием. Если ФРТ является симметричной по окружности, то можно перейти от ФРТ к ФРЛ. Система которая дает круговую симметрию функции размытия называется изотропной. g(x)= g(x,y)dy.

42. Понятие о цифровом предст изобр.

Цифровое простр-ое изобр стало необходимо при создании цифровых машин, задачи и хранение инф Изобр должно претерпевать два вида дискретизации: 1) Пространственное 2) Дискретизация по уровню. Можно осуществлять цифровое код-ние изобр в соот-ии со свойствами аналогового изобр при осущ-ии цифр представления. Случ-ое многоуровневое квантование Чтобы квантование было незаметным для чел глаза число уровней должно быть 256. При диапазоне =2 для кажд уровня есть своя последовательность 0 и 1. 256 уровней могут быть записаны в двоичной системе в виде послед-ности 0 и 1. Нужно иметь 8 ячеек, в которых 256 уровней (это байт) каждая из ячеек бит. 01101000- байт информации. Для записи штрихового изобр каждый штрих может иметь 2 уровня (яркости или Д) достаточно одного бита. Такое изоб наз однобитным. Для того, чтобы записать ч/б изобр. Нам нужно 256 уровней или 8 ячеек или байт инф. Если цветное то 3 байта инф. Возможно запись не только 256 а заметное большее, каждый след ячейка будет увеличенное число уровней вдвое. Мы должны организ послед-ность зап-ных в соответствующих ячейках. Порядок записи наз цифровым форматом записи. В качестве формата используют формат TIFF файл. Анал-ская запись в виде кривых Безье. Такая запись осущ-ся в формате PostScript. EPS- вид записи и хранения информации формат PDF, исп-ся в для передачи инф.

13. Алгоритм расчета структуры изображения с использованием ФРЛ. Выберем произвольно точку с координатой О2. Рассмотрим какую интенсивность О2 будет создавать для точки О3 . О3 затемненная и освещенность создается точкой О2. g(u)- ФРЛ, b(x) само распределение. du будет пропорционально значению функции размытия g(u)du при этом считаем g(0)=1 Сама координата т. О3 = х b(x-u) т.О2 = (x-u) b(x-u)g(u)du. Интеграл сверки, а сама операция получила название «операции сверки». Зная операцию сверки можно перейти к более простому представлению этого явления. КФ метод представлению размытия узких световых пучков. Край полуплоскости это резкообазначенная прямолинейная граница между освещенной и неосвещенной частью изображения. В следствие размытия света часть из освещающейся части пространства, неосвещающейся часть пространства получим распределение освещ. называемой КФ.

43. Преимущества и недостатки цифрового представления изобразительной информации. Преимущества цифровой записи:- бинарный характер цифр представления позволяет исп для этих изобр новые носители. Эти носители обеспечивают возможность пост-ного запоминания этого сигнала в компактной форме и возм-ти оперативной памяти. Возм-ти использования систем памяти как в процессе обработки изоб так и в промеж-ом хранении. Позволяет осущ- операции с этим изобр и осущ-ся разрыв обработки во времени и пространстве. Это дает возможность исп-ть элект-ных систем обработки изобр-. - бинарный характер сигнала цифр делает эту обработку и хранение надежными, если при аналоговом предст изм-ии сигнала ведет к изм-нию характеристик изобр то в бинарной системе записи легко все отклонения значений сигнала, которые возникли в каналах передачи могут быть устранены, сигнал до предельных значений  высокое качество передачи изображения. Нед-ки: необх-ость расширения полосы частот, пропуск-ой системой с целью обеспечения пропускания дискретизированного сигнала. Это главн и един-ный нед-ок. Еще в цифр системе нужна дискретизация изобр, что отличает от анал-ого. При форм-нии цифр сигнала для 2-го нед-ка необх создать условия, чтобы чел не нашел разницы между цифр и анал-ым сигналом, необх-мо исп огран-ную разреш спос-сть глаза при восприятии сигнала и исп ограничение пороговой чувств-сти, ограничение простр-нной разр-ния позволяет не восп-мать пикс или растр структуру изобр, а порог чувст-ности глаза- квантов стр-ры

14. Взаимосвязь краевой функции и ФРЛ. 1.Обе функции показывают изменение интенсивности освещенности в условиях размытия.2. Имеют общую зону размытия. (одинаковые зоны перехода). 3. Обе функции нормированы (имеют мах точку в 1). 4. Математически связаны. h(xi) = ∫-xi-xo g(x)dx=1 g(xi) = dh(xi)/dxЗона перехода краевой функции = зоне перехода ФРЛ.

44. Оптимальное кодирование изображения при использовании цифровых методов: методы сжатия информации без потерь и с потерями.

Методы без потери информации. Метод Хаффмана – суть его в том, что для передаваемого сигнала определяется частота встречаемости определения символов этого сигнала, то на осн ее можно разкодировать эти символы различными но длительности кодами.

Метод LZW – в нем повторяющаяся инф кодируется блоками, т.е. если есть блоки повтор – то их кодируем символом и не повторяет блок, а только код блока. Этот метод исп в полиграфии, может приводить к сжатию полутонов изобр и не оценкам сжатие может быть в половину. Есть еще метод кодирования длин Под серией пон-ют серия пикселей с 1 значением. 1 пиксель не 1 ячейка, а длина серии.

Методы сжатия с потерей. В настоящее время наиболее распр-ным методом явл JPEG. Он осн-тся на Фурье анализе, изобр, делится на блоки, в каждый из блоков происходит дискретный cos преобр-ние и они представляют в частотном пространстве. При восстановлении изобр производят на обратную матрицу, потом обратный Фурье анализ и получается восстановление изобр из сжатого, но в этом случае потери неизбежны. Определяется матрицей преобразования и может состоять в 10 раз. То что потеря осуществляется высоко частотно, составляет несущественно т.к. при растрировании мы их все равно потеряем и с сжатием JPEG и без него – одинаковы.

Это метод может быть дополнен (метод субдискретизации) тем, что перед сжатием изобр разделяют на яркостную и цветовую сост-шие. Для яркостной сост-щей ФПМ глаза выше чем для цветовой. Сжатия разное по цветовой и яркостной разное.

15. Расчет штриховых деталей изображения – просвета.Возможности расчета отдельной одномерной детали. Под штриховой деталью понимают одномерно протяженную деталь изображения, которое формировано из 2-х параллельных прямых и создает изображение имеющее 2 уровня интенсивности (Bmax,Bmin) и которые могут быть коррелированными. Могут быть 2 типа таких деталей: деталь ограниченного размера со значением B=0 на неограниченном фоне B=1, такую деталь назовем штрихом. И деталь со значением B=1 на неограниченном фоне со знаком B=0, такую деталь называем просветом. Расчет штриховых деталей изображения, штрихи.В реальных системах с размытием штриховые детали должны иметь скачкообразные значения интенсивности, будут формировать на границе детали КФ. Штриховые детали формированные в системе с размытием можно рассматривать как сумму краевых функций, формируемых краями полуплоскости образованных границами штриховых деталей. При этом эти краевые функции будут одинаковые для одной секции границ детали. Точки симметрии этих краевых функций будут соответствовать этим краевым границам штриховой детали, то есть будут разнесены между собой на ширину штриховой детали. (график волны с обознач периода) НЮ=1/p [мм-1]

45. Инерционность системы и понятие о фильтрации сигнала. Фильтры различного рода.К понятию пространственного размытия добавляем понятие инерционности (временной сигнал). В таких системах есть инерционный сигнал если приложенный в виде импульса то не будет сохранять в виде импульса, а будет последействие. Границы скачка сигнала во времени претерпевают изменения. Это инерционность системы. Свойства системы передавать резкие изменения сигнала во времени или в пространстве как более плавное и сглаженное- инерционность системы. Инерционность системы свойственна как пространственным так и временным сигналам, соответственно и временно-пространственным тоже. Эти преобразования удобно рассматривать в частотном пространстве и тогда сигналы представлены спектром пространствен. или врем. частот из-за инерционности системы теряют свои высокочастотные составляющие, поэтому эти преобразования сигнала под воздействием инерционности получили название частотной фильтрации. Системы можно рассматривать как фильтр пространственных частот который обычно является фильтром плоских пространственных частот (т.е. подавляет высокие пространственные и временные частоты). Однако возможны и такие системы в которых может восстанавливаться и усиляться высокие частоты в ущерб низким.

16. Применение анализа Фурье для описания периодических объектов. Отдельно стоящий объект мы можем рассчитать методом краевой функции, а если нет, мы приходим к теореме свертки. Поэтому используется Фурье-анализ, т.к. свертка сплошная операция. В общем случае переодич. объекты раскладываются на гармонические составляющие, с использованием рядов Фурье, т.е в разложении присутствуют только гармонические составляющие. Фурье-анализ осуществляется с помощью интегралов. Это выражение функций: Периодические штриховые объекты в которых штрихи и просветы периодически чередуются. Граница может быть произвольная. =1/p (мм-1)-основная частота. P – период. Периодический объект- это объект, элементы которого повторяются периодически через равные временные или пространственные интервалы. Простейший объект- линейная П-образная решетка. E(x)=E(x0+nT) периодически повторяющаяся ситуация. а – ширина импульсов, в – ширина пауз. Если а = в, то скважность решётки 1 к 1. Если а ≠ в, то скважность а/в 2:1 – линейная периодическая решётка. (график передической функции обычные волны с обозначение периода E(x) сверху x снизу/ E(x)=a0/2+(сумма от n=1 до бескон) (ancosn2Пvx+bnsinn2Пvx) V=1/p-частота решетки A0=2v(инегр от –p/2 до p/2)E(x)dx An=2v(инегр от –p/2 до p/2)E(x)cos2nПvxdx

Bn=2v(инегр от –p/2 до p/2)E(x)sinvxdx

46. Линейная однородная простр-нная и временная фильтрация. Типы фильтров.

1.Безинерционные фильтры:

Пространственный h(x,y)=(x,y)

Не обладает временной памятью

Временный h(t). 2.Системы – интеграторы: Фильтр имеет  ширину по обеим координатам: H(x,y)=1 Таким образом, фильтр – интегратор является волной противоположностью без инерционного фильтра.

3. Инерционные фильтры:

h(x,y)=f(u,) f(t)T()

Действие такого фильтра описывается интегралом свертки. В результате действия инерционной функции, изображение является отфильтрованным.

Имеет кратковременную память от 0 до t.

4. Корректирующие фильтры.

Отрицательные от 3 имеют отрицательные области в пространственных и частотных координатах, что позволяет увеличить пространственный или временный разрешающую способность системы, что улучшает передачу мелких деталей.

5. Пространственно – временный фильтр.

Wk- скорость сканирования. T1=x1/Wx; t2=X2/Wx

Все это для безинерционной в пространстве и времени системы, тогда (t)=(x)(t); h(x,y,z)=g(x,y)(t)

17. Спектр периодического объекта- различное представление.Спектр (Сn) представляет собой спектр амплитуд и фаз. Функция Е(х) в качестве аргумента представляет собой координату х, некоторую пространственную величину. При разложении в ряд Фурье эти функции превращаются в сумму функций, зависящих от пространственной частоты. Е(х) определена в пространстве пространств, p=1/, 1=1/p-частота первой гармоники.

47. Линейная временная однородная фильтрация. Типы фильтров.

Если система передачи информации работает с временными сигналами соотв. 3 класса временных факторов. Временные факторы – одномерные. Размытие происходит в одном направлении

47. Линейная однородная простр-нная и временная фильтрация. Типы фильтров.1.Безинерционные фильтры:

Пространственный h(x,y)=(x,y)

Не обладает временной памятью

Временный h(t)

2.Системы – интеграторы:

Фильтр имеет  ширину по обеим координатам:

H(x,y)=1 Таким образом, фильтр – интегратор является волной противоположностью без инерционного фильтра.

3. Инерционные фильтры:

h(x,y)=f(u,) f(t)T()

Действие такого фильтра описывается интегралом свертки. В результате действия инерционной функции, изображение является отфильтрованным. Имеет кратковременную память от 0 до t.

4. Корректирующие фильтры.

Отрицательные от 3 имеют отрицательные области в пространственных и частотных координатах, что позволяет увеличить пространственный или временный разрешающую способность системы, что улучшает передачу мелких деталей.

5. Пространственно – временный фильтр.

Wk- скорость сканирования. T1=x1/Wx; t2=X2/Wx

Все это для безинерционной в пространстве и времени системы, тогда (t)=(x)(t); h(x,y,z)=g(x,y)(t)

18. Понятие о прямом и обратном преобразовании Фурье периодического объекта. Любая функция, не имеющая разрыва 1 и 2 рода может быть разложена на элементарные гармонические составляющие косинусоиды и синусоиды, которые отличаются друг от друга амплитудой и периодом. Под прямым преобразованием Фурье мы понимаем разложение функции на гармонические составляющие. Такое преобразование часто называют разложением функций на спектральные составляющие или спектральным анализом. Разложение функций на гармонич. составляющие называют переходом из пространственно-временной области в частотную. Обратное Фурье-преобр. – нахождение функции по известным гармоническим или спектральным составляющим. Само разложение в ряд Фурье называется прямым Фурье преобразованием. Можно сделать обратное Фурье преобразование, просуммировать все коэф. с соответств. частотами на основе частотно-пространственного спектра.

48. Преобразование сигнала при линейной пространственно-временной фильтрации.

Рассмотрим на примере простого сигнала (одномерного) представленный П-образный импульс. Есть некий штрих на светлом фоне. Пространственный импульс преобразуется во временной U(x,y,tz)=(x,y)(t). t1=x1/Wx t2=x2/Wx W-скорость считывания по координате х. Если не 1-й не во 2-й системе нет фильтрации то П-образность сохраняется. Если произошла только пространственная фильтрация, то U(x,y,t)=h(x,y)(t). Если на пространственной стадии изменения не произошли, то во временной стадии –нет пространственной –нет временной фильтрации. При наличии временной U(x,y,t)=(x,y)h(t) –смещение из-за временной инерционности. Присутствует и та, и другая- U(x,y,t)=h(x,y)h(t).

19. Применение анализа Фурье для описания непериодических объектов. Фурье-анализ осуществляется с помощью интегралов. Это выражение функций:E(x)(инт от –бескон до +бес)ei2Пvx dv E(x)(инт)e-2Пvx dx. F(x)=(инт=/=)E(x) e-2Пvx dx. Коэффициент Фурье- комплексно-спектральная плоскость амплитуд, называют потому, что функция имеет дискретно- сплошной спектр. Спектральная плоскость- это амплитуда, отнесенная к единице полосы пространственных часот. График сверху F(x) снизу V волнв типо удл Sобр с полосойdx

49. Расчёт влияния ФПМ линейной системы на воспроизведение периодического изображения. В качестве объекта воспроизведения выбран периодической объект, что позволяет уменьшить объем вычислений за счет замены интеграла Фурье рядом Фурье, что позволяет производить расчеты на пространственных частотах кратных основной частоте объекта. 1. Осуществляют Фурье-преобразование2. Определение спектра входного зрачка на плоскость 3. ФПМ контактного копирования 4. ФПМ пленки 5. Вычисл. спектр интенсивности изображения 6. Определяем распределение интенсивности в изображении (обратное преобр Фурье)

20. Понятие о ФПМ. Т- коэф. передачи модуляции называют уменьшение амплитуды данной синусоиды в системе с размытием. Для разных частот этот коэф. является различным. Т-является функцией пространственной частоты. Функция характериз. зависимостью Т от пространственной частоты. Т=f ()-функция передачи модуляции (ФПМ) имеющей размытие. ФПМ является функцией Фурье преобразования. Она связана с функцией ФРЛ и несет ту же информацию, что и ФРЛ. Функция ФПМ должна быть дополнена фазовой. ФПМ носит характер уменьшающей функции. ФПМ есть Фурье преобразование функции ФРЛ. ФРЛ симметрична четная функция- для функции существует cos Фурье преобразование. ФПМ может заменять ФРЛ. ФПМ является функцией с координатами . ФРЛ является функцией с координатами x.

50. Взаимосвязь ФРЛ и ФПМ.

1. Обе функции нормированы (имеют мах точку в 1).

2. Математически связаны.

3. ФРЛ – функция в пространстве пространств

ФПМ – функция в пространстве частот

4. Обе функции описывают размытие в системе.

ФПМ определяет величину коэффициента передачи модуляции с синусоидальным распределением интенсивности в зависимости от пространственной частоты решётки.

21. Методы оценки ФПМ.На ряду с КФ для описания размытия в системе отображения изобразительной информации используется ФПМ. Эта функция содержит ту же информацию о размытии и все функции могут быть найдены одна из другой. Необходимость перехода от одной функции к другой обусловлена тем что при одинаковом информац. содержании они обладают различными практич. свойствами (для ФПМ относительное удобство и легкость расчета передаточной характеристики системы по известным ФПМ отдельных звеньев). ФПМ может быть определена экспериментально, либо пересчетом ФРЛ либо расчетным путем на основе теоретических посылок. ФПМ определяет величину коэффициента передачи контраста (Tν) одномерной решетки с синусоидальным распределением интенсивности в зависимости от пространственной частоты решетки. Для оценки ФПМ используя синусоидальную решетку мы неоднократно можем применять амплитуду, имея протяженный тест объект. Это увеличивает надежность. Возможно автоматизировать измерения, упростив их.

51. Взаимосвязь ФРЛ и КФ.

1.Обе функции показывают изменение интенсивности освещенности в условиях размытия.

2. Имеют общую зону размытия. (одинаковые зоны перехода).

3. Обе функции нормированы (имеют мах точку в 1).4. Математически связаны.

h(xi) = ∫-xi-xo g(x)dx=1 g(xi) = dh(xi)/dx

Зона перехода краевой функции = зоне перехода ФРЛ.

22. Воздействие ФПМ на изображение периодич. объектов. Периодич. объекты имеют дискретный спектр. ФПМ воздействует на изображение объекта, только на частотах, соответствующих частотам объекта. Полезно при расчете систем, когда важно обеспечить передачу частот объекта. Информация была передана без потерь, если бы T=1, то тогда все звенья системы не должны давать размытия.

52. Метод нерезкого маскирования.

Представляет собой разновидность нелинейной фильтрации с обратной связью. При фильтр с обр связью часть полученного осн сигнала отводится в отдельный канал, обрабатывается по заданному закону, а затем сумм-тся с основным сигналом, нелинейно воздействуя на конечный результат преобр-ания. В процессе считывания изобр оптический сигнал разделяют на 2 канала, осн и допол-ный, играющий роль канала обратной связи. Допол-ный сигнал создают таким, чтобы он имел меньший контраст и большее размытие, а также полярность, обратную пол-сти осн сигнала. Нерезкое маск-ние можно осущ-ять как фотогр-ским, так и оптоэлектронным аппаратным мет-ом, с выделением отдельного реального оптоэлект-ного корректир-его канала. Возможно, осущ-ять метод и чисто матем-ски, путём соотв-щей обработки цифр массива считанной ранее инфор из памяти ЭВМ.

23. Связь ФПМ и краевой функции.

Непосредственное применение ФПМ или расчет воспроизведения в соответствии с интегральными преобразованиями по прямой теореме свертки в данном случае являются достаточно трудоемкими. Более просто и наглядно эта задача решается с использованием КФ. Таким образом, возникает необходимость в преобразовании ФПМ в КФ. С другой стороны, в ряде случаев при исследовании системы или ее отдельных звеньев бывает невозможным размещение в объекте периодического тест- объекта, но в то же время в самом объекте имеются отдельные детали с резкими краями. Анализ таких деталей позволяет получить КФ. Следовательно, тогда для оценки передаточных свойств возникает необходимость в решении обратной задачи – переходе от КФ к ФПМ.Emax=С-В. Emin=(D-C)+(B-A) . H(x)=(T-T/3+2)/4 T = Emax - Emin / Emax + EminГде T - коэффициент передачи модуляции на произвольной частоте ; T/3 – коэффициент передачи модуляции на частоте, втрое меньшей частоты ; Ординату точки КФ с абсциссой x= -1/4 находят из известного соотношения h(-x) = 1-h(x)

53. Понятие об инверсной фильтр-ии. Преимущества и недостатки метода.Инверсная фильтрация – это фильтрация временного электронного сигнала. Инверсный фильтр – взаимодействует на весь диапазон частот, пропускает высокие ослабляет низкие. Затем сигнал можно усилить.. ФПМ в инверсном фильтре имеет обратный ход, рассчитывается по формуле о свёртке. Тγсум = Тγсис * Тγф Недостаток метода: воздействует на шумы (при увеличении К увеличиваются шумы).

24. Алгоритм расчета изображения объекта при наличии размытия (период. объект)

1. Распределение интенсивности в объекте раскладывается в ряд Фурье, получ. дискретн. спектр объекта

Еоб=(х+nT) Fобn (n=1,2,3…)

2. Определяем ФПМ системы: от g(x) или h(x) к T

3. Находим спектр изображения периодич. объекта от n: Fизn=FобnT

4. Обратное преобразование Фурье Еиз(x+nT) Fn

Все эти действия выполняются вместо интеграла свертки.

54. Цифровые фильтры сглаживания. Цифровые фильтры для уменьшения шумов изображения представляют собой усредняющую матрицу. 1 1 - обрабатывающая матрица, коэф во всех элементах = 1 1 1 20 15 - числа соответствуют изображению

17 8 шумовой пиксель. Проходя через обрабатывающую матрицу ничего не меняется, затем суммируем 20+17+15+8=60/4=15. 15 15 . Метод устранения шумов с помощью световых фильтров. 15 15 1 1 1 х – регулируемая величина. Обрабатывается 1 х 1 пиксель в середине с учётом окресностей. 1 1 1

25. Масштабные преобразования функции и ее спектра. Принцип наложения.

Выражения прямого и обратного преобразования Фурье.

1.Прямое F(ω)=∫+∞-∞f(x)e-iωxd(x)

2.Обратное f(x)=1/2π∫+∞-∞F(ω) e-iωxdω

Соотношение масштаба функции и ее спектра.

F(ax)↔1/|a|*F(ω/a)

Если функция сужается, то спектр ее наоборот расширяется (соответственно).

И если функция расширяется, то спектр будет сужаться. Если узкая функция → спектр широкий и наоборот.

Принцип наложения (суперпозиции).

f(x)1+f(x)2↔F1(ω)+F2(ω) Сумма функции = сумме спектров.

∫+∞-∞(f(x)1+f(x)2) e-iωxdx ↔F1(ω)+F2(ω)

55.Цифровые фильтры повышения резкости изображения.

26. Алгоритм расчета изображения объекта при наличии размытия (непериодический объект).

1. Перевод непериодической функции.

Ex→∫+∞-∞Fx(x)e-iωdx

2.Определение ФПМ системы

g(x) или h(x) → Тν

3. Fизν=Fобν Тν

4. Fизν посредством обратного преобразования Фурье переводится в Eиз(x)

Fизν→Eиз(x) 56. Общая схема преобразований в системе одновременной обработки изображений.

27. Теорема о спектре произведения.

f(x)1*f(x)2↔1/2π* ∫+∞-∞ F1(η)*F2(ω-η)dη

∫+∞-∞f(u)1*f(x-u)2du↔F1(ω)F2(ω)

Спектр свертки функции = произведению спектров этих f.

57. Общая схема преобразований в системе поэлементной обработки изображений.

28. Соотношение между спектром единичного, периодического и квазипериодического объекта.

Периодический объект (решетка) бесконечной протяженности.

Единичный объект это штрих, взятый из решетки.

1.Спектр единичного объекта штриха.

F(ν)=sinπνe/πνe – это сплошной

2.Для периодического объекта спектр линей дискретный и представляет выборку из спектра единичного.

3.Будут дискретные выборки, но каждая из них будет представлять спектр линий единичного объекта шириной.

F(ν)=sinπνL/πν Если объект является квазипериодическим то спектр является более сложным, каждая из дискретных выборке будет представлять собой не одну линию при определенной частоте, а некий спектр единичного объекта с шириной L

58. Естественные и технологические преобразования в системе.

Чтобы передать информацию цель передачи с использованием техническим системы с использованием нового понятия. Использование технических систем и нового понятия приводит к необходимости создания новых свойств этого сигнала, следовательно, к преобразованию этого сигнала. Эти преобразования делят на технологические (геометрические) и системные (естественные). Они отлич..? технологии делаем специално чтобы создать новые свойства носителя, соверш. сигнала. Естественные возникают независимо от нашего желания, определяются свойствами системы и возможно рассмотрение их как: а) неясного преобразования, которое необходимо уменьшить (компенсировать) б) эти преобразования можно использовать как технологические (полезные) Задачи технологического преобразования: - преобразования мерности включающие уменьшение и восстановление мерности

-оцифрование изобр

Необходимо провести 2 вида дискретизации (по уровню квантования, дискретизацию пространственную, затем цифровое кодирование изобр)

- градационное (параметрическое) преобразование в зависимости от носителя изобр (сжатие дин. диапазона, градац. преобразование)

- преобразование состоящее в растровой дискретизации изобр. Это специф. для полиграфии.

Естественные преобразования: - возникают в системе- градационные преобр (преобразования полярности, сокращения дин. диапазона)

-фильтрация (размытие узких световых пучков) частотная

-возникновение шумов изобр.

29.Общие понятия и классификация шумов.

Шумы явления, которые нарушают целостность изображения и не обладают никакими общими свойствами. Носят случайный характер, хотя в некоторых случаях они могут оказаться детерминированы

1.Случайные: аналоговые, импульсные.

2.Детерминированные: шумы квантования, шумы пространственной дискретизации.

Случайные шумы описываются случайными функциями, а детерминированные определены на некотором пространстве или временном отрезке (растровые и периодические структуры). Любое явление которое нарушает целостность изображения попадает под понятие помех или шумов. Аналоговые – из-за зернистости фотоматериала.

59. Параметрические (градационные) преобразования.

30. Аналоговый случайный шум – описание с использованием вероятностных методов.

Причиной возникновения их могут является флуктуации (колебания) оптические плотности или коэффициентов пропускания/отражения. Например зернистая структура фотографического почернения. Анализируя сигнал в некотором направлении x, мы можем получить бесконечное число оптических плотностей.

Если длинна реализации (отслеживания функции) достаточно большая, то можно оценить вероятность появления текущего состояния ai, которое находится на длине реализации (внутри рассматриваемого отрезка).

Если имеем x1, x2,x3,…xn a1,a2,a3…an, то можем оценить вероятность появления этих величин: p(a1)p(a2)p(a3)… Поскольку аналоговый случайный шум описывается несчетным множеством отсчетов, то случайный шум описывается посредством нормального распределения. F(x)= 4/σ√2π*e-(x-a)2/σ2

Т.к. случайные шумы описываются нормальным распределением, то для их расчета подходят параметры: 1).ậ - среднее значение сигнала 2)a=∫aip(a)da – мат. Ожидание 3)ậ2=∫a2p(a)da – средний квадрат. 4)D = ∫(x-ậ2p(a)da – дисперсия

5)σ=√D – среднеквадратичное отклонение.

60.Системы ввода в поэлементной обработке, классификация, операции

31. Аналоговый случайный шум – описание с применением функции автокорреляции и спектральной плотности мощности.

Для учитывания частотных свойств введем понятие функции автокорреляции.

a=b Сдвигаем одну решетку относительно другой. I(x) = 1/2х ∫a(x)u(x-Δx)dx

Для четной функции инвариантных относительно начала координат различия между сверткой и автокорреляцией исчезает. Для случайного процесса: чем больше пространственная частота его структуры тем более узкой становится функция автокорреляции. Функция автокорреляции четная → I(0)=D=σ2→ для случайного функция автокорреляции является аналогом функции размытия линии. Преобразование Фурье для функции автокорреляции (спектр): S(ω)=1/2π∫I(x)*e-iωxdx

Белый шум (постоянен)

61. Системы вывода в поэлементной обработке, классификация операции.

Процесс сканирования включает развертку изображения по x,y. Задача: преобразовать двумерный пространственный оптический сигнал в одномерный временной электрический сигнал. Фиксируется начальная точка отсчета, происходит считывание до завершения строки, затем переход на 2 и потом вдоль 2 строки и т.д.

Этот сигнал носит аналоговую форму представления. Чтобы сделать его цифровым, обработка методом численной дискретизации. Импульсы обработки имеют постоянный период. Формируем цифровой файл последующих импульсов изображения, амплитуды представляют в квантовом виде в виде цифрового кода. Цифровой файл позволяет на основе дискретного импульса опросить любую временную координату, следовательно любую пространственную. На цифровом файле знаем амплитуду и координаты.

1 задача выполнена, приступаем к восстановлению и записи изображения.

Обработка разделена на несколько этапов.

-считывание (подсистема считывания)

-системы передачи (канал связи)

-операции записи изображения (регистр) – подсистема записи

Система считывания делится на: -одноапертурные

-многоапертурные

32. Импульсный случайный шум – методы описания.

Он имеет 2 значения: нулевое значение проявлений шумов, т.е. мы имеем следующую картину Рисунок тетрадь. Х0 – протяжённость паузы Х1 – протяжённость шума. Переход от Х0 к Х1 может происходить в любой точке пространства или в любой момент времени. Импульсный шум характеризуется амплитудой, средней продолжительностью импульса и его распределением, средним расстоянием (т.е. величиной паузы и распределением величины паузы). Амплитудное значение принимает величину 0 и 1. Если средняя длительность паузы составляет Х0 ,а средняя длительность импульса Х1 то вероятности появления нулевого уровня Р(0) и единичного уровня Р(1) можно оценить так: Р(0) = Х0/Х1+Х0

Р(0) = Х1/Х1+Х0 – среднии вероятности. Упомянутые параметры не зависят друг от друга и распределены по ехр-ному закону.

62. Сканирование и коммутация.

Сканирование это последующее считывание ув сигналов или записи этих сигналов, причем формирование и запись изображения и последовательное перемещение этого элемента по S изображения. Формирование изображения. Перемещение апертуры по S. Обычно выделение малого элемента осуществляется оптическим путем, развертка может осуществляться механическим способом, электронным их взаимодействием и т.д.

Коммутация это элемент, аналог сканирования когда в процессе считывания изображения сигнала создается комплекс элементарных сигналов, равных сигналу изображения а затем эти сигналы считываются с этого фотоприемника (планшетные сканер, цифровой фотоаппаратах).

33. Взаимосвязь сигнала и шума. Понятие об отношении сигнал/шум.

Есть 3 основных случая взаимосвязи сигнала и шума:

- если статистич. характеристики шума не зависят от величины сигнала (наз. аддитивный) а=ас+аш

- если статистич. характеристики шума зависят от величины сигнала изображения (шум- мультипликативный) a=kaсaш сигнал повышается, шум повышается

- шум аддитивно-мультипликативный a= aс+ aш +kaс aш

Случайные шумы могут быть аддитивными могут зависить от величины сигнала. Детерминированные шумы всегда зависят от величины сигнала. Сигнал/шум является очень важными в технике, так как возможность выделения шума в сигнале зависят от их соотношения, а не от величины сигнала. Численное понятие сигнал/шум разное- в некоторых областях они характериз. в отношении яркостей, в некоторых областях –в отношениях оптич. плотностей (фотография).

63. Понятие линейности и изотропности системы.

34. Методы оценки шумов.

Методы оценки шумов связаны со спецификой самого процесса. Наиболее развитыми являются методы оценки случайных аналоговых шумов (например шумы у оригинала выполненного полиграф. способом). Есть методы визуальной оценки: эталоны случайных шумов, метод предельно увеличения (увелич. постепенно изображение, имеющ. случ. шумы, за критерий зернистости приним. то увеличение, при котором зернистость начинает быть заметной). Объективная оценка шумов электр. сигналом (одномерным временным сигналом, к нему примен. оптич. анализы с помощью электр. прибора). Можно находить спектр шумов. Эти методы можно применить для оценки пространств. шумов изображения. Для этого пространств. сигнал нужно преобразовать в одномерный временной (электр. сигнал). Нужно осуществить сканирование. Считывание может происходить по разным траекториям. Если считывающее пятно маленькое, то мы получ. истинное значение шума при малом разрешении мы имеем усредненные значения шумов. При большом увеличении малая аппретура считывания шумов. Чем меньше апертура считывания, те больше наши шумы соответствуют истинным шумам в изображении. Увеличение апертуры способствует сглаживанию шумов, даже до их полного исчезновения, следовательно, считывающая апертура соответственно должна иметь ФПМ человеческого глаза в нормальных условиях.

64.Канальность системы.

Истинно одноканальных систем сейчас уже практически не существует. Одноканальной системой передачи сейчас называют систему, передающую 8 бит за один раз.

Многоканальная передача – это такая передача, когда одновременно передается несколько изображений, но цветоделенных. Наша система – как минимум трехканальная – за R, G, B. Сейчас система считывания – 4 сигнала. Система регистрации идет по 4м каналам. Иногда – дополнительные сигналы.

В цифровой системе каждый основной сигнал может делиться на число каналов, соответствующее числу каналов передачи этих сигналов.

Показать полностью…
Похожие документы в приложении