Разработка программного обеспечения системы технического зрения для робота-манипулятора

· value (значение цвета) - это общая яркость цвета. Минимальное значение этого параметра превращает любой цвет в черный. Изменяется от 0 до100% (0 - это черный; 100 - может быть белый или более или менее насыщенный цвет).

Графическое представление данной цветовой модели представлено на рисунке 15. технический зрение математический прототип



Рисунок 15 - Графическое представление цветовой модели HSV

Преимущества модели HSV над RGB в том, что оттенок цвета (цветовой тон) задаётся только одной координатой - hue, что позволяет легче отсеивать только нужные цвета с картинки. Кроме того, с помощью координат saturation и value можно минимизировать или полностью исключить влияние слабой освещённости, затемнения или теней в рабочей области камеры. Цветовая модель HSL, также известная, как HLS или HSI, представляет собой следующее:

· HUE - тип цвета(такой как красный, синий или желтый). - Изменяется от 0 to 360°, каждое значение соответствует одному цвету, например, 0 - это красный цвет, 45 - оттенок оранжевого и55 - оттенок желтого.

· SATURATION - насыщенность, вариации цвета в зависимости от яркости. - Изменяется от 0 до100% (от центра оси L черный-белый).

· LIGHTNESS (а также Luminance, или Luminosity, или Intensity) - светлота. Изменяется от 0 до100% (от черного к белому).

Этой модели соответствуют следующие графические интерпретации, приведённые на рисунке 16.



Рисунок 16 - Цветовая модель HSL

Цветовая модель HLS (цветовой тон, светлота, насыщенность) в виде двойного шестигранного конуса является расширением одиночного конуса HSV. Так как модель HLS применяется для самосветящихся предметов, светлота здесь обозначает яркость. В модели HLS цветовой куб RGB проецируется так, что получается двойной шестигранный конус со светлотой по оси от 0 (черный) в одной вершине до 1 (белый) во второй (рисунок 15). Как и в модели HSV, насыщенность определяется радиальным расстоянием от центральной оси. Полностью насыщенные основные цвета и их дополнения получаются при S = 1.

Цветовая модель CMYK, также известная как CMJN, состоит из четырех составляющих:

· CYAN (голубой) - изменяется в диапазоне от 0 до100%;

· MAGENTA (пурпурный) - изменяется в диапазоне от 0 до100%;

· YELLOW (желтый) - изменяется в диапазоне от 0 до100%;

· BLACK (черный) - изменяется в диапазоне от 0 до100%.

CMYK в отличие от RGB является субтрактивной моделью, то есть на бумаге, максимальная яркость дает черный цвет, а отсутствие- белый, в этом их принципиальное различие. Раскладывается она тоже по-другому, на С (Cyan - голубой), M (Magenta - пурпурный), Y (Yellow - желтый) и B (blacK - черный).

На рисунке 17 показано, как смешиваются цвета в этой модели. Голубой + пурпурный дают глубокий синий цвет, пурпурный + желтый, дают ярко-красный, желтый + голубой - зеленый. Голубой, пурпурный и желтый образуют грязно-коричневый цвет. Черный делает любой цвет более темным, отсутствие красителя дает белый.

Рисунок 17 - Смешение цветов в модели CMYK

Интересная особенность этой модели в том, что, не смотря на то, что количество каналов у CMYK целых четыре, и каждый из них содержит 256 градаций яркости, цветовое пространство CMYK уже, чем у RGB.

Типографские краски не могут передать все цвета RGB, поэтому визуально насыщенность CMYK ниже, чем у RGB.

Собственно, для получения полной палитры требуется 3 цвета: С (Cyan - голубой), M (Magenta - пурпурный), Y (Yellow - желтый). Черный (Black) используется для усиления черного, из-за недостаточно качественного представления чёрного цвета с помощью трёх составляющих, а также из-за дешевизны чёрных чернил по сравнению с цветными и для усиления теней на рисунке.

Модель YUV или YCbCr определяет цветовое пространство втерминах компонент яркость/цветность.

· Y, яркостная компонента, или интенсивность. Изменяется в диапазоне от 0 до100%.

· U и V (Сb и Сr) составляющие цветности (синяя и красная соответственно). Определяется в зависимости от используемой версии YUV (YCbCr).

Большая часть визуальной информации, к которой наиболее чувствительны глаза человека, состоит из высокочастотных, полутоновых компонентов яркости (Y) цветового пространства YUV (YCbCr). Две других составляющих цветности (U и V или Сb и Сr) содержат высокочастотную цветовую информацию, к которой глаз человека менее чувствителен.

Модель YUV (YCbCr) используется в видеостандартах PAL, NTSC и SECAM.

Графическое представление модели приведено на рисунке 18:

Рисунок 18 - Цветовая модельYUV

Система CIE XYZ была создана в1931 г. в Англии, где состоялось заседание Международной комиссии по освещению (МКО) (Commission International de l'Eclairage), на котором обсуждались международные стандарты определения и измерения цветов. В качестве стандарта был выбран двумерный цветовой график МКО (CIE) 1931г. и набор из трех функций реакции глаза, позволяющий исключить отрицательные величины и более удобный для обработки. Основные цвета системы МКО (CIE) получены из стандартных функций реакции глаза, график которой приведён на рисунке 19.

Рисунок 19 - Стандартный колориметрический наблюдатель МКО (CIE) 1931 г.

Гипотетические основные цвета системы МКО обозначаются X, У, Z. На самом деле они не существуют, так как без отрицательной части они не могут соответствовать реальному физическому свету. Треугольник XYZ был выбран так, чтобы в него входил весь видимый спектр. Координаты цветности системы МКО (CIE) x, y, z таковы:

x= , y= , z= и х + у +z = 1. (12)

При проекции треугольника XYZ на плоскость ху получается цветовой график МКО (CIE). Координаты цветности х и у представляют собой относительные количества трех основных цветов XYZ, требуемые для составления любого цвета. Однако они не задают яркость (интенсивность) результирующего цвета. Яркость определяется координатой Y, а X и Z подбираются в соответствующем масштабе. При таком соглашении (х, у, Y) определяют как цветность, так и яркость.

Обратное преобразование координат цветности в координаты цвета XYZ имеет вид:

X= x , Y= Y , Z= (1 - x - y ) (13)

Комиссия решила ориентировать треугольник XYZ таким образом, чтобы равные количества гипотетических основных цветов XYZ в сумме давали белый.

Таким образом, система CIE XYZ - это:

· X, которую можно сравнить с красной - изменяется от 0 до 0,9505

· Y, которую можно сравнить с зеленой - изменяется от 0 до 1,0

· Z, которую можно сравнить с синей - изменяется от 0 до 1,089

Система CIE XYZ может быть представлена так, как показано на рисунке 20.

Рисунок 20 - Цветовая система CIE XYZ

Модель YIQ. Для того чтобы использовать модель RGB как стандарт в цветном телевидении, сигнал должен лежать в полосе от 0 до 6 МГц и быть совместимым со стандартным черно-белым телевидением. В1953 г. Национальный комитет по телевизионным системам (NTSC) принял в качестве стандарта цветовую модель YIQ, основанную на системе МКО (CIE) XYZ. Из-за ограничений на ширину полосы пропускания яркость определяется одной координатой Y. Сигнал Y занимает основную часть полосы частот (0-4 МГц), причем в нем пропорции красного, зеленого и синего основных цветов NTSC выбраны так, что он соответствует кривой спектральной чувствительности глаза. В сигнале Y содержится информация о яркости, поэтому в черно-белом телевидении используется только эта координата. В качестве опорного белого цвета в системе NTSC раньше использовался стандартный источник С МКО (CIE). Сейчас же для этой цели обычно применяется стандартный источник D6500 МКО (CIE).

Различие между ними невелико. Для того чтобы передавать цвет, т. е. тон и насыщенность, при помощи более узкой полосы частот, учитываются некоторые особенности зрительного восприятия. В частности, чем меньше предмет, тем хуже различаются его цвет, а объекты, меньшие определенного размера, кажутся черно-белыми. Если же объект меньше некоторого минимального предела, то его цвет вообще не воспринимается. В модели YIQ информация о тоне и насыщенности цвета представляется с помощью линейных комбинаций разностей красного, зеленого и синего цветов и значения Y. Координата цвета I (синфазный сигнал) соответствует цветам от оранжевого до голубого, т. е. "теплым" тонам, Q (интегрированный сигнал) - от зеленого до пурпурного, т. е. всем остальным. Координата I занимает полосу частот примерно 1,5 МГц, a Q - только 0,6 МГц.

Следует также рассмотреть модель Манселла. Цилиндрическое представление используется также в цветовой модели Манселла, основанной на наборе образцов цвета. Модель Манселла - это стандарт восприятия. В этой модели цвет определяется цветовым тоном, насыщенностью (чистотой) и светлотой (количеством света). На центральной оси цилиндра находятся значения интенсивности от черного на нижней грани до белого - на верхней. При увеличении радиального расстояния от оси возрастает насыщенность, или чистота, цвета. Цветовой тон определяется углом, как показано на рисунке 21.

Рисунок 21 - Концептуальное представление модели цветов Манселла

Главное преимущество модели Манселла, благодаря которому она широко применяется в промышленности, состоит в том, что одинаковые приращения насыщенности, тона и интенсивности вызывают ощущения одинаковых изменений при восприятии. В цилиндре есть незаполненные места. Существует преобразование субъективного представления цвета в модели Манселла в основные цвета системы МКО (CIE). Есть возможность пользоваться цветами Манселла при выводе на цветной дисплей. При этом основные цвета МКО служили промежуточным стандартным цветовым пространством: сначала координаты Манселла преобразуются к основным цветам системы МКО (CIE) XYZ, а затем переводятся в координаты RGB для цветного монитора. Этим способом получили некоторые цвета Манселла, которые раньше были известны только как экстраполяция существующих образцов. Отсюда видно практическое значение стандартного цветового пространства МКО (CIE). В машинной графике оно особенно важно при создании или моделировании красок для репродукций на основе существующих промышленных красителей.

Далее приведена цветовая истема CIE L*a*b*. Преимущества цветового режима Lab заключается в том, что он дает доступ как к цветам RGB, так и к цветовой палитре CMYK. Это режим работы для профессионалов, некоторые авторы советуют работать именно с ним, проблема здесь заключается в том, что он немного сложен для восприятия, но если его освоить, то это даст вам преимущество в работе с web и полиграфией. Lab заполняет пробел, существующий между RGB и CMYK. Например, цветовая модель RBG хорошо воспроизводит цвета в диапазоне от синего до зеленого, но страдает от недостатка желтых и оранжевых оттенков. Оттенков, отсутствующих в модели CMYK, тоже достаточно много. Модель Lab лишена этих недостатков. И состоит из следующих составляющих.

· L*, яркость;

· a*, содержит цвета в диапазоне от темно-зеленого, через серый, до ярко-розового;

· b*, содержит цвета от светло-синего до ярко желтого.

Звездочки означают вариант пересчета, выбранный CIE, т.к. систем Lab было создано несколько. Модель Lab призвана разрешить проблему множественности подходов к цветному репродуцированию, вызванную использованием различных типов мониторов и выводных устройств. Эта модель задумана как аппаратно-независимая. Иными словами, она воссоздает одни и те же цвета независимо от особенностей устройства (монитора, принтера или компьютера), которое используется для создания или вывода изображений. Графическое представление модели Lab приведено на рисунке 22.

Рисунок 22 - Цветовая модель Lab

Цветовая модель Lab используется в Photoshop, где при переводе изображения из RGB в CMYK применяется алгоритм, в котором промежуточной стадией этой трансформации является Lab. При этом достаточно часто после конвертации графических данных в цветовое пространство типа LAB отбрасывается часть информации о цвете (в зависимости от конкретной реализации алгоритма).

3.6 Выбор оптимальной цветовой модели

В результате обзора существующих цветовых моделей можно сделать выбор в пользу определённой модели (системы) представления цвета. Исходя из специфики задачи - преобразования изображения с камеры, можно сказать, что цветовая модель CMYK не подходит для данной задачи, так как она создана для печати цветов на бумаге, кроме того в ней все 4 составляющих отвечают за цветовой тон, и будет трудно задавать цвета картинки, подлежащие отсеиванию, а тем более трудно задать диапазоны нужных цветов. Цветовая система CIE XYZ создана для представления и кодирования всего диапазона цветов, которые способен воспринять человеческий глаз и имеет достаточно сложное представление, из-за чего постоянно придётся преобразовывать гипотетические основные цвета в координаты цветности системы и обратно.

Цветовые модели YUV и YIQ созданы для использования в видеостандартах, и цветовые составляющие выбраны соответствующим образом, что может оказаться неудобным для кодирования цветов в данной задаче.

Цветовая модель Lab является довольно универсальной, и может задавать цветовые оттенки как RGB так и CMYK, является аппаратно-независимой, но в данной задаче не требуется выводить картинки с камеры на печать, а значит можно пользоваться более простыми цветовыми моделями.

Модель RGB, в которой получается изображение с камеры, хоть и способна представить все 16 миллионов цветов, которые может показать монитор, является неудобной в смысле кодирования цвета, так как для задания цветового тона используются все три координаты, и это также создаст трудности при задании диапазона цветов, подлежащего отсеиванию. Кроме этого довольно трудно минимизировать влияние слабой освещённости или теней в рабочей области камеры, меняя все 3 компоненты цвета.

Остаётся ещё три цветовых модели, сходных по набору составляющих, кодирующих цвет - это HSV, HSL и модель Манселла. В них для задания цветового тона используется всего одна координата, что позволяет легче отсеивать только нужные цвета с картинки. Кроме того, с помощью координат saturation и value можно минимизировать или полностью исключить влияние слабой освещённости, затемнения или теней в рабочей области камеры. Хотя модели HSL представляет более широкий диапазон, чем HSV и модель Манселла, решено использовать модель HSV, так как три миллиона цветов, которые с помощью её можно представить вполне достаточно для нахождения контуров и минимизации влияния слабой освещённости и теней.

3.7 Способ преобразования кадра из модели RGB в модель HSV

В ходе преобразования цвета из модели RGB в модель HSV получаются значения составляющих в следующих диапазонах: Н - цветовой тон - от 0 до 360°, где 0° - красный тон; S - насыщенность - от 0 до 255; где 0 означает отсутствие цвета, то есть оттенок серого в диапазоне между чёрным и белым; V - значение (яркость) - от 0 до 255, где 0 - это чёрный, а 255 - белый или более или менее насыщенный цвет.

Способ перевода RGB в HSV состоит из следующих вычислений.

Дано: МAX - функция определения максимума среди трех составляющих R,G и B; MIN - функция определения минимума среди трех составляющих R,G и B.

Составляющая hue вычисляется следующим образом

не определяется, если MAX=MIN

60 * (G - B)/(MAX - MIN) + 0, если MAX=R и G>=B

H = 60 * (G - B)/(MAX - MIN) + 360, если MAX=R и G<B

60 * (B - R)/(MAX - MIN) + 360, если MAX=G

60 * (R - G)/(MAX - MIN) + 360, если MAX=B. (14)

На главной форме программы решено расположить два бегунка для задания нижней и верхней границы цветового тона, а также есть возможность задания нижних и верхних границ насыщенности и яркости. Это сделано для более лёгкой настройки системы технического зрения для работы в конкретных световых условиях. Оператор во время настройки системы с помощью приведённых инструментов задаст такие значения тона, насыщенности и яркости, при которых будут наиболее чётко видны маркеры на пальцах щупа или объекты. Введено ограничение на цвет объектов: объекты должны быть одного цвета, отличного от цвета фона.

При использовании HSV более нет надобности использовать чистый светлый фон рабочей области. Главное, чтобы фон не отражал бликов, что может затруднить выделение объектов и нахождение контуров.

На рисунке 23 показано, какие элементы добавлены на экранную форму после добавления в систему цветовой модели HSV. Как видно из рисунка, на форме присутствует два бегунка для задания нижней и верхней границы цветового тона, а также есть возможность задания нижних и верхних границ насыщенности и яркости. Это сделано для более лёгкой настройки системы технического зрения для работы в конкретных световых условиях. Оператор во время настройки системы с помощью приведённых инструментов задаст такие значения тона, насыщенности и яркости, при которых будут наиболее чётко видны маркеры на пальцах щупа или объекты. Введено ограничение на цвет объектов: объекты должны быть одного цвета, отличного от цвета фона.



Рисунок 23 - Главная форма программы после добавления элементов управления цветовой моделью HSV

3.8 Алгоритм выделения контуров на изображении с камеры

Алгоритм выделения замкнутых контуров на бинаризированном изображении с камеры приведён на рисунке 24.

Для поиска контуров на бинаризированном изображении предварительно необходимо найти все граничные точки (блоки 1-3), то есть точки, принадлежащие объекту, но имеющие хотя бы одну соседнюю точку, принадлежащую фону. Это и будет означать, что такая точка находится на краю контура, изображённого на бинарном изображении белым цветом.

После нахождения граничных точек выбирается первая по порядку в качестве начальной точки нового контура. Далее определяется, если эта точка начальная, то для неё резервируется одна из соседних граничных точек (блок 6) для того, чтобы через эту резервную точку в итоге можно было прийти снова в начальную, найдя замкнутый контур. Если этого не сделать, то все соседние точки, кроме одной повлекут создание дочерних контуров и найденные контуры могут повторяться.

Далее определяется, есть ли у текущей точки соседние граничные кроме резервной (для начальной) или предыдущей (если точка не является начальной). И если таких точек нет, контур не считается замкнутым и отбрасывается, а из списка граничных точек выбирается следующая, она является начальной для вновь создающегося контура (блок 5).

Если у текущей точки всё же есть соседние граничные точки, то определяется сколько их: если такая всего одна, то она добавляется в текущий контур (блок 7), иначе одна из соседних граничных точек добавляется в текущий контур (блок 8), а для всех остальных соседних точек создаётся отдельная копия текущего контура (дочерние контуры с начальной точкой текущего контура) и эти точки добавляются в вновь созданные контуры (блок 9). Кроме этого создаются дочерние контура с начальными точками в соседних текущей точки (блок 10) для того, чтобы на изображении выделялись все контуры, в том числе и вложенные. Осуществляется переход на вновь добавленную точку текущего контура (блок 11). Определяется, была ли эта точка начальной для данного контура, то есть замкнулся ли контур. Если это так, то получен замкнутый контур, он добавляется в список замкнутых контуров (блок 12), иначе для этой новой текущей точки повторяется анализ (блоки 6-11).

После нахождения замкнутого контура выбирается следующий недорассмотренный незамкнутый контур, если такие есть, выбирается его последняя точка в качестве текущей (блок 13). Если таких контуров нет, определяется, есть ли ещё нерассмотренные граничные точки, и если есть, то следующая такая точка становится началом нового контура и далее анализируется (блоки 6-11). Иначе все замкнутые контуры найдены. Уже над ними выполняется контурный анализ.



Рисунок 24 - Блок-схема алгоритма выделения замкнутых контуров



3.9 Описание алгоритма выполнения контурного анализа

Алгоритм выполнения контурного анализа представлен на рисунке 25.

Рисунок 25 - Алгоритм выполнения контурного анализа

На полученном бинаризованном изображении выполняется поиск замкнутых контуров объектов и добавление их в список. Затем список фильтруется по определенным параметрам (длина, радиус описанной окружнасти и т.д.) Для оставшихся объектов выполняется преобразование цепного кода Фримена в векторную форму для возможности дальнейшей обработки. Так как длина контуров разная и отличается от шаблонов, для дальнейшего сравнения необходимо выполнить эквализацию контуров. Предварительный отбор производится при сравнении АКФ контуров с АКФ шаблонов. Если совпадение найдено, то выполняется скалярное произведение векторов, по которым можно определить степень сходства и ориентацию объекта. Так же вычисляются координаты центра объекта на изображении. Распознанные объекты помещаются в список для дальнейшей манипуляции ими, а не распознанные не выводятся оператору-пользователю.

3.10 Разработка инструмента добавления шаблонов контуров в систему

Экранная форма с инструментами добавления новых шаблонов контуров в систему приведена на рисунках 26, 27.

Рисунок 26 - Экранная форма с инструментами добавления шаблона.

При нажатии кнопки «Добавить шаблон» на главной форме появляется строка для ввода названия нового контура, а также открывается окно (рисунок 27) для того, чтобы пользователь мог с помощью компьютерной мыши нарисовать контур -шаблон, с которым впоследствии будут сравниваться все контуры, найденные в кадре web-камеры. При нажатии кнопки «Добавить» новый шаблон дозаписывается в бинарный файл для хранения шаблонов. При нажатии кнопки «Отмена» нарисованный шаблон не сохраняется и окно ввода шаблона закрывается; строка для ввода имени шаблона и кнопки «Добавить» и «Отмена» убираются с главной формы программы.

Рисунок 27 - Окно задания нового шаблона

В данном разделе был разработан математический аппарат программного обеспечения системы технического зрения для распознавания контуров объектов, приведены алгоритмы выделения контуров и контурного анализа. Также проведён обзор существующих моделей представления цвета и выбрана наиболее подходящая для поставленной задачи. Показано, как производится добавление новых шаблонов контуров в систему.

4. Безопасность жизнедеятельности

Проблема безопасности человека в процессе его жизнедеятельности с развитием науки и техники становится всё более актуальной. Это происходит из-за взаимного влияния человека и окружающей среды друг на друга. Каждый год происходит множество чрезвычайных ситуаций, как экологического, так и техногенного характера. Растёт число людей, страдающих заболеваниями, в том числе и хроническими, в результате пагубного влияния окружающий среды, воздействия опасных и вредных факторов.

Для изучения и решения этой проблемы существует специальная наука - безопасность жизнедеятельности (БЖД) - наука о комфортном и безопасном взаимодействии человека и окружающей среды. Целью данной науки является защита человека от воздействия техногенных, антропогенных и природных факторов, а так же создания комфортных условий жизни и деятельности человека.

БЖД решает четыре основные задачи:

· идентификация (распознавание) опасностей их параметров и характеристик;

· разработка мероприятий предупреждающих воздействие опасностей на человека;

· ликвидация последствий;

· создание комфортных условий.

Раздел БЖД, изучающий обеспечение безопасности человека в производственной деятельности - охрана труда. Охрана труда (ОТ) - это совокупность законодательных актов и соответствующих им социально-экономических, технических, гигиенических и организационных мероприятий, обеспечивающих безопасность сохранности здоровья и работоспособность человека в процессе труда.

В современном мире всё большее число людей, как на производстве, так и в офисах, вынуждены систематически работать с вычислительной техникой, которая отрицательно воздействует на здоровье обслуживающего персонала. Поэтому в целях сохранения здоровья людей немаловажным является обеспечение безопасности в рабочем помещении при работе с ЭВМ. Правильная организация условий работы с компьютером позволяет значительно снизить утомляемость пользователя, а значит и сохранить производительность его труда.

В этой сфере сейчас в России действуют два основных государственных стандарта: [5], содержащий общие эргономические требования и требования безопасности к средствам отображения информации индивидуального пользования, и [6], содержащий методы измерений и оценки эргономических параметров и параметров безопасности средств отображения информации индивидуального пользования. На их основе Госсанэпиднадзор России разработал и с 01.01.2003 ввел в действие обязательные санитарные правила и нормы - [7], где содержатся гигиенические требования к персональным электронно-вычислительным машинам (персональным компьютерам, ПК) и организации работы. На сегодняшний день это основной нормативный документ по безопасной работе на компьютере.

Санитарные правила и нормы [8] содержат санитарно-гигиенические требования к ПЭВМ вообще и к дисплеям в частности, требования к помещениям, где эксплуатируются ПЭВМ, к микроклимату, акустическим шумам и вибрациям, освещению, организации и оборудованию рабочих мест с видеодисплейными терминалами (ВДТ) и ПК как для взрослых пользователей, так и для детей.

Другой важной сферой обеспечения безопасности человека является обращение с твёрдыми бытовыми отходами (ТБО), которые загрязняют окружающую среду и также вредят здоровью людей. В современном российском законодательстве существует достаточно много нормативных документов, регулирующих обращение с ТБО, среди них Федеральные законы об отходах производства и потребления [9], об охране атмосферного воздуха [10], о санитарно-эпидемиологическом благополучии населения [11], Земельный кодекс [12], санитарные правила и нормы [13], в которых содержатся гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления, санитарные правила и нормы [14], где описаны гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов, правила и нормы технической эксплуатации жилищного фонда [15], утвержденные Постановлением Росстроя, санитарные правила и нормы [16], где приведены требования по содержанию территорий населенных мест, [17] и другие нормативные акты.

4.1 Требования к ВДТ и ПЭВМ, к помещениям для их эксплуатации, к микроклимату, шуму, вибрации и освещению

Согласно [7], визуальные эргономические параметры ВДТ и ПЭВМ, их конструкция и дизайн относятся к параметрам безопасности, то есть их неправильный выбор может так же повредить здоровью пользователей, как и плохая освещённость, шум, вибрации. Следовательно, ВДТ должны сертифицироваться в том числе и по этим параметрам. Установлено, что корпусы ПЭВМ должны иметь матовую поверхность, окрас в спокойный мягкий цвет с коэффициентом отражения 0,4 - 0,6 и не иметь блестящих деталей, способных создавать блики. Допустимые визуальные параметры устройств отображения информации (ВДТ) представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Допустимые визуальные параметры ВДТ

Параметры	Допустимые значения
Яркость белого поля	Не менее 35 кд/кв.м
Неравномерность яркости рабочего поля	Не более ± 20 %
Контрастность (для монохромного режима)	3:1
Временная нестабильность изображения (непреднамереное изменение во времени яркости изображения экрана дисплея)	Не должна фиксироваться
Пространственная нестабильность изображения (непреднамеренное изменнение положения фрагментов изображения экрана)	Не более 2*10L-4L, где L - расстояние наблюдения

Перечень продукции и контролируемых гигиенических параметров вредных и опасных факторов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Перечень продукции и контролируемых гигиенических параметров вредных и опасных факторов

Вид продукции	Контролируемые гигиенические параметры
Машины вычислительные электронные цифровые, машины вычислительные электронные цифровые персональные (включая портативные ЭВМ)	Уровни электромагнитных полей (ЭМП), акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальные показатели ВДТ, мягкое рентгеновское излучение*
Устройства периферийные: принтеры, сканеры, модемы, сетевые устройства, блоки бесперебойного питания	Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе
Устройства отображения информации (видеодисплейные терминалы)	Уровни ЭМП, визуальные показатели, концентрация вредных веществ в воздухе, мягкое рентгеновское излучение*
Автоматы игровые с использованием ПЭВМ	Уровни ЭМП, акустического шума, концентрация вредных веществ в воздухе, визуальные показатели ВДТ, мягкое рентгеновское излучение*
* Контроль мягкого рентгеновского излучения осуществляется только для видеодисплейных терминалов с использованием электронно-лучевых трубок.

Для дисплеев на ЭЛТ частота обновления изображения должна быть не менее 75 Гц при всех режимах разрешения экрана, гарантируемых нормативной документацией на конкретный тип дисплея и не менее 60 Гц для дисплеев на плоских дискретных экранах (жидкокристаллических, плазменных и т.п.).

Яркость и контрастность ВДТ должны иметь возможность регулироваться.

Мощность экспозиционной дозы мягкого рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0,05 м от экрана и корпуса ВДТ (на электроннолучевой трубке) не должна превышать 1 мкЗв/час (100 мкР/час).

Концентрации вредных веществ, которые выделяются ПЭВМ в воздух помещений, не должны превышать предельно допустимых концентраций (ПДК), установленных для атмосферного воздуха.

Требования к помещениям. Помещения для эксплуатации ПЭВМ должны освещаться как естественно так и искусственно. Без естественного освещения эксплуатация ПЭВМ допускается только при наличии положительного санитарно-эпидемиологического заключения, выданного в установленном порядке. Освещение, и естественное, и искусственное, должно соответствовать требованиям действующей на данный момент нормативной документации. Окна в помещениях, где эксплуатируется вычислительная техника, должны быть ориентированы преимущественно на север и северо-восток.

Оконные проемы должны быть оборудованы следующими регулируемыми устройствами: жалюзи, занавеси, внешние козырьки и др.

ПЭВМ не должны размещаться в цокольных и подвальных этажах зданий, где находятся образовательные и культурно-развлекательные учреждения для детей и подростков. Площадь на одно рабочее место пользователей ПЭВМ с ВДТ на базе электроннолучевой трубки (ЭЛТ) должна составлять не менее 6 м², в помещениях культурно-развлекательных учреждений и с ВДТ на базе плоских дискретных экранов (жидкокристаллические, плазменные) - 4,5 м². При использовании ПВЭМ с ВДТ на базе ЭЛТ (без вспомогательных устройств - принтер, сканер и др.), отвечающих требованиям международных стандартов безопасности компьютеров, с продолжительностью работы менее 4-х часов в день допускается минимальная площадь 4,5 м² на одно рабочее место пользователя (взрослого и учащегося высшего профессионального образования).

Отделка интерьера помещений для ПЭВМ должна производиться с помощью диффузно-отражающих материалов с коэффициентами отражения 0,7 - 0,8 (для потолка); 0,5 - 0,6 (для стен); 0,3 - 0,5 (для пола). Для отделки помещения возможно использование полимерных материалов, но только при наличии санитарно-эпидемиологического заключения.

В помещениях, в которых находятся рабочие места с ПЭВМ, должно быть предусмотрено защитное заземление (зануление) согласно требованиям эксплуатации.

Также рабочие места с ПЭВМ не должны находиться около силовых кабелей и вводов, высоковольтных трансформаторов и другого технологического оборудования, способного создать помехи в работе ПЭВМ.

4.1.1 Требования к микроклимату следующие

Если в помещении работа с ПЭВМ является вспомогательной, то температура, относительная влажность и скорость движения воздуха на рабочих местах должны соответствовать действующим санитарным нормам микроклимата производственных помещений. Если же работа с ПЭВМ в данном помещении является основной (например, диспетчерские, посты управления и др.) и влечёт нервно-эмоциональное напряжение пользователя (оператора), то должны обеспечиваться оптимальные параметры микроклимата для категории работ 1а и 1б в соответствии с действующими санитарно-эпидемиологическими нормативами микроклимата производственных помещений. Ежедневно в помещениях, оборудованных ПЭВМ, должна проводиться влажная уборка, а также после каждого часа работы с ПЭВМ помещение должно проветриваться.

В образовательных и культурно-развлекательных учреждениях для детей и подростков, в помещениях, где установлены ПЭВМ, должны обеспечиваться параметры микроклимата приведённые в таблице 4.



Таблица 4 - Оптимальные параметры микроклимата во всех типах учебных и дошкольных помещений с использованием ПЭВМ

Температура, Сє	Относительная влажность, %	Абсолютная влажность, %	Скорость движения воздуха, м/с
19	62	10	Менее 0,1
20	58	10	Менее 0,1
21	55	10	Менее 0,1

Уровни положительных и отрицательных аэроионов в воздухе помещений, где расположены ПЭВМ, должны соответствовать действующим санитарно-эпидемиологическим нормативам. В производственных помещениях, в которых работа с использованием ПЭВМ является вспомогательной, содержание вредных химических веществ в воздухе не должно превышать предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе рабочей зоны также 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.

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

При выполнении основных или вспомогательных работ в производственных помещениях 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. Также, в соответствии с этими нормативами уровень вибрации не должен превышать допустимых значений вибрации для рабочих мест (категория 3, тип "в").

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.

В помещениях образовательных и культурно-развлекательных учреждений, где используются ПЭВМ, уровень вибрации не должен превышать допустимых значений для жилых и общественных зданий. Также эти значения не должны превышаться для уровней шума в подобных учреждениях для детей и подростков.

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

В данном пункте описаны требования к освещению рабочих мест, оборудованных персональными компьютерами. Рабочие столы с ПЭВМ нужно размещать так, чтобы видеодисплейные терминалы были ориентированы боковой стороной к световым проемам и естественный свет падал преимущественно слева.

Искусственное освещение, применяемое в помещениях с ПЭВМ должно быть равномерным, а в производственных и административно-общественных помещениях, где на рабочих местах осуществляется преимущественно работа с документами, нужно применять комбинированное освещение, то есть к общему освещению добавляются светильники местного освещения, используемые для освещения документов на рабочих столах. Таким образом, освещенность на поверхности стола в зоне размещения рабочего документа должна быть 300 - 500 лк. На поверхности экрана освещение не должно создавать бликов и её освещенность не должна быть более 300 лк.

Должны ограничиваться прямая блёсткость, то есть от источников освещения и отражённая (экран, стол, клавиатура). Яркость светящихся поверхностей (окна, светильники), находящихся в поле зрения должна быть не более 200 кд/м². Яркость бликов на экране ПЭВМ должна быть не более 40 кд/м², а яркость потолка - не более 200 200 кд/м². Это достигается за счёт правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отношению к источникам естественного и искусственного освещения.

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

Также ограничивается неравномерность распределения яркости в поле зрения пользователя ПЭВМ, при этом соотношение яркости между рабочими поверхностями должно быть не более 5:1, а между рабочими поверхностями и поверхностями стен и оборудования - не более10:1.

Существуют также показатели ослеплённости и дискомфорта. Показатель ослепленности для источников общего искусственного освещения в производственных помещениях с ПЭВМ должен быть не более 20, а показатель дискомфорта в административно-общественных помещениях - не более 40, в дошкольных и учебных помещениях не более 15.

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

Применение светильников без рассеивателей и экранирующих решеток не допускается.

При использовании люминесцентных светильников общее освещение 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 пользователю-оператору.

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.

В системах искусственного освещения в течение времени эксплуатации происходит снижение освещенности в результате:

· спада светового потока ламп вследствие их старения;

· выхода из строя ламп в течение срока эксплуатации;

· загрязнения оптической системы светильников;

· загрязнения светопропускающих поверхностей источников света;

· спада КПД светильников вследствие старения светоотражающих материалов.

В системах естественного освещения с течением времени происходит снижение освещенности в результате:

· загрязнения светопропускающих поверхностей светоограждающих конструкций;

· снижения коэффициентов пропускания.

Для учета снижения освещенности в процессе эксплуатации систем освещения вводится коэффициент запаса (К_з). Он зависит от содержания пыли и состояния среды в помещениях, частоты чисток светильников или остекления светопроемов, сменности работ на предприятии и принимает значения от 1,2 до 2.0. Коэффициент запаса для осветительных установок общего освещения в помещениях с ПЭВМ должен равняться 1,4.

Световой поток разрядных источников света при питании током промышленной частоты пульсирует с частотой 100 Гц. Пульсация светового потока зрительно не воспринимается, так как частота пульсации превышает критическую частоту слияния мельканий, но неблагоприятно влияет на биоэлектрическую активность мозга, вызывая повышенную утомляемость. Отрицательное воздействие пульсации возрастает с увеличением ее глубины, появляется напряжение на глазах, усталость, трудность сосредоточения на сложной работе, головная боль.

В качестве количественной характеристики пульсации освещенности в отечественных нормах принят коэффициент пульсации (К_п)

К_п = 100*(E_макс - E_мин) / 2 E_ср , (17)

где Е_макс и Е_мин -- максимальное и минимальное значения освещенности за период ее колебания, лк;

Е_ср - среднее значение освещенности за этот же период, лк.

В помещениях, где используются ПЭВМ, коэффициент пульсации должен быть не более 5%.

4.2 Организация системы экологически безопасного обращения с твёрдыми бытовыми отходами

Согласно «Концепции обращения с твердыми бытовыми отходами в Российской Федерации» (МДС 13-8.2000), которую можно считать базовым документом, определяющим государственную политику в области управления ТБО, в России сложилась система обезвреживания ТБО, основанная на захоронении подавляющего большинства отходов (около 98 %) на полигонах и неорганизованных свалках. Положение усугубляется тем, что из-за отсутствия раздельного сбора ТБО в общий контейнер, а нередко рядом с ним, вместе с бумагой, полимерной, стеклянной и металлической тарой, пищевыми отходами выбрасываются лекарства с просроченным сроком годности, разбитые ртутьсодержащие термометры и люминесцентные лампы, тара с остатками ядохимикатов, лаков, красок и т.д. Все это под видом малоопасных ТБО вывозится на свалки, которые чаще всего устраивают в выработанных карьерах, оврагах, заболоченных местах вблизи населенных пунктов, что недопустимо с эколого-гигиенических позиций. Нередко их называют полигонами, однако они не отвечают требованиям, предъявляемым к сооружениям по захоронению отходов.

Сточные воды, вытекающие с полигонов в результате воздействия природных осадков и процессов в ТБО, содержат много крайне токсичных органических и неорганических веществ. Неконтролируемые процессы на свалках приводят к формированию болезнетворной микрофлоры, также усугубляющей опасность сточных вод, которая при отсутствии необходимой гидроизоляции попадает в почву, проникает в подземные воды и по водостокам - в открытые водоемы, отравляя источники водоснабжения. Токсичность сточных вод приводит к уничтожению окружающей свалки растительности и отравлению почв.

Кроме этого со свалок в атмосферу постоянно поступают газообразные продукты распада ТБО - метан, аммиак и др. Они часто являются причиной пожаров на свалках. Эти пожары загрязняют атмосферу. Кроме того, метан является газом, способствующим разрушению озонного слоя.

Всё вышесказанное говорит о крайней экологической опасности неорганизованных свалок даже для тех, кто не входит в непосредственный контакт с отходами. В результате распространения загрязнений по воде и воздуху у жителей, проживающих вблизи со свалками, отмечается повышенная заболеваемость и смертность, рождение детей с уродствами.

Однако, перед тем как попасть на свалки и полигоны (законные или незаконные), твёрдые бытовые отходы должны быть правильно собраны и вывезены с населённых территорий. Регулирование в сфере рациональной системы сбора, временного хранения, регулярного вывоза твердых (а также жидких) бытовых отходов и уборки территорий производится на основании Санитарных правил и норм 42-128-4690-88 "Санитарные правила содержания территорий населенных мест".

Согласно данному нормативному документу, объектами очистки являются: территории домовладений, уличные и микрорайонные проезды, объекты культурно-бытового назначения, территории различных предприятий, учреждений и организаций, парки, скверы, площади, места общественного пользования, места отдыха. Следует считать специфическими объектами очистки медицинские учреждения, особенно инфекционные, кожно-венерологические, туберкулезные больницы и отделения, ветеринарные объекты, пляжи в виду повышенного эпидемического риска и опасности для здоровья населения.

Сбор твёрдых бытовых отходов должен проводиться следующим образом. При временном хранении отходов в дворовых сборниках должна быть исключена возможность их загнивания и разложения. Поэтому срок хранения в холодное время года (при температуре -5° и ниже) должен быть не более трех суток, в теплое время (при плюсовой температуре свыше +5°) не более одних суток (ежедневный вывоз).

Для сбора твердых бытовых отходов применяются в благоустроенном жилищном фонде стандартные металлические контейнеры. В домовладениях, не имеющих канализации, допускается применение деревянных или металлических мусоросборников. Площадки для установки контейнеров должны быть удалены от жилых домов, детских учреждений, спортивных площадок и от мест отдыха населения на расстояние не менее 20 м, но не более 100 м. Размер площадок должен быть рассчитан на установку необходимого числа контейнеров, но не более 5. Размещение мест временного хранения отходов, особенно на жилой территории необходимо согласовать с районным архитектором и районными санэпидстанциями.

В исключительных случаях, в районах сложившейся застройки, где нет возможности соблюдения установленных разрывов от дворовых туалетов, мест временного хранения отходов эти расстояния устанавливаются на комиссиях с участием районного архитектора, жилищно-эксплуатационной организации, квартального комитета, санитарного врача.

На территории частных домовладений места расположения мусоросборников, дворовых туалетов и помойных ям должны определяться самими домовладельцами, разрыв может быть сокращен до 8-10 метров.

Металлические сборники отходов в летний период нужно промывать не реже одного раза в 10 дней, если они не сменяются, или после опорожнения, если мусоросборники сменяются после вывоза. Деревянные мусоросборники следует дезинфицировать после каждого опорожнения.

В целях безопасности здоровья населения запрещён выбор вторичного сырья (текстиль, банки, бутылки, другие предметы) из сборников отходов и из мусоровозного транспорта.

Во вновь строящихся жилых домах 5 этажей и более должны быть мусоропроводы, имеющие возможность для еженедельной чистки и дезинфекции. Вход в мусороприемную камеру должен быть отделён от входа в здание и в другие помещения. Пол камеры должен быть на одном уровне с асфальтированным подъездом.

Емкости с отходами не допускается выставлять за пределы мусоросборного помещения ранее одного часа перед прибытием специального автотранспорта.

Негабаритный мусор из домов должен убираться по мере их накопления, не реже одного раза в неделю.

Ответственность за содержание камеры, мусоропровода, мусоросборников и территории, прилегающей к месту выгрузки отходов из камеры, несет организация, в ведении которой находится дом.

Требования к безвреживанию отходов. Твердые бытовые отходы следует вывозить на полигоны (усовершенствованные свалки), поля компостирования, перерабатывающие и сжигательные заводы. Запрещается вывозить отходы на другие, не предназначенные для этого места, а также закапывать их на сельскохозяйственных полях.

На земельные участки, отведенные для организации полигонов твердых бытовых отходов (усовершенствованные свалки) должно быть согласование местных учреждений санитарно-эпидемиологической службы.

Отведенные для полигонов (свалок) участки должны отвечать следующим основным требованиям:

1) территория участка должна быть доступна воздействию солнечных лучей и ветра;

2) уровень грунтовых вод должен быть не ближе 1 м от основания полигона; при более высоком уровне грунтовых вод необходимо устройство дренажа или водоотвода;

3) не допускается расположение участка на берегах рек, прудов, открытых водоемов и в местах, затопляемых паводковыми водами.

Уборка населенных мест. На всех площадях и улицах, в садах, парках, на вокзалах, в аэропортах, на пристанях, рынках, остановках городского транспорта и других местах должны быть выставлены в достаточном количестве урны. Расстояние между урнами должно быть не более чем через 40 м на оживленных и 100 м - на малолюдных. Обязательна установка урн в местах остановки городского транспорта и у входа в метро. Очистка урн производится мере их наполнения. За содержание урн в чистоте ответственность ложится на организации, осуществляющие уборку закрепленных за ними территорий.

В период листопада опавшие листья необходимо своевременно убирать. Собранные листья следует вывозить на специально отведенные участки либо на поля компостирования. Запрещается сжигать листья на территории жилой застройки, в скверах и парках. Также запрещается перемещение, переброска и складирование скола льда, загрязненного снега и т.д. на площади зеленых насаждений.

Уборка объектов с обособленной территорией, таких как пляжи, рынки, парки и лечебно-профилактические учреждения, является специфической.

К примеру, на пляжах, рынках, парках, после их закрытия, технический персонал должен ежедневно производить основную уборку берега, раздевалок, туалетов, зеленой зоны. Вывозить собранные отходы с пляжей и парков разрешается до 8 часов утра. Также обязательно наличие урн и мусорных контейнеров. Днем следует производить патрульную уборку и очистку наполненных отходами сборников. В парках днём также должна собираться опавшая листва.

Собирать отходы из кожно-венерологических, инфекционных, онкологическ, хирургических (в том числе гинекологических) отделений лечебных учреждений следует в герметичные сборники вместимостью 50-100 л с плотно закрывающимися крышками. Запрещается вывозить такие отходы на полигоны (свалки). Их следует уничтожать на месте по согласованию с учреждениями санэпидслужбы. Желательно в каждом лечебном учреждении (или на группу больниц) иметь установки по сжиганию отходов.

Сбор, хранение, удаление и захоронение отходов, содержащих радиоактивные вещества, должны осуществляться в соответствии с действующими санитарными нормативами

Технический персонал медицинского учреждения должен ежедневно производить очистку, мойку, дезинфекцию урн, мусоросборников (контейнеров) и площадок под них.

Предприятия по уборке территорий должны своевременно осуществлять (в соответствии с договорами) вывоз твердых бытовых отходов с территорий жилых домов, организаций, учреждений и предприятий; для этого на каждую спецмашину должны составляться маршрутные графики со схемой движения. В районах застройки домов, принадлежащих гражданам на правах личной собственности, должна проводиться очистка от твердых отходов не реже двух раз в неделю.

Устройство и функционирование специальных полигонов для переработки твёрдых бытовых отходов регулируется санитарными правилами «Гигиенические требования к устройству и содержанию полигонов для твердых бытовых отходов. СанПиН 2.1.7.1038-01» .

Размещение полигонов твердых бытовых отходов. При выборе участка для устройства полигона ТБО следует учитывать климатогеографические и почвенные особенности, геологические и гидрологические условия местности. Не допускается размещение полигонов на территории зон санитарной охраны водоисточников и минеральных источников, во всех зонах охраны курортов, в местах выхода на поверхность трещиноватых пород, в местах выклинивания водоносных горизонтов, а также в местах массового отдыха населения и оздоровительных учреждений.