Визуализация пространственного распределения характеристик физических полей
Для визуализации пространственного распределения характеристик физических полей обычно сканируют датчиком пространство вокруг контролируемого объекта. Недостатком известных способов является высокая трудоемкость определения координат датчика во внутренних помещениях объектов. Установка в помещении жестко привязанных к координатам объекта врeменных направляющих механизмов для перемещения датчика – дорогостоящая и трудоемкая операция, требующая больших материальных затрат.
Настоящее предложение, защищенное патентом Р.Ф., обеспечивает повышение эффективности работы по оценке характеристик пространственного распределения физических полей объекта за счет снижения стоимости необходимого оборудования, снижения трудоемкости измерений и упрощения использования оборудования на производственных, транспортных, общественных объектах, а также в жилых помещениях.
Сущность предложения поясняется примером для варианта получения стереоскопических изображений эквипотенциальной поверхности напряженности электромагнитного поля.

Фиг. 1 Контролируемый объект со смонтированным в нем оборудованием и средствами визуализации пространственного распределения характеристики физических полей.
На объекте (например, в машинном отделении корабля, на участке цеха, и т.п.) с генерирующим электромагнитные поля (помехоактивные или с биологически опасным уровнем) оборудованием, а также помехочувствительным оборудованием и рабочими местами, подверженными воздействию электромагнитных полей, стационарно установлена стереоскопическая видеосистема. Эта система выполнена в виде двух пар цифровых видеокамер, пространственно разнесенных друг от друга и подключенных через коммутатор к персональному компьютеру.
В поле зрения видеосистемы расположен датчик для измерения величин характеристики физического поля. Датчик конструктивно совмещен с излучателем света, уровень излучения которого лежит выше уровня освещенности контролируемого объекта в заданной области спектра и снабжен индикатором соответствия выходного сигнала в точке измерения заданной пороговой величине.
На компьютере установлена видеокарта поддерживающая воспроизведение стереоизображений на экране монитора через стереоскопические очки . Как вариант, может быть использовано формирование стереоскопических изображений двумя параллельными, независимо работающими видеосистемами с одновременным воспроизведением на соседних участках экрана общего монитора двух независимых изображений – правого и левого, рассматриваемых через обычный стереоскоп .
Однако такая работа ведет к быстрому утомлению оператора. Монитор компьютера установлен в непосредственной видимости оператора, производящего управление перемещением датчика контролируемого физического поля. На объективах видеокамер установлены съемные светофильтры, отсеивающие излучение излучателя от окружающего фона.
Перед началом работы фиксируют стереоизображение объекта. Это изображение воспроизводят и запоминают на экране монитора.
Затем на объективы видеокамер надевают светофильтры, которыми отфильтровывают изображение излучателя от изображения объекта.
В произвольных направлениях перемещают датчик, конструктивно совмещенный с излучателем света, относительно объекта. Оптическим путем определяют расположение измерительного датчика в отдельных точках измерения контролируемого поля.
Во время перемещения датчика индикатор обеспечивает обратную связь с оператором, подавая сигнал в момент нахождения датчика на границе зон с величиной потенциала характеристики физического поля больше и меньше заданного значения. В момент пересечения этой границы подается звуковой сигнал, что позволяет направлять движение датчика ортогонально градиенту характеристики поля, т.е. резко сокращать количество не дающих информацию перемещений. В простейшем случае индикатор может подавать звуковой или вибрационный сигнал.
При использовании современных мультимедийных технологий может создаваться тактильная обратная связь. Например, при использовании киберперчатки  тактильная обратная связь создает иллюзию физического прикосновения к эквипотенциальной поверхности, т.е. её можно как бы ощупывать.
По значениям характеристик поля с точках измерения и соответствующих им координатам точек расположения датчика строят стереоскопическое изображение пространственной диаграммы распределения характеристик физических полей объекта. В результате на экране монитора воспроизводится стереоскопическое изображение контролируемого объекта, наложенное на стереоскопическое изображение пространственной диаграммы распределения характеристик физических полей этого объекта с оборудованием, а также рабочими местами.
При наличии нескольких пар видеокамер поочередно рассматривают изображения с различных точек зрения, в зависимости от зоны видимости области перемещения измерительного датчика.
В рассматриваемом варианте реализации способа фиксируют положение измерительного датчика только при заданном пороговом значении его выходного сигнала, а пространственную диаграмму распределения физических полей объекта воспроизводят построением поверхности, сглаживающей точки, соответствующие зафиксированным положениям измерительного датчика. При отсутствии математической обработки результатов наблюдения, на экране монитора при этом воспроизводится множество точек, расположенных по поверхности заданного уровня характеристики физического поля.
При этом, для достаточно полной оценки распределения этой характеристики, необходимо довольно большое количество зафиксированных точек. Поэтому для повышение информативности изображения, распределение зафиксированных видеокамерами точек расположения излучателя может быть дополнено построением отрезков линий, попарно соединяющих соседние точки для каждого из каналов. В этом варианте поверхность распределение характеристики поля представляется набором треугольников, лежащих на поверхности равного уровня характеристики поля. Вершинами этих треугольников являются зафиксированные видеокамерами точки расположения излучателя.
 Для более наглядного представления результатов измерения пространственную диаграмму распределения физических полей объекта воспроизводят построением поверхности, сглаживающей точки, соответствующие зафиксированным положениям измерительного датчика. Это достигается путем визуализации распределения точек в пространстве методом триангуляции . На чертеже показана сетка, представляющая собой сглаженную поверхность распределения точек фиксации излучателя.

Фиг. 2 Изображение объекта с эквипотенциальными поверхностями излучаемого оборудованием поля.
В зависимости от эксплуатационных требований и методов математической обработки результатов измерений, на экране монитора могут воспроизводиться и иные формы визуального представления картины пространственного распределения полей. Зафиксированные точки также могут располагаться только на заданных уровнях помещения, как это принято в области радиационных измерений. При соответствующей математической обработке изображения также могут быть воспроизведены силовые линии поля.
При наличии одной видеокамеры получается недостаточно информативное изображение, не позволяющее определить его глубину. Однако в некоторых случаях, например, при уточнении расположения конкретного рабочего места на плоскости относительно конкретного источника излучения, определения линий фиксированного потенциала на заданных уровнях помещения или при определении на поверхности земли электрического поля токов утечки от вспомогательного источника во время поиска повреждений в трубопроводах, этого может быть вполне достаточно.
При большем количестве пространственно разнесенных видеокамер (с учетом перекрытия невидимых отдельными видеокамерами участков помещения) с использованием программ 3D графики строят трехмерное изображение контролируемого объекта, позволяющее после обработки результатов измерения рассматривать его с произвольных точек разворачивая на экране монитора. В этом случае могут быть использованы известные методы сканирования объемных предметов, например, путем фиксации видеокамерами расположения светового пятна, сканирующего пространство объекта лазером.
При определении распределения характеристик векторного поля, может быть использован комплект из трех ортогонально расположенных датчиков. В этом случае повышается информативность измерений при сокращении количества зафиксированных точек. Возможность сокращения необходимого количества зафиксированных точек для построения поверхности равного уровня обусловлена наличием в каждой из них информации о градиенте определяемого поля.
Предложение позволяет объективно аттестовать корабельные, производственные, общественные и бытовые помещения по уровню безопасности электромагнитных полей, а также выделять в помещениях с повышенным уровнем физических полей зоны, где обеспечивается совместная работа помехочувствительного и помехоактивного электрооборудования или экологическая безопасность рабочих мест или безопасность проживания. Это обеспечивает снижение стоимости и трудоемкости мероприятий по обеспечению электромагнитной совместимости электрооборудования, а также экологической безопасности жилых, общественных, транспортных и производственных помещений.
Предлагаемый способ визуализации физических полей разработан для решения задач электромагнитной совместимости электротехнического и радиоэлектронного оборудования промышленных, транспортных, общественных и бытовых объектов. Однако он может быть использован также для оперативной оценки пространственного распределения измеряемых характеристик физических полей внутри ограниченных по габаритам объектов, например электромагнитных, акустических, радиационных полей при зонировании внутреннего пространства помещений этих объектов по уровню экологической безопасности.
Помимо основных применений, предлагаемый способ позволяет осуществлять визуализацию полей на ограниченных пространствах при выявлении локальных неоднородностей этих полей. К таким операциям можно отнести: Список патентов:
1. Патент РФ № 20117724, 1994 г. МКИ G 01 R 29/10,
2. Патент Великобритании № 2264802, 1994 г. МКИ G 01 R 29/10, аналог].
3. Christopher Aruna Rao Suma Varughese M.S. Easwaran / Proceeding of the International Conference on Electromagnetic Interference and compatibility *98. 3-6 December 1998 Hyderabad, India.