Разработка системы распознавания специального изображения на основе теории векторного пространства

PyQt практически полностью реализует возможности Qt. А это более 600 классов[3.1], более 6000 функций и методов, включая:

существующий набор виджетов графического интерфейса;

стили виджетов;

доступ к базам данных с помощью SQL (ODBC, MySQL, PostgreSQL, Oracle);

QScintilla, основанный на Scintilla виджет текстового редактора;

поддержку интернационализации (i18n);

парсер XML;

поддержку SVG;

интеграцию с WebKit, движком рендеринга HTML;

поддержку воспроизведения видео и аудио.

Для создания шаблонов формы, будет использоваться Qt Designer.Qt Designer является кросс-платформенным компоновщиком макетов и форм графического интерфейса пользователя. Он позволяет быстро спроектировать виджеты и диалоги, используя экранные формы с использованием тех же виджетов, которые будут использоваться в приложении. Формы, созданные с Qt Designer, являются полностью функциональными, а также могут быть просмотрены в режиме реального времени.

Для построения графиков, будет использоваться графическая библиотека matplotlib.

Matplotlib -- библиотека на языке программирования Python для визуализации данных двумерной (2D) графикой. Получаемые изображения могут быть использованы в качестве иллюстраций в публикациях. Matplotlib распространяется на условиях BSD-подобной лицензии. Генерируемые в различных форматах изображения могут быть использованы в интерактивной графике, в научных публикациях, графическом интерфейсе пользователя, веб-приложениях, где требуется построение диаграмм.

Matplotlib является гибким, легко конфигурируемым пакетом, который вместе с NumPy, SciPy и IPython предоставляет возможности, подобные MATLAB. В настоящее время пакет работает с несколькими графическими библиотеками, включая wxWindows и PyGTK.

Пакет поддерживает многие виды графиков и диаграмм:

Графики;

Диаграммы разброса;

Столбчатые диаграммы и гистограммы;

Круговые диаграммы;

Ствол-лист диаграммы;

Контурные графики;

Поля градиентов;

Спектральные диаграммы.

Пользователь может указать оси координат, решетку, добавить надписи и пояснения, использовать логарифмическую шкалу или полярные координаты.

Несложные трёхмерные графики можно строить с помощью набора инструментов. Есть и другие наборы инструментов: для картографии, для работы с Excel, утилиты для GTK и другие.

С помощью Matplotlib можно делать и анимированные изображения. Типичные поддерживаемые форматы:

Encapsulated PostScript (EPS);

Enhanced Metafile (EMF);

JPEG;

PDF;

PNG;

Postscript;

RGBA («сырой» формат);

SVG;

SVGZ;

TIFF.

Для загрузки и преобразования изображений, отлично подходит билиотека PIL.

Python Imaging Library (сокращенно PIL) -- библиотека языка Python, предназначенная для работы с растровой графикой.

Возможности библиотеки:

поддержка бинарных, полутоновых, индексированных, полноцветных и CMYK изображений;

поддержка форматов BMP, EPS, GIF, JPEG, PDF, PNG, PNM, TIFF и некоторых других на чтение и запись;

поддержка множества форматов (ICO, MPEG, PCX, PSD, WMF и др.) только для чтения;

конвертирование изображений из одного формата в другой;

редактирование изображений (использование различных фильтров, масштабирование, рисование, матричные операции и т. д.);

использование библиотеки из Tkinter и PyQt.

Алгоритмическая реализация решения задачи

В данном разделе будет описана реализация алгоритма для решения задачи векторным методом. Часть кода программы, в котором описана работа над входными данными, алгоритмы поиска и сортировки представлены в стандартном виде, и блок схема представлена на рисунке 3.3. Особое внимание предлагается уделить алгоритму распознавания, блок-схема алгоритма представлена на рисунке 3.4.

Саму разработку приложения следует разделить на несколько этапов.

Инициализация приложения. Создание экземпляра объекта. Инициализация переменных. Проверка входных параметров;

Инициализация графической подсистемы. Прорисовка окна, создание необходимых объектов и элементов управления. Этот шаг выделяется в отдельный пункт, в связи с тем, что программа реализована на скриптовом языке, который, по умолчанию, не поддерживает графический интерфейс. Поэтому запуск графической подсистемы с подключением всех необходимых библиотек требует особого внимания;

Загрузка эталонов символов. Построение векторного пространства;

Загрузка распознаваемого изображения. Преобразование его в нужный формат;

Обработка изображения. Удаление шумов. Корректировка;

Разделение символов друг от друга;

Анализ и сравнение выделенных символов с эталонами. Выбор наиболее подходящих результатов;

Формирование окончательного результата, основываясь на вероятности совпадения каждого символа.

Рисунок 3.3 -- Схема алгоритма работы программы

Рисунок 3.4 -- Схема алгоритма распознавания

Реализация векторного пространства довольно проста, на рисунке 3.5 представлена схема алгоритма.

Рисунок 3.5 -- Схема алгоритма построения векторного пространства

Особое внимание следует уделить подготовке изображения к распознаванию. Именно на этом шаге зависит успешность работы программы, так как нужно качественно удалить лишние шумы. Наибольшую проблемы представляют зашумляющие линии, которые мешают точно разделить изображение на символы. В качестве решения проблемы я вижу несколько вариантов:

Генетические алгоритмы;

Преобразования Хафа. Можно рассматривать как разновидность автоматической векторизации;

Простое отделение линий, основываясь на соседние точки.

По сравнению с генетическими алгоритмами, преобразования Хафа являются математически более строгим и детерминированным алгоритмом, в котором нет влияния случайного фактора. В данном случае он менее ресурсоёмок, в тоже время достаточно прост для понимания и применения. Кратко, смысл алгоритма заключается в том, что любая прямая на плоскости может быть задана двумя переменными - углом наклона и расстоянием от начала координат. Эти переменными можно рассмотреть как признаки, они формируют своё собственное двумерное пространство. Поскольку прямая есть совокупность точек и каждой из них соответствует своя пара признаков, то в пространстве этих признаков мы будем иметь скопления точек (максимумы на пересечении) в пределах конечных окрестностей признаков соответствующие точкам прямой на исходной плоскости(изображении)[3.2].

Простое отделение линий же заключается в следующем:

Перебираем все точки в изображении, пока не найдем пиксель, не относящейся к фону;

Анализируем рядом стоящие точки. Так как сам символ представляет собой большую совокупность точек, то определить его и отделить от линии не составит труда. Если рядом с анализируемым символом мало пикселей не относящихся к фону - то, можно практически точно, сказать, что это шум;

Сохраняем координаты точки вместе с рядом стоящими точками, если они оказались шумом;

Удаляем все лишние точки.

Для демонстрации работы предложенного решения, был написан простой скрипт, демонстрирующий изначальное изображение (рисунок 3.6) и результат работы алгоритма (рисунок 3.7).

Рисунок 3.6 -- Изначальное изображение

Рисунок 3.7 -- Результат работы алгоритма удаления шума

Так как зашумляющие линии пересекают символы, то было удалено много лишней информации. Но правильно подобрав параметры фильтрации, мы можем добиться довольно хорошего результата.

После удаления шумов, необходимо отделить символы друг от друга. Понятно что искать разделение мы будем по вертикали. Для этого, необходимо пройти по точкам сверху вниз и посчитать количество белых точек. Результат работы скрипта, можно увидеть на графике (рисунок 3.8).

Рисунок 3.8 -- График распределения точек в столбцах по вертикали

Не тяжело заметить, что у нас присутствуют 3 локальных минимума. По ним нам и следует делить символы. В настоящий момент не существует идеального алгоритма, для поиска, нужных нам, локальных минимумов. Поэтому, за частую, результат работы программы будет зависеть от точности подборки параметров.

3.3 Критерии сравнения разработанного ПО с существующими решениями

На данном этапе можно сказать, что разработка программной части продукта завершена. Следующим шагом является оценка эффективности алгоритмов и анализ быстродействия программы. Существует много методик тестирования программных продуктов. Оценка может проводиться по нескольким критериям:

-- количество использованной приложением динамической памяти;

-- требования приложения к системе;

-- скорость работы алгоритмов распознавания и поиска;

-- скорость отображения информации;

-- сбой приложения.

Данная программа была проверена на нескольких ЭВМ. Ниже приведены результаты работы тестового скрипта.

Core 2 Duo E6550

real 0m5.750s

user 0m0.015s

sys 0m0.000s

Dual Core T4400

real 0m0.176s

user 0m0.160s

sys 0m0.012s

В нашем каталоге находится 50 капч, из чего следует, что на разгадывание одной уходит примерно 0.12 секунд. Из этого следует, что мы можем разгадывать около 432 000 капч в день и получать 145 040 правильных результатов. Довольно не плохой результат, если учитывать что мы работаем в одном потоке. Добавив многопоточность, результаты будут в несколько раз лучше.

3.4 Анализ точности совпадения распознанного изображения

Для тестирования точности совпадения, был написан специальный скрипт. Ниже приведены результаты его работы:

Верные предположения - 23

Неверные предположения - 37

Процент угадывания - 46%

Процент ошибок - 64%

Из результатов видно, что точно совпадения распознанного изображения 46%. Это довольно хороший результат. При учете скорости работы программы, мы можем перебирать сотни изображений в секунду. Для улучшения результатов, можно добавить больше эталонов. Это позволит в несколько раз улучшить результаты работы, но замедлит выполнение программы. Несомненно, большее количество ошибок появляется из-за зашумления изображения. Предварительная обработка убирает все зашумляющие линии и точки. Но добиться 100% результата не возможно. Вместе с зашумляющими линиями теряется и нужная информация.

Выводы

В технологическом разделе произведен выбор языка и среды программирования. Описан процесс разработки приложения, сравнение выбранного и разработанного методов распознавания, а также проведено тестирование программного продукта в реальных условиях.

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Анализ опасных и вредных факторов на рабочем месте пользователя ПЭВМ

Операторы ПЭВМ, программисты сталкиваются с воздействием таких физически опасных и вредных производственных факторов, как повышенный уровень шума, неудовлетворительные микроклиматические параметры, отсутствие или недостаток естественного света, недостаточная освещенность рабочей зоны, возможность поражения электрическим током, статическое электричество и электромагнитные излучения. Также оказывают воздействие психофизиологические факторы: умственное перенапряжение, перенапряжение зрительных и слуховых органов, монотонность труда, эмоциональные перегрузки.

Воздействие указанных неблагоприятных факторов приводит к снижению работоспособности, утомлению и раздражению, появлению недомогания и болей.

Рассмотрим подробнее основные вредные факторы[4.1]:

Недостаточная освещенность.

Для избежания недостаточной освещенности искусственное освещение в помещении с ПЭВМ осуществляется люминесцентными источниками света в потолочных светильниках. Величина освещенности при искусственном освещении в горизонтальной плоскости будет не ниже 300 лк.

Местное освещение на рабочем месте операторов обеспечивается светильниками, установленными непосредственно на рабочем столе. Они должны иметь не просвечивающиеся отражатели и располагаться ниже или на уровне линии зрения оператора, чтобы не вызывать ослепления.

Статическое электричество.

В помещениях, оборудованных ПЭВМ, токи статического электричества чаще всего возникают при прикосновении персонала к любому из элементов ПЭВМ. Такие разряды опасности для человека не представляют, однако кроме неприятных ощущений могут привести к выходу оборудования из строя.

Для предотвращения образования и защиты от статического электричества в помещении используются нейтрализаторы и увлажнители, а полы имеют антистатическое покрытие в виде поливинилхлоридного антистатического линолеума марки АСН.

Шум.

Шум на исследовательском рабочем месте создаётся вентиляционной системой ПЭВМ и печатающим устройством. Уровень шума, создаваемый вентиляционной системой, составляет примерно 40 дбА. В процессе рабочего дня принтер включается по мере необходимости, поэтому шум следует квалифицировать как непостоянный, прерывистый.

Для снижения шума в помещении компьютеры, принтеры установлены на амортизирующие прокладки (резина).

Уровни звука и эквивалентные уровни звука в помещении, где работают операторы ПЭВМ, не должны превышать 65 дБ.

Электромагнитные поля.

Устройства визуального отображения генерируют несколько типов излучения, в том числе рентгеновское, радиочастотное, видимое и ультрафиолетовое. Однако уровни этих излучений достаточно низки и не превышают действующих норм.

Недостаточная чистота и количество необходимого воздуха.

Основной задачей установок кондиционирования воздуха является поддержание параметров воздушной среды в допустимых пределах, обеспечивающих надёжную работу ПЭВМ и комфортные условия для операторов.

Воздух желательно очищать от пыли, так как пыль, оседающая на устройства и узлы ПЭВМ, ухудшает теплоотдачу, может образовывать токопроводящие цепи, вызывает стирание подвижных частей и нарушение контактов.

При длительной работе за экраном дисплея, у операторов отмечается выраженное напряжение зрительного аппарата, появляются болезненные ощущения в глазах и в пояснице, головные боли, усталость.

Это приводит к нарушению сна, раздражительности, неудовлетворенности работой и др.

Для предотвращения этих проявлений работники во время рабочего дня должны выполнять комплекс производственной гимнастики. Через каждые два часа работы должны предусматриваться перерывы на 10-15 минут.

4.2 Аттестация рабочего места пользователя ПЭВМ

Общие требования к организации рабочих мест пользователей ПЭВМ[4.3].

При размещении рабочих мест с ПЭВМ расстояние между рабочими столами с видеомониторами (в направлении тыла поверхности одного видео монитора и экрана другого видеомонитора), должно быть не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов - не менее 1,2 м.

Рабочие места с ПЭВМ в помещениях с источниками вредных производственных факторов должны размещаться в изолированных кабинах с организованным воздухообменом.

Рабочие места с ПЭВМ при выполнении творческой работы, требующей значительного умственного напряжения или высокой концентрации внимания, рекомендуется изолировать друг от друга перегородками высотой 1,5-2,0 м.

Экран видеомонитора должен находиться от глаз пользователя на расстоянии 600-700 мм, но не ближе 500 мм с учетом размеров алфавитно-цифровых знаков и символов.

Конструкция рабочего стола должна обеспечивать оптимальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудования с учетом его количества и конструктивных особенностей, характера выполняемой работы. При этом допускается использование рабочих столов различных конструкций, отвечающих современным требованиям эргономики. Поверхность рабочего стола должна иметь коэффициент отражения 0,5-0,7.

Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе на ПЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статического напряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Тип рабочего стула (кресла) следует выбирать с учетом роста пользователя, характера и продолжительности работы с ПЭВМ. Рабочий стул (кресло) должен быть подъемно-поворотным, регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также расстоянию спинки от переднего края сиденья, при этом регулировка каждого параметра должна быть независимой, легко осуществляемой и иметь надежную фиксацию.

Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, с нескользящим, слабо электризующимся и воздухопроницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений.

4.3 Требования к микроклимату, содержанию аэроионов и вредных химических веществ в воздухе на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

В производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является вспомогательной, температура, относительная влажность и скорость движения воздуха на рабочих местах должны соответствовать действующим санитарным нормам микроклимата производственных помещений.

В производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные, кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.) и связана с нервно-эмоциональным напряжением, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами микроклимата производственных помещений. На других рабочих местах следует поддерживать параметры микроклимата на допустимом уровне, соответствующем требованиям указанных выше нормативов.

В помещениях всех типов образовательных и культурно-развлекательных учреждений для детей и подростков, где расположены ПЭВМ, должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата (таблица 4.1).

Таблица 4.1 - Оптимальные параметры микроклимата

Температура, С°	Относительная влажность, %	Абсолютная влажность, г/м3	Скорость движения воздуха, м/с
19	62	10	<0,1
20	58	10	<0,1
21	55	10	<0,1

В помещениях, оборудованных ПЭВМ, проводится ежедневная влажная уборка и систематическое проветривание после каждого часа работы на ПЭВМ.

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений, где расположены ПЭВМ, должны соответствовать действующим санитарно-эпидемиологическим нормативам (таблица 4.2)[4.2]

Таблица 4.2 Уровни положительных и отрицательных аэроионов в помещениях с использованием ПЭВМ

	Число ионов в 1 см3 воздуха
	положительных	отрицательных
Минимально необходимые	400	600
Оптимальные (нижняя граница)	1500	3000
Оптимальные (верхняя граница)	3000	5000
Максимально допустимые	50000	50000

.

Содержание вредных химических веществ в воздухе производственных помещений, в которых работа с использованием ПЭВМ является вспомогательной, не должно превышать предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны в соответствии с действующими гигиеническими нормативами.

Содержание вредных химических веществ в производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является основной (диспетчерские, операторские, расчетные, кабины и посты управления, залы вычислительной техники и др.), не должно превышать предельно допустимых концентраций загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных мест в соответствии с действующими гигиеническими нормативами.

Содержание вредных химических веществ в воздухе помещений, предназначенных для использования ПЭВМ во всех типах образовательных учреждений, не должно превышать предельно допустимых среднесуточных концентраций для атмосферного воздуха в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

4.4 Требования к уровням шума и вибрации на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

В производственных помещениях при выполнении основных или вспомогательных работ с использованием ПЭВМ уровни шума на рабочих местах не должны превышать предельно допустимых значений, установленных для данных видов работ в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

В помещениях всех образовательных и культурно-развлекательных учреждений для детей и подростков, где расположены ПЭВМ, уровни шума не должны превышать допустимых значений, установленных для жилых и общественных зданий.

При выполнении работ с использованием ПЭВМ в производственных помещениях уровень вибрации не должен превышать допустимых значений вибрации для рабочих мест (категория 3, тип "в") в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

В помещениях всех типов образовательных и культурно-развлекательных учреждений, в которых эксплуатируются ПЭВМ, уровень вибрации не должен превышать допустимых значений для жилых и общественных зданий в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами.

Шумящее оборудование (печатающие устройства, серверы и т.п.), уровни шума которого превышают нормативные, должно размещаться вне помещений с ПЭВМ.

4.5 Требования к освещению на рабочих местах, оборудованных ПЭВМ

Рабочие столы следует размещать таким образом, чтобы видеодисплейные терминалы были ориентированы боковой стороной к световым проемам, чтобы естественный свет падал преимущественно слева.

Искусственное освещение в помещениях для эксплуатации ПЭВМ должно осуществляться системой общего равномерного освещения. В производственных и административно-общественных помещениях, в случаях преимущественной работы с документами, следует применять системы комбинированного освещения (к общему освещению дополнительно устанавливаются светильники местного освещения, предназначенные для освещения зоны расположения документов).

Освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 - 500 лк. Освещение не должно создавать бликов на поверхности экрана. Освещенность поверхности экрана не должна быть более 300 лк.

Следует ограничивать прямую блесткость от источников освещения, при этом яркость светящихся поверхностей (окна, светильники и др.), находящихся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2.

Следует ограничивать отраженную блесткость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения, при этом яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м2 и яркость потолка не должна превышать 200 кд/м2.

Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях должен быть не более 20. Показатель дискомфорта в административно-общественных помещениях - не более 40, в дошкольных и учебных помещениях - не более 15.

Яркость светильников общего освещения в зоне углов излучения от 50 до 90 градусов с вертикалью в продольной и поперечной плоскостях должна составлять не более 200 кд/м2, защитный угол светильников должен быть не менее 40 градусов.

Светильники местного освещения должны иметь не просвечивающий отражатель с защитным углом не менее 40 градусов.

Следует ограничивать неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями не должно превышать 3:1 - 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования - 10:1.

В качестве источников света при искусственном освещении следует применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). При устройстве отраженного освещения в производственных и административно-общественных помещениях допускается применение металлогалогенных ламп. В светильниках местного освещения допускается применение ламп накаливания, в том числе галогенных.

Для освещения помещений с ПЭВМ следует применять светильники с зеркальными параболическими решетками, укомплектованными электронными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА). Допускается использование многоламповых светильников с электромагнитными пускорегулирующими аппаратами (ЭПРА), состоящими из равного числа опережающих и отстающих ветвей.

Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается.

При отсутствии светильников с ЭПРА лампы многоламповых светильников или рядом расположенные светильники общего освещения следует включать на разные фазы трехфазной сети.

Общее освещение при использовании люминесцентных светильников следует выполнять в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, параллельно линии зрения пользователя при рядном расположении видеодисплейных терминалов. При периметральном расположении компьютеров линии светильников должны располагаться локализовано над рабочим столом ближе к его переднему краю, обращенному к оператору.

Коэффициент запаса (Кз) для осветительных установок общего освещения должен приниматься равным 1,4.

Коэффициент пульсации не должен превышать 5%.

Для обеспечения нормируемых значений освещенности в помещениях для использования ПЭВМ следует проводить чистку стекол оконных рам и светильников не реже двух раз в год и проводить своевременную замену перегоревших ламп.

4.6 Требования к помещениям для работы с ПЭВМ

Здесь необходимо оценивать расположение столов, пультов, перегородок, освещение и т.п. Рассматривается пространственно-предметная среда отдела, отделения, учреждения или офиса. Эргономические требования учитываются и при проектировании здания, выборе места его расположения и т.д.

Возможный вариант расположения рабочих мест с ПЭВМ в помещении представлен на рисунке 4.2

Рисунок 4.1 - нерекомендуемые варианты расположения рабочих мест с персональными компьютерами

Рисунок 4.2- рекомендуемые варианты расположения рабочих мест с персональными компьютерами

Недопустимый вариант размещения компьютерных рабочих мест в помещении представлен на рисунке 4.1 Одной из достаточно распространенных и удобных планировок учреждений с компьютеризированными рабочими местами является так называемый ландшафтный офис. Основное достоинство концепции ландшафтного офиса - гибкость планировки рабочих пространств. Планировка осуществляется с учетом организационной структуры учреждения. Принимается во внимание и то обстоятельство, что структура или ее компоненты часто изменяются. В результате рабочее пространство может легко варьироваться в соответствии с организационными изменениями. Основными проблемами в этом случае являются шум и возможный недостаток конфиденциальности.

4.7 Экологическая оценка драгоценных металлов в деталях, узлах и модулях ПЭВМ, и технологическая схема переработки

Моральное устаревание компьютерной техники - это неизбежное последствие технического прогресса. Срок службы компьютеров невелик: как правило, он не превышает двух-трёх лет. Учитывая, сколь велико количество эксплуатируемых в мире компьютеров, в ближайшие годы утилизация отработавшей своё компьютерной техники станет серьёзной экологической проблемой. По данным исследования, которое три года назад провело американским Национальным советом безопасности (NCS), в течение ближайших лет устаревшее компьютерное оборудование станет основным твердым мусором, загрязняющим планету.

Компьютер имеет в своём составе чёрные, цветные, редкоземельные и драгоценные металлы, а также искусственные сплавы, получаемые химическим путём, что несомненно осложняет процесс утилизации. Более подробно химический состав современных компьютеров в процентных долях приводится в таблице 4.3.

Таблица 4.3 - Химический состав компонентов компьютера

Химический элемент	Доля в компонентах компьютера, %
Кремний	25
Пластмасса	23
Железо	20
Алюминий	14
Медь	7
Свинец	6
Цинк	2
Олово	1
Никель	1
Другие вещества	1

Процесс изготовления одной ПЭВМ (системный блок, монитор, принтер) общим весом 24 кг требует на технологические расходы 240 кг ископаемого топлива для энергоносителей, 22 кг химических веществ и 1500 кг воды.

Любую компьютерную технику можно переработать и пустить во вторичное использование. При грамотной утилизации около 70-80% отходов техники способны вернуться к нам в том или ином виде.

Более 40 лет назад Гордон Мур, один из основателей компании «Intel», заметил, что примерно каждые полтора года производительность компьютерных чипов возрастает вдвое. Вот только у этого вселяющего веру в прогресс «закона Мура» есть одно не упомянутое и малоприятное следствие. Получается, что в каждый момент времени все считающиеся на данный момент современными машины одновременно находятся и на грани устаревания. Постоянно разрабатываются программы, способные задействовать все возможности современных компьютеров. Требования по памяти и графике у последней на данное время (2007 г.) операционной системы Microsoft Vista, например, станут предвестником судного дня для стареющих компьютеров, которые хоть и со скрипом, но справлялись со своими функциями ещё год назад. Согласно оценке Агентства по охране окружающей среды США каждый следующий год от 30 до 40 миллионов ПК будут попадать в утиль.

Извлечение драгоценных металлов из вторичного сырья является частью проблемы использования возвратных ресурсов, которая включает в себя следующие аспекты: нормативно-правовой, организационный, сертификационный, технологический, экологический, экономико-финансовый. Проблема использования вторичного сырья, содержащего драгоценные материалы из компьютеров, периферийного оборудования и иных средств вычислительной техники (СВТ), актуальна в связи с техническим перевооружением отраслей промышленности. К драгоценным металлам относятся: золото, серебро, платина, палладий, родий, иридий, рутений, осмий, а также любые химические соединения и сплавы каждого из этих металлов. Статья 2 п.4 "Федерального закона о драгоценных металлах и драгоценных камнях" от 26 марта 1998 года N 1463 гласит: "Лом и отходы драгоценных металлов подлежат сбору во всех организациях, в которых образуются указанные лом и отходы. Собранные лом и отходы подлежат обязательному учету и могут перерабатываться собирающими их организациями для вторичного использования или реализовываться организациям, имеющим лицензии на данный вид деятельности, для дальнейшего производства и аффинажа драгоценных металлов".

Переработка узлов и деталей, содержащих серебро

Серебро (Ag) имеет атомный вес 107.868, его крайне малое содержание в земной коре составляет всего 0.00001 вес.%. В некоторых местах серебро встречается в самородном состоянии, однако большая часть серебра выплавляется из комплексных руд:

свинцово-цинковых - 50 %;

медных -15%;

золотых - 10 %.

И только 25 % из собственно серебряных руд. За год в мире объем добычи составляет более 10 тыс. тонн.

Чистое серебро - очень мягкий, тягучий металл, плавящийся при 960.8С, имеющий плотность 10.5 г/см3.

Серебро лучше всех металлов проводит электрический ток, что обуславливает его широкое применение в вычислительной технике.

В системном блоке ПЭВМ содержится 5.091336 г серебра.

К серебросодержащему (вторичному) сырью относятся: лом электрических контактов, лом с серебросодержащими покрытиями как металлов (железо, сталь, сплавы цветных металлов), так и неметаллов (стекло, пластмассы, керамика). Толщина слоя металлического серебра может составлять 10- 1800 мкм.

Переработку серебросодержащего сырья осуществляют путем использования пиролизных и гидрометаллургичсских процессов, обеспечивающих глубокое и комплексное извлечение всех присутствующих в материале благородных металлов с получением товарной продукции.

Для шламов, содержащих кроме серебра цветные и благородные металлы, предложен вариант жидкофазного хлорирования, который осуществляется в растворе серной кислоты H2S04 (40-80 г/л) в присутствии хлорного натрия NaCl2 (30-40 г/л) при соотношении 1:3. выщелачивание ведут при температуре 85-95 С и постоянном помешивании с подачей в пульпу газообразного хлора, расход которого - 8-10 дм/час - существенно зависит от состава пульпы. Продолжительность хлорирования составляет 1.5-3 часа. При этом в раствор переходят цветные металлы, золото, платина, железо. А серебро остается в нерастворимом осадке в виде хлористого серебра.

В целях сокращения расхода хлора иногда проводят предварительное выщелачивание в растворе серной кислоты всех присутствующих кислоторастворимых металлов и их соединений, после чего в аппарат подают окислитель. Полученную пульпу разделяют на нутч-фильтре. Осадок промывают водой и направляют на выщелачивание серебра в аммиачную воду:

AgCL + NH4OH [Ag(NH3)2]Cl + H2O

После отделения аммиачного раствора серебра от нерастворимых остатков раствор направляют на дисцилляцию с получением в осадке AgCl. В свою очередь водный раствор первого выщелачивания, содержащий цветные и благородные металлы, направляют на выделение последних.

Процесс хлорирования перерабатываемого материала осуществляется в трех-пятикамерном герметичном титановом реакторе. Каждая камера снабжена турбинным перемешивающим устройством.

Газообразный хлор подают в камеры по ходу движения пульпы. Температуру в аппарате поддерживают с помощью глухого пара, пропускаемого через паровую рубашку.

Технология обеспечивает извлечение серебра на 99 - 99,5%. Содержание примесей в осадке хлористого серебра не превышает 0,3 - 0,7%.

Процесс выделения драгоценных металлов сложный и дорогостоящий, но окупаемый, так как драгоценные металлы вторично применяются для создания технических приборов и устройств повышенной сложности.

Выводы по разделу

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» после проведения анализа условий труда и вредных факторов, возникающих при эксплуатации вычислительной техники, были рассмотрены требования к рабочему месту пользователя ПЭВМ. Была рассмотрена проблема утилизации и вторичной переработки драгоценных металлов, извлеченных из узлов ПЭВМ.

5. Организационно-экономический раздел

5.1 Планирование разработки программного продукта с построением графика

Целью дипломного проекта является разработка программно-математических средств для управления потоками данных в многоканальной системе дистанционного мониторинга. В данном разделе определяется трудоёмкость и затраты на создание ПС, а так же производится расчёт основных технико-экономических показателей проекта.

5.2 Определение трудоемкости и продолжительности работ по созданию программного продукта

Процесс разработки включает: обзор и анализ программных средств схожей тематики, анализ и выбор программных продуктов для создания программы, отладку, испытание.

В свою очередь каждый из этих этапов можно подразделить на отдельные подэтапы.

Согласно ГОСТ 23501.1-79 регламентируются следующие стадии проведения исследования:

техническое задание - ТЗ (ГОСТ 23501.2-79);

эскизный проект - ЭП (ГОСТ 23501.5-80);

технический проект - ТП (ГОСТ 23501.6-80);

рабочий проект - РП (ГОСТ 23501.11-81);

внедрение - ВП (ГОСТ 23501.15-81).

Планирование стадий и содержания работ осуществляется в соответствии с Методическими рекомендациями [5.1]. В таблице 5.1 приведён перечень работ, выполняемых на всех стадиях разработки ПС.

Таблица 5.1 - Состав работ и стадии разработки ПС

Стадии разработки	Перечень работ
Техническое задание	постановка задачи; подбор литературы; сбор исходных данных; определение требований к системе; определение стадий, этапов и сроков разработки ПС;
Эскизный проект	анализ программных средств схожей тематики; разработка общей структуры ПС; разработка структуры программы по подсистемам; документирование;
Технический проект	определение требований к ПС; выбор инструментальных средств. определение свойств и требований к аппаратному обеспечению;
Рабочий проект	программирование; тестирование и отладка ПС; разработка программной документации; согласование и утверждение программы и методики испытаний;
Внедрение	опытная эксплуатация; анализ данных полученных в результате эксплуатации; корректировка технической документации по результатам испытаний;

Трудоемкость разработки ПС на каждой из стадий определяется как сумма трудоемкостей входящих в них работ, оцениваемых экспертным путем в человеко-днях, и носит вероятностный характер, так как зависит от множества трудно учитываемых факторов.

При этом трудоемкость каждой отдельной работы определяется в соответствии с Методическими указаниями [5.3] по формуле:

(5.1)

где: tmin - минимально возможная трудоемкость выполнения данной работы в человеко-днях;

tmax - максимально возможная трудоемкость выполнения этой работы в человеко-днях.

Продолжительность каждой работы в календарных днях (Ti) определяется по формуле [5.3]:

, (5.2а)

где:

ti - трудоемкость работы, человек-дней;

Чi - численность исполнителей, человек;

Kвых - коэффициент, учитывающий выходные и праздничные дни:

, (5.2б)

где:

Kкал - число календарных дней;

Kраб - рабочие дни;

Для расчёта принимается среднее значение Kвых = 1,45.

Полный список видов и этапов работ по созданию ПС, экспертные оценки и расчетные величины их трудоемкости, а также продолжительность каждого вида работ, рассчитанные по формулам (5.1) и (5.2) представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2 - Расчёт трудоёмкости и продолжительности работ по созданию ПС

№ работы	Наименование стадий и работ	Трудоемкость, человеко-дни	Количество исполнителей, чел.	Продолжительность, календарные дни
		t min	t max	ti	Чi	Тi
1	2	3	4	5	6	7
Техническое задание
1.	Постановка задачи;	1	2	1,4	2	1,02
2.	Подбор литературы;	1	3	1,8	1	2,61
3.	Сбор исходных данных;	3	4	3,4	1	4,93
4.	Определение требований к системе;	1	2	1,4	2	1,02
5.	Определение стадий, этапов и сроков разработки ПС;	2	3	2,4	2	1,74
Эскизный проект
6.	Анализ программных средств схожей тематики;	5	6	5,4	1	7,83
7.	Разработка общей структуры ПС	2	4	2,8	2	2,03
8.	Разработка структуры программы по подсистемам;	3	5	3,8	2	2,76
9.	Документирование	2	3	2,4	1	3,48
Технический проект
10.	Определение требований к ПС;	1	2	1,4	2	1, 02
11.	Выбор языка программирования	1	1	1	1	1,45
12.	Определение свойств и требований к аппаратному обеспечению;	1	2	1,4	1	2,03
Рабочий проект
13.	Дизайн проекта;	2	5	3,2	1	4,64
14.	Программирование;	20	25	22	1	31,9
15.	Тестирование и отладка ПС;	8	15	10,8	1	15,66
16.	Разработка программной документации;	2	5	3,2	1	4,64
17.	Согласование и утверждение программы и методики испытаний;	2	4	2,8	2	2,03
Внедрение
18.	Опытная эксплуатация;	5	7	5,8	1	8,41
19.	Анализ данных полученных в результате эксплуатации;	4	8	5,6	1	8,12
20.	Корректировка технической документации по результатам испытаний;	2	2	2	1	2,9
Итого:			84		110

Таким образом, общая трудоёмкость разработки ПС составляет 84 человеко-дней, а их продолжительность - 110 календарных дней.

5.3 Построение ленточного графика разработки программного продукта

В качестве инструмента планирования работ используем ленточный график. Ленточный график является удобным, простым и наглядным инструментом для планирования работ. Он представляет собой таблицу, где перечислены работы и длительность выполнения каждой из них. Продолжением таблицы является линейный график, построенный в масштабе, наглядно показывающий продолжительность каждой работы в виде отрезков прямых, располагающихся в соответствии с последовательностью выполнения работ.

Ленточный график разработки ПС, построенный на основе данных таблицы 5.2 приведён на рисунке 5.1.

Он позволяет наглядно представить логическую последовательность и взаимосвязь отдельных работ, сроки начала и окончания работ, соблюдение которых обеспечит своевременное выполнение проекта и разработку программных средств.

Рисунок 5.1 - Ленточный график разработки ПС

5.4 Расчет сметы затрат на разработку программного продукта

Сметная стоимость проектирования и внедрения программы включает в себя затраты, определяемые по формуле (5.3):

Спр=Сосн+Сдоп+Ссоц+См+Смаш.вр+Сн; (5.3)

где

Спр- стоимость разработки ПС;

См - затраты на используемые материалы;

Сосн - основная заработная плата исполнителей;

Сдоп - дополнительная заработная плата исполнителей, учитывающая потери времени на отпуска и болезни (принимается в среднем 10% от основной заработной платы);

Ссоц - единый социальный налог (ЕСН), представляющий собой отчисления во внебюджетные фонды государственного социального страхования (пенсионный фонд, фонд обязательного медицинского страхования, фонд социального страхования). Рассчитывается в соответствии с установленной ставкой ЕСН как 30% от основной и дополнительной заработной платы;

Сн - накладные расходы включают затраты на управление, уборку, ремонт, электроэнергию, отопление и другие хозяйственные расходы (принимаются в размере 60% от основной и дополнительной заработной платы);

Смаш.вр - стоимость машинного времени.

Основная заработная плата исполнителей

На статью «Заработная плата» относят заработную плату научных, инженерно-технических и других работников, непосредственно участвующих в разработке ПС. Расчёт ведётся по формуле (5.4):

Зисп=Зср*Т , (5.4)

где

Зисп - заработная плата исполнителей (руб.);

Зср - средняя дневная тарифная ставка работника организации разработчика ПС (руб./чел.дни);

Т - трудоёмкость разработки ПС (чел.дни).

Зср определяется по формуле (5.5):

Зср=С/Фмес , (5.5)

где: С - месячная зарплата работника (руб./мес.);

Фмес - среднее количество рабочих дней в месяце (20дн.).

Расчёт затрат на основную заработную плату разработчиков ПС приведен в таблице 5.3.

Таблица 5.3 - Затраты на заработную плату

№	Исполнитель	Оклад, руб./мес.	Оклад, руб./день	Трудоемкость, чел. дней	Сумма, руб.
1	2	3	4	5	6
1.	Руководитель	30000	1500	10	15000
2.	Инженер-программист	20000	1000	74	74000
	Итого Сосн	-	-	84	89000

Дополнительная заработная плата

Дополнительная заработная плата на период разработки ПС рассчитывается относительно основной и составляет 10% от её величины:

Сдоп=Сосн*0.1=89000*0,1=8900руб.

Расчёт отчислений на социальное страхование

Отчисления на социальное страхование рассчитываются относительно выплаченной заработной платы (суммы основной и дополнительной заработной платы). Составляют 30% :

Ссоц=(Сдоп+Сосн)*0.3 (5.6)

Ссоц= (8900+89000)*0.3 = 97900*0,3=29370 (руб.)

Расчёт расходов на материалы

На эту статью относят все затраты на магнитные носители данных, бумагу, для печатных устройств, канцтовары и др. Затраты по ним определяются по экспертным оценкам. Расчёт расходов на материалы приведён в табл. 5.4.

Таблица 5.4 - Расчёт затрат на материалы

№	Материалы	Количество, штуки	Стоимость, рубли
	2	3	4
1.	Бумага писчая, листов	1000	300
2.	Диски, шт	10	350
3.	Другие канцтовары	-	1500
	Итого См		2150

Накладные расходы

На статью «Накладные расходы» относят расходы, связанные с управлением и организацией работ, содержанием помещений (освещение, отопление, уборка и т.д.). Накладные расходы рассчитываются относительно основной заработной платы. Величина накладных расходов принимается равной 60% от основной зарплаты исполнителей. Формула расчёта (5.7):

Сн=Сосн*К, (5.7)

где Сн - накладные расходы (руб.);

Сосн - основная заработная плата исполнителей (руб.);

К - коэффициент учёта накладных расходов (К=0,6).

Сн= 89000 * 0.6 = 53400 (руб.)

Расчёт стоимости машинного времени

Включает затраты на машинное время, необходимое для разработки ПС, расходы на подготовку и приобретение материалов научно-технической информации, расходы на использование средств связи. Расчет затрат на машинное время осуществляется по формуле (5.8):

Смаш.вр=Кмаш.вр·Змаш.вр, (5.8)

где

Кмаш.вр - средняя стоимость одного часа машинного времени (Кмаш.вр=50 руб./час);

Змаш.вр - машинное время, используемое на проведение исследования.

Необходимое количество машинного времени для реализации проекта по разработке программы рассчитывается по формуле (5.9):

Змаш.вр=ti·Тсм·Тср.маш,, (5.9)

где

ti - трудоёмкость работ, человек-дней;

Тсм - продолжительность рабочей смены (при пятидневной рабочей неделе Тсм=8 часов);

Тср.маш - средний коэффициент использования оборудования (Тср.маш=0,7).

Тогда:

Змаш.вр=74·8·0,7= 414,4 (маш.час)

Стоимость машинного времени составит:

Смаш.вр=50·414,4= 20720 (руб.)

Результаты расчета затрат на проектирование программных средств представлены в таблице 5.5.

Таблица 5.5 - Смета затрат на разработку и внедрение ПС

№	Наименование статей	Обозначение	Сумма, руб.	В % к итогу
1	2	3	4	5
1.	Основная заработная плата	Сосн	89000	44,6
2.	Дополнительная заработная плата	Сдоп	8900	4,5
3.	Отчисления на социальные нужды	Ссоц	25454	12,75
4.	Материалы	Смат	2150	1
5.	Стоимость машинного времени	Смаш.вр	20720	10,38
6.	Накладные расходы	Сн	53400	26,75
	Итого:	Спр	199624	100

Таким образом, себестоимость разработки программного продукта составляет 199624 руб.

Данная программа может быть реализована на рынке. При расчётном количестве реализованных программ - n, оптовая цена программы (Цопт) может быть рассчитана по формуле:

Цопт= Спр / n + Пi , где:

Спр - себестоимость разработки программы;

П - прибыль, определяется по формуле:

Пi=Yр * Спрi / n * 100,

где: Yр - средний уровень рентабельности, принимается Yр= 20%;

Таким образом, при среднем расчётном количестве реализованных программ

n = 10 оптовая цена программного продукта составит:

Цопт =199624/10 + 0,2*(199624 /10)=19962,4+3992,48=23955 (руб.)

Отпускная оптовая цена реализации программы потребителям должна включать налог на добавленную стоимость (НДС) и рассчитывается по формуле:

Цотп = Цопт + НДС,

где НДС - налог на добавленную стоимость, рассчитывается в соответствии с действующей ставкой этого налога - 18% от оптовой цены программы:

НДС= 23955 * 0,18= 4312 (руб.)

Цотп = 23955+ 4312= 28267 (руб.)

Таким образом, отпускная цена программы составит 28267 руб., в том числе НДС - 4312 (руб.).

5.5 Расчет основных технико-экономических показателей использования программного продукта

В настоящей дипломной работе разработана система автоматического распознавания специального изображения на основе теории векторного пространства, что позволит пользователю автоматизировать обработку информации.

Основные технико-экономические показатели проведения исследования приведены в таблице 5.6.

Таблица 5.6 - Основные технико-экономические показатели проекта

№	Наименование показателя	Единица измерения	Проектный вариант
1	2	3	4
1.	Способ обработки информации	---	С применением ЭВМ и программных средств
2.	Характеристики исследования:
3.	Среда моделирования	---	Python
4.	Использованные технические средства:
	ПК	---	Intel Core Duo E5400 2700MHz / 2048Mb /250Gb
	принтер	---	Canon Pixma MP250
5.	Количество исследователей	чел	1
6.	Продолжительность проведения исследования	календарных дней	110
7.	Трудоемкость разработки ПС	чел-дней	84
8.	Затраты на проведение исследования	руб	199624
	в том числе:
	стоимость расходных материалов	руб	2150
	основная заработная плата	руб	89000
	дополнительная заработная плата	руб	8900
	отчисления на социальные нужды	руб	25454
	накладные расходы	руб	53400
	стоимость машинного времени	руб	20720

Выводы

В данном разделе были определены стадии разработки ПС, состав работ, рассчитано время, требующееся на проведение исследования и тестирование, построен ленточный график разработки ПС, определены затраты на разработку ПС, приведены основные технико-экономические показатели проведения исследования.

Трудоемкость разработки, согласно расчетам, составит 84 человеко-дней, продлится 110 календарных дня, а затраты на нее составят 199624 рублей.

6. Другие разделы

6.1 Руководство пользователя

После запуска файла captcha.py, откроется основное окно программы. Интерфейс программы представлен на рисунке 6.1. Окно с дополнительной информацией на представлено на рисунке 6.2.

Рисунок 6.1 -- Интерфейс главного окна программы

1 - Предварительный просмотр распознаваемого изображения

2 - Кнопки управления

3 - Результат работы программы

4 - Предварительный просмотр распознанных символов

5 - Окно для вывода служебной информации

Рисунок 6.2 -- Окно дополнительной информации

1 - График, показывающий распределение точек в изображении

2 - Блок, с предварительно обработанным изображением

алгоритм векторный изображение шум

Принцип работы программы довольно прост, для начала нужно нажать на кнопку открыть, после чего откроется диалог выбора файла, содержащего специальное изображение. Выбрав файл, программа начнет его распознавать автоматически. После завершения распознавания, в поле вывода результата появится результат работы программы. В поле вывода служебной информации, должно появиться сообщение об окончании работы. Так же в служебной информации можно увидеть вероятность уверенности программы, в предполагаемом символе от «0» до «1». «1» означает, что символы идентичны, «0» - полностью не совпадают.

6.2 Руководство программиста

Данное руководство представляет собой документацию для разработчиков, которым в процессе введения в эксплуатацию программного обеспечения требуется расширить его возможности.

Все модули программного обеспечения, используемые в его работе, снабжены комментариями, что облегчает понимание его структуры.

Программа разработана в среде Python IDLE с использованием языка Python 2.7. Сам по себе язык Python является скриптовым, поэтому для разработки графического интерфейса использовалась библиотека PyQT. Шаблон главного окна программы создан в среде QT Designer и сохранен в файле «./UI/main_frm.ui». Для компиляции кода в Python, написан небольшой скрипт pyuic4.bat. При запуске которого, запускается интерпретатор Python и скрипт компилятора шаблона. Сам скрипт имеет следующее содержимое:

@"C:\Python27\python" "C:\Python27\Lib\site-packages\PyQt4\uic\pyuic.py" -o main_frm.py main_frm.ui

Из него видно, что входной файл «main_frm.ui» будет скомпилирован в «main_frm.py». При каждом изменении шаблона формы, необходимо запускать компиляцию. При изменении имени выходного файла, нужно так же изменить его в основной программе, в секции подключаемых модулей.

Сам проект разделен на несколько модулей. Самым основным является «engine.py». В нем находится основной код распознавания изображения, функции работы с векторным пространством и определения точности совпадения символов. Главным же файлом, который необходимо запускать, является «captcha.py». В нем находится точка входа в программу. Подключаются все модули, и запускается графическая подсистема, отображающая главную форму программы.

В папке «iconset» находятся эталоны символов. Каждый эталон находится в папке, имеющей имя самого символа. Для добавления новых эталонов, достаточно просто скопировать его в одноименную папку. Для добавления новых языков или спецсимволов, достаточно просто создать одноименную папку и загрузить в нее эталоны символа. В данный момент в нее загружены только основные символы. Это цифры и символы латинского алфавита. Так же при добавлении новых символов, необходимо добавить их в массив в коде программы, для того, чтобы алгоритм смог найти и загрузить их эталоны.

В папке «examples» находятся примеры, для демонстрации работы программы. Так же, среди примеров, есть такие, которые программа распознает с ошибкой. Это сделано для возможности отладки и улучшения алгоритма в будущем.

Во время написания программы большое внимание было уделено детализации и улучшению читабельности кода. Каждая процедура прокомментирована. Названия переменных и функции даны в соответствии с их назначением, например class VectorCompare обозначает, что в данном классе реализованы функции работы векторного пространства, а def relation(self,concordance1, concordance2) означает, что данная функция сравнивает два векторных пространства и возвращает результат их идентичности.

При написании кода меток типа goto использовано не было. Код написан предельно просто и понятно, с расчетом на то, что в дальнейшем будет совершенствоваться. Логическая структура алгоритмов распознавания дана в подразделе 3.3.