Лаборатория оптоэлектронных процессоров - Основные направления исследований

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ, ПРОВОДИМЫХ В ЛОЭП

1. Исследование свойств сегнетоэлектрических жидких кристаллов (СЖК) и разработка на их основе модуляторов света и жидкокристаллических дисплеев.

Исследование физических свойств СЖК. СЖК обладают высокой чувствительностью и быстрой реакцией на воздействие электрического поля и проявляют целый ряд интересных электрооптических эффектов. Знание физических свойств СЖК в зависимости от параметров электрического поля, граничных условий и состава СЖК позволяет создавать жидкокристаллические светомодулирующие ячейки с заданными оптическими и динамическими параметрами. Это является основой для создания быстродействующих модуляторов света и жидкокристаллических дисплеев, в том числе трехмерных, с временем включения-выключения оптического отклика в субмиллисекундном диапазоне.
Разработка методов и устройств электрически управляемой модуляции света на основе многослойных тонкопленочных структур с использованием электрооптических эффектов в СЖК. Такие структуры позволяют создавать низковольтные и в то же время быстродействующие оптические затворы, переключатели интенсивности и поляризации света для устройств и систем управления световыми пучками и отображения информации, оптоэлектронной обработки данных, телекоммуникаций, адаптивной оптики и др.

• Например, обнаружение в СЖК-структуре оптической памяти бистабильного и мультистабильного типа открыло возможность создания пассивно-адресуемых дисплеев с двухцветной или многоцветной шкалой, сохраняющих изображение после выключения электрического поля.
• Управляемое электрическим полем рассеяние света в СЖК используется для визуализации сечений трехмерного объекта (сцены) в новом типе дисплея с объемным экраном (типа аквариума). Как на обычном (двумерном) дисплее наблюдатель в силу инерции зрения видит всю картину целиком, а не образующие ее строки, так и в объемном дисплее вместо формируемых по-очереди сечений объекта разные наблюдатели одновременно могут видеть полную световую модель объекта, причем даже с разных расстояний и разных сторон. Это открывает возможности эффективного применения 'объемного' дисплея в науке и технике для визуализации трехмерных данных и моделирования объектов и процессов.

2. Методы параллельной обработки информации на основе нечеткой и многозначной логики и разработка на их основе оптоэлектронных интеллектуальных систем.

Исследование методов многозначной и нечеткой логики и их возможностей для обработки данных. Математической основой методов является нечеткая логика и алгебра Аллена-Живона. Методы используются для параллельной обработки массивов данных, характеризующихся большим числом переменных и/или нечеткими функциональными зависимостями и потому плохо поддающихся формальному описанию. Такая ситуация имеет место в оптоэлектронных информационных системах со сложной архитектурой, с большим числом сенсоров и исполнительных устройств. Здесь методы могут быть использованы для описания и накопления информативных признаков и для повышения плотности обрабатываемой и хранимой информации. Они удобны для описания характеристик оптического излучения и изображений и эффективны при построении моделей и алгоритмов интеллектуальных действий человека и групп людей. Все это позволяет проводить разработку распределенных архитектур обработки, а также строить нечетко-логические модели сложных процессов, требующих координированных действий сенсорных и исполнительных устройств.
Разработка оптоэлектронных узлов и систем с интеллектуальными функциями. На основе методов многозначной и нечеткой логики, мультисенсорных схем, оптических волокон и линеек лазерных диодов проводится разработка многовходовых логических вентилей для работы с дискретными и непрерывными значениями истинности, разработка узлов установления причинно-следственных связей, разработка иерархических схем для накопления нечетких моделей наблюдаемых объектов. Результаты этих работ являются основой для построения аппаратно распределенных систем сбора и обработки данных и знаний, для создания автоматизированных систем распознавания образов, а также роботизированых оптоэлектронных многоагентных систем с интеллектуальными функциями.

3. Анализ и инвариантное распознавание изображений и основанная на этом оптическая квалиметрия материалов и продуктов.

Анализ и инвариантное распознавание изображений. В отличие от метода Фурье-согласованной фильтрации, обеспечивающего инвариантность только к перемещениям изображений, исследуется и апробируется в практических приложениях метод фазового портрета, основанный на преобразовании Френеля и обеспечивающий инвариантность к вращению (полную) и изменению масштаба изображений. Метод дает существенный выигрыш в отношении сигнал/шум при опознавании изображений в условиях помех и обладает большей точностью определения их координат по сравнению с известными корреляционными методами.
Разрабатывается корреляционно-статистический двухшаговый метод анализа изображений, когда сначала, с точностью до неизвестных линейных/нелинейных преобразований фильтрации, путем оценки по максимуму правдоподобия неизвестных мощностей помех, синтезируются нелинейные корреляционные меры сходства фильтрованных нестационарных сигналов, а затем на основании максимизации нового критерия селективности (различающей/разрешающей способности) находятся сами преобразования фильтрации. При использовании дополнительной нелинейной фильтрации сигналов с базой в Т отсчетов, когда от самих сигналов переходят к матрицам связности их компонентов в T(T-1)/2 отсчетов, объем вычислений увеличивается, но выигрыш в отношении сигнал/шум по мощности достигает [(T-1)/2]1/2 раз по сравнению с линейной фильтрацией.
Ведется экспериментальная проработка разрабатываемых методов анализа и распознавания объектов, сигналов и изображений.
Оптическая квалиметрия материалов и продуктов. Метод фазового портрета и матриц связности, наряду с методом вынужденного комбинационного рассеяния света, спектрально-зональным и др. методами анализа позволяют вести опознавание и тестирование разнообразных объектов, материалов, веществ и продуктов, , определение их структурных, цветовых, потребительских параметров и качества, сравнение и соответствие заданным эталонам. На основании этих данных проводится, например, оптическая квалиметрия медицинских препаратов и продуктов (работы проводятся в кооперации с Московской государственной Технологической академией).