Разработка пакета прикладных программ для определения волнового фронта в задачах интерферометрии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат физико-математических наук Хованский, Алексей Валериевич

• Хованский, Алексей Валериевич
• кандидат физико-математических наук
• 1984

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Хованский, Алексей Валериевич

Стр. X

ВВЩЕНЙЕ.

1. АНАЖЗ ПРВДМЕТНОЙ ОБЖСТИ.

1.1* Интерферометрические методы в диагностике

- - плазмы

1.2. Восстановление волнового фронта в цифровой голографии.

1.3. Восстановление волнового фронта в области контроля оптических поверхностей

1.4. Уравнение интерференции

1.5. Применение ППП для восстановления волнового фронта

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ППП ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ВОЛНОВОГО ФРОНТА.

2.1. Математическая постановка задачи восстановления волнового фронта

2.2. Анализ известных ППП и методов для восстановления: волнового фронта.

2.3. Требования к ППП для решения задачи восстановления волнового фронта.

3. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ППП "КОБРА"

3.1. Метод комбинированной аппроксимации волнового фронта (ЖА).

3.1.1. Оценка теоретической погрешности ЖА на классе, линейчатых интерферограмм с малыми набегами фаз

3.1.2. Оценка шумовой компоненты ЖА на классе

• Г линейчатых интерферограмм с малыми набегами фаз . . *

3.2. Метод отслеживания линий изофаз (МОЛИ).

3.2.1. Постановка задачи

3.2.2. Описание алгоритма отслэдивания линий изофаз.

3.2.3. Описание класса, на котором задан МОЛИ

3.2.4. Описание комплекса программ,реализующих МОЖ

3.2.5. Численное моделирование и применения МОЖ

3.3. Обоснование методики спектрального и корреляционного анализа на основе быстрого преобразования Фурье .«.•.•••.«.*•

4. СТРУКТУРА И АРХИТЕКТУРА ППП "КОБРА", ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ИНТЕРФЕРОМЕТРЙЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ.

4.1. Структура ППП "Кобра".

4.I.I. База данных.

4.1 Язык диалога.

4.1.3. Диалоговый монитор как ядро системного наполнения.

4.2. Архитектура ППП "Кобра"

4.2.1. Ввод и вывод обрабатываемой информации

4.2.2. Фильтрация.

4.2.3. Коррекция изображения.

4.2.4. Статистический анализ изображения.

4.2.5. Отслеживание изофаз и восстановление волнового фронта

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка пакета прикладных программ для определения волнового фронта в задачах интерферометрии»

Работа посвящена разработке и созданию проблемно-ориентированного пакета прикладных программ (ППП) для восстановления волнового фронта, одного из важнейших этапов обработки интерферометрической информации.

Актуальность проблемы

В настоящее время интерферометрические методы измерения становятся все более точным и универсальным инструментом физических исследований. Основными вехами развития интерферометрии являются изобретение голографии /1-3/, квантовых генераторов /94-95/, голографической интерферометрии /4/.

Быстрое развитие электроники и вычислительной техники привело к созданию промышленных интерферометров второго поколения на базе микропроцессоров и мини-ЭВМ/85-86/. Спектр применения новых приборов чрезвычайно расширился. Достаточно упомянуть такие области, как графиметрия и прогнозирование землетрясений /86/, контроль за атомными взрывами /90/, станки с программным управлением для выпуска крупногабаритных зеркал / 90 /, фотограмметрия /87/, голографическая память /66/, диагностика высокотемпературной плазмы /5-8, 27/ и т.д. Все эти научно-технические достижения, в свою очередь, стимулируют развитие прогрессивных технологий в промышленности (машиностроении, приборостроении и т.д.). Кроме того, возникла целая'область научных исследований - обработка изображений, для которой интерферограммы и голограммы являются одним из основных объектов изучения.

Все возрастающие потоки интерферометрической информации уже давно привели к необходимости автоматизации процесса ее обработки на ЭВМ, но надежды на полную автоматизацию пока не оправдываются из-за множества непредсказуемых и трудно формализуемых факторов,что г-5в значительной степени определило необходимость диалога человека с З&М на различных этапах обработки /17/. При этом человеку отводится главная роль принятия решений на всех основных этапах обработки. £ математическому обеспечению промышленных интерферометров предъявляются новые требования, такие как проблемная ориентированность,гибкость, мобильность, простота языка диалога и т.д.

Одним из важнейших этапов обработки интерферометрической информации является восстановление волнового фронта, определение которого позволяет найти основные параметры плазмы лазерных сред, оптических поверхностей и т.д.

Таким образом, разработка и создание пакета прикладных программ на ЭВМ для восстановления волнового фронта дает возможность автоматизировать процесс обработки рзической экспериментальной информации и значительно сократить временные и трудовые затраты при проведении соответствующих экспериментальных исследований, что и определяет актуальность настоящей работы.

Цель работы

Целью настоящей работы является разработка и создание эффективного и удобного инструмента для обработки интерферометрической инфор-аации, получаемой в различных областях экспериментальной и прикладной физики, а также для проведения исследований в области обработки изображений. При этом решались следующие задачи:

- исследование предметной области;

- модульный анализ предметной области;

- определение требований к структуре и архитектуре ППП;

- выбор системных средств, обеспечивающих данные требования;

- реализация разработанных методов и структурных решений в виде проблемно-ориентированного пакета прикладных программ.

Научная новизна

В диссертации предложен новый подход к решению проблемы восстановления волнового фронта с помощью ППП в различных задачах экспериментальной и прикладной физики, в результате исследования и модульного анализа предметной области показана недостаточность традиционных методов восстановления волнового фронта и предложены новые методы: метод комбинированной аппроксимации (ЖА) и метод отслеживания линий изофаз (МОЛЯ), которые применимы на классе произвольной структуры с ограничением на разрешение и контраст. В работе приводится обоснование методики корреляционного и спектрального анализа на основе быстрого преобразования Фурье, дается схема фильтрации, позволяющая реализовать идею универсального настраиваемого линейного ультра. Создан пакет прикладных программ, реализующий предложенные методы и алгоритмы и позволяющий существенно расширить класс решаемых задач обработки интершерометрической информации.

Практическая ценность

Созданный ППП является эффективным и удобным инструментом решения задачи восстановления волнового фронта в различных задачах экспериментальной и прикладной физики, а также средством накопления, обобщения и унификации коллективного опыта пользователей и системных программистов в области обработки изображений.

Гарантированный максимальный уровень погрешности разработанных методов является принципиальным преимуществом по сравнению с другими методами, что создает предпосылки для решения более сложных задач типа абелизации и других некорректных задач математической физики. разработанный пакет может быть использован для обработки информации, зарегистрированной на различных оптических двумерных регис

- чтраторах.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех разделов и заключения, содержит -/05 страниц текста, У рисунков, список литературы включает 104 названия.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Хованский, Алексей Валериевич

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ