CC BY
1
ADAPTA TION OF PATTERN RECOGNITION THEORY METHODS IN SOLVING PROBLEMS OF HUMAN BEHAVIOR ANALYSIS
N.G. Gavrilenko, I.A. Zavorovsky
The article discusses principal component analysis, linear discriminant analysis, and the convolutional neural network method, with a rationale for the advantages of each method, as well as their disadvantages, in solving problems of human behavior analysis. The authors propose combining the methods of principal component analysis, linear discriminant analysis, and convolutional neural networks, which are a powerful tool that allows you to eliminate the disadvantages of each of these methods individually. This combination provides more accurate and effective pattern recognition in various fields, such as computer vision and human behavior recognition both in real time and on video.
Key words: artificial intelligence, machine learning, pattern recognition, public safety, expert, deep learning, human behavior.
Gavrilenko Natalia Gennadyevna, doctor of economics sciences, professor, Russia, Omsk, Siberian State Automobile and Highway University,
Zavorovsky Ivan Alekseevich, postgraduate, [email protected], Russian Federation, Omsk, Siberian State Automobile and Road University
УДК 535.346.1:681.7
DOI: 10.24412/2071-6168-2025-1-201-202
ПРИМЕНЕНИЕ ЧАСТИЧНО КОГЕРЕНТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОМ УСТРОЙСТВЕ ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАБОЧЕЙ ПОВЕРХНОСТИ ПОЛИРОВОЧНОГО МАТЕРИАЛА
ОПТИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
Е.Е. Майоров, В.В. Курлов, А.В. Арефьев, В.П. Пушкина
Работа посвящена применению частично когерентного излучения в исследовании материалов для полировки оптических поверхностей. В оптическом приборостроении этот метод позволяет оценить не только гладкость поверхностей, качество полировки материала, но и определить уровень износа рабочих поверхностей устройств для обработки оптических изделий, поэтому работа актуальна и перспективна. В работе поставлена цель, задача исследования и определены метод и объект исследования. Приведены внешние виды измерительной установки, измеряемых поверхностей, а также полировочного устройства оптических поверхностей. Получены микрорельефы исследуемых поверхностей и результаты измерений расстояния до поверхности при движении в направлении оси OX и OY. Подтверждено, что отличия микрорельефов поверхностей незначительны, поэтому данные поверхности целесообразно использовать для полировки оптических деталей.
Ключевые слова: оптическая поверхность, интерферометрия, полиэтиленте-рефталата, металлический щуп, фотоприёмный блок, опорное зеркало, ветви интерферометра.
Развитие методов и технических средств оптического контроля с необходимостью обуславливает совершенствование оптико-физических
направлений в научных исследованиях [1, 2]. Одно из таких направлений -интерферометрия, которая занимает ключевое место в методах оптических измерений за счет высокой чувствительности, точности измерений и большого диапазона измеряемых величин [3, 4].
Интерференционные методы и средства используются в разных областях науки и техники: химии, биологии, физики, медицине, а также в разных средствах телекоммуникаций и т.д. [5, 6]. Данные методы пришли на смену в некоторых направлениях традиционным физико-химическим методам, так как позволяют исследовать свойства объектов и процессов без материальных контактов с предметом, получать данные в количественном и качественном виде, не предъявляют строгих требований к качеству изучаемой среды, пригодны для статистических и динамических измерений в реальном времени [7, 8].
Появление новых источников света, обладающих когерентностью в пределах длины когерентности, с определенными мощностями и имеющим узкий спектральный диапазон, дало толчок к созданию новых подходов в интерференционных измерениях применительно к объектам и средам разного агрегатного состояния [9, 10]. Поэтому в интерферометрии можно выделить отдельное направление приборов и комплексов, работа которых основана на изучении отраженного частично когерентного излучения от исследуемого материала - частично когерентные интерференционные приборы и комплексы (ЧКИП и К) [11, 12]. ЧКИП и К имеют высокотехнологичные материалы, которые используются в оптических системах, что позволяет проводить высокоточные измерения сверхмалых смещений, определять оптические параметры тонких плёнок, оптически мутных сред, диффузно рассеивающих объектов. Изучать оптические, акустические, диффузные и т.д. процессы [13, 14].
Анализ научной литературы показал, что интерферометры использующие источники излучения с малой временной или пространственной когерентностью перспективны и актуальны в оптическом приборостроении. ЧКИП и К имеют ряд преимуществ не только над аналогами геометрической оптики, но и над классическими интерференционными методами и средствами, а именно: измеряют шероховатые поверхности, оптически мутные среды, а также динамику деформации поверхности и т.д. ЧКИП и К имеют высокую точность измерений (от 10 мкм до 0,01 мкм), большой диапазон измеряемых величин (от 0 до 6 мм), малогабаритны и просты в эксплуатации [15-20].
Многие исследователи добились определенных успехов в функционировании ЧКИП и К, применяя компьютерные технологии. Получили хорошие результаты теоретического характера, используя современные цифровые фотоприёмники. Наблюдается прорыв в практическом использовании, в частности, медицине, биологии: исследуются формы эритроцитов, влияние внешних агентов в подповерхностных слоях на кожный покров, а также в офтальмологии.
Наблюдается тенденция применения частично когерентного излучения для исследования сложных форм поверхностей, а также для кон-
троля рабочих поверхностей полировочных материалов для линзовой и зеркальной оптики [19, 20]. В оптическом приборостроении этот подход позволяет оценить не только гладкость поверхностей и качество полировки материала, но и определить уровень износа рабочих поверхностей инструмента. Для эффективного и последовательного применения полировальных машин, приборов на каждом этапе необходимо контролировать шероховатость поверхности рабочей части материала. Всё чаще и чаще исследователи задаются следующими вопросами: о сохранности полировочной способности материала из полиэтилентерефталата, импрегнированно-го алмазным порошком в сочетании с оксидом алюминия с учетом их повторного применения после многократного использования (1000 раз), об отличии микрорельефа поверхности нового и использованного и т.д.
Поэтому может представлять интерес исследование рабочей поверхности полировочного материала для линзовой оптики до и после применения с помощью частично когерентного излучения интерференционного устройства.
Получение результатов измерений микрорельефа, распределение коэффициента отражения по поверхности материала экспериментальной интерферометрической установкой и определило цель настоящей работы.
Постановка задачи. С помощью частично когерентного излучения интерференционной установки провести измерения микрорельефа поверхности нового и использованного материала при линейном перемещении поверхности рабочей части по оси ОХ, ОУ, с шагом 10 мкм относительно светового луча. Контроль поверхности осуществлять при нормальном падении светового пучка на поверхность.
Метод и объекты исследования. В качестве объектов исследования использовали рабочие поверхности полировочного материала, изготовленного из полиэтилентерефталата, импрегнированного алмазным порошком и оксидом алюминия для полировки линзовой оптики. Образцы были в виде четырехугольных пленок со сторонами 20 мм и 10 мм. Объекты имели серый цвет (рис. 1).
а) б)
Рис. 1 Внешний вид исследуемых поверхностей материалов: а - новая поверхность; б - поверхность после 1000раз использования
Данные объекты крепятся на металлический щуп для полировки оптической поверхности (рис. 2).
Рис. 2. Внешний вид полировочного устройства оптических поверхностей: 1 - металлический щуп; 2 - исследуемый объект;
3 - оптическая поверхность
Для проведения экспериментальных исследований использовалась измерительная установка квазиодномодового волоконного интерферометра Майкельсона с полупроводниковым суперлюминесцентным светодио-дом на базе 1иОаК с пиковой длиной волны Хшах = 380 нм, длиной когерентности 1с = 10 мкм, шириной спектра АХ = 14 нм и мощностью излучения Р = 1 мВт, функциональная схема которой приведена на рисунке 3.
5, 6 - устройства смещений; 7, 8 - микрообъктивы; 9 - исследуемая поверхность; 10 - плоское зеркало; 11 - фотокамера; 12 - электронный
блок обработки; 13 - компьютер
Микрообъективы используемые в установке (10х, / = 18 мм, А = 0,2) служили для фокусировки светового пучка на поверхность материала и зеркала находящееся в опорной ветви интерферометра.
Информация о поверхности исследуемого образца извлекается с помощью специального программного обеспечения. Технические характеристики: - погрешность - 10 мкм;
- пределы перемещения исследуемого объекта по 2-м осям, мм - ±
2;
- фотоприёмный блок - фотокамера «Canon»;
- источник частично когерентного света - суперлюминисцентный светодиод;
- длина волны излучения, мкм - 0,38
- расстояние до измеряемой поверхности - 30 мм
Экспериментальные результаты и их обсуждение. При контроле
измеряемой поверхности в опорной ветви интерферометра изменялась оптическая разность хода за счет движения опорного зеркала. Опорное зеркало приводилось в движение посредством электромагнитного механизма. Максимальный сигнал в фотоприёмном блоке регистрировался при максимуме контраста интерференционной картины, что соответствовало равенству оптических длин в ветвях интерферометра. В установке реализовано техническое решение, которое позволило постоянно фокусировать световой пучок на поверхности при движении опорного зеркала. Пространственное положение светодиода изменялось во времени вдоль оси распространяющего излучения с частотой перемещения опорного зеркала. Отношение амплитуд перемещения светодиода и опорного зеркала составляло 1:50.
Во избежание каких-либо смещений измеряемой поверхности при динамических измерениях необходимо обеспечить независимость измерений. Ввод плоскопараллельной пластины, которая крепилась к измеряемой поверхности обеспечивал эту независимость. Именно эта поверхность пластины была базовой поверхностью отсчета, а измеряемая величина - зазор между двумя поверхностями. Для графического представления результатов применялась специально написанная программа.
На рисунке 4 представлены результаты измерений микрорельефа поверхностей.
а)
6)
И ШШШшШжШШШт
Рис. 4. Микрорельеф исследуемых поверхностей: а - поверхность нового материала; б - поверхность после 1000раз использования
В процессе экспериментальных исследований фиксировались результаты измерений расстояния до поверхности материала. Контролирова-
лись две поверхности: новая и после 1000 раз использования. Анализировался фрагмент поверхности размерами 200 мкм х 200 мкм.
( I / \ м/ \ 1
о и Щ / 60 8СМ / ю \ ц / /1 1 / Ю / 140 1С У14 \ I [80 2$
X, мкм
Рис. 5. Результаты измерений расстояния до поверхностей: 1 - до поверхности нового материала; 2 - до поверхности материала,
использованного 1000 раз
На рисунке 5 приведены результаты измерений в направлении ОХ и
ОУ.
Поверхности ориентировались относительно светового пучка под углом 0 = 0 и для каждой точки поверхности производилось 50 измерений при перемещении поверхности в направлении OX и OY. Материалы фиксировались на микрометрическом столе и перемещение их осуществлялось относительно светового пучка с шагом 10 мкм. Эксперимент показал, что для поверхности нового материала результаты измерений расстояния до поверхности при движении в направлении оси OX и OY находятся на уровне от 0 мкм до 7 мкм, а для поверхности, использованной 1000 раз - в диапазоне от 14 мкм до 19 мкм. Из рисунка 5 видно, что отличия микрорельефа незначительны, поэтому данные поверхности целесообразно использовать для полировки оптических деталей.
Заключение. В данной работе показана возможность контроля микрорельефа поверхности экспериментальной интерференционной установкой. Получены флуктуации результатов измерений расстояния до объекта. Представленные результаты измерений доказывают, что после 1000 раз использования поверхности из полиэтилентерефталата, импрегниро-ванного алмазным порошком и оксидом алюминия возможно применять для грубой обработки линзовой оптики. Полученные данные могут заинтересовать производителей рассмотренного материала.
Список литературы
1. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М.: Наука. 1970. 855 с.
2. Kirillovsky V.K. Diffraction Reference Wavefront Laser Interferometer. // SPIE. The International Society for Optical Engineering Proceed. «Miniature and Microoptics: Fabrication and System Applications». 1992. Vol. 5. (1751). pp. 197-200.
3. Селиванов М.Н., Фридман А.Э., Кудряшова Ж.В. Качество измерений. Метрологическая справочная книга. Л: Лениздат, 1887. 294 с.
4. Малакара Д. Оптический производственный контроль: пер. с англ. под ред. Соснова А.Н. М.: Машиностроение. 1985. 340 с.
5. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Т. Оптические измерения. М.: Машиностроение. 1987. 264 с.
6. Kyeong-Hee Lee, N.B.Voznesensky, V.K.Kirillovsky. Principle of certification of high precision optical parts and systems based on diffraction interferometer. Proceedings of The First Scientific Workshop-Presentation «Optical Micro- and Nanotechnologies (OmaN-1)». 17-18 June 2002. С. 32-40.
7. Духопел И.И., Федина Л.Г. Интерференционные методы и приборы для контроля правильности формы сферических поверхностей // ОМП. 1973. №8. С. 50 - 55.
8. Захарьевский А.Н. Интерферометры. М.: Оборонгиз. 1952. 296 с.
9. Коломийцев Ю.В. Интерферометры. Л.: Машиностроение. 1976.
296 с.
10. Прокопенко В.Т., Майоров Е.Е. Интерферометрия диффузно отражающих объектов. М.: НИУ ИТМО, 2014. С. 195.
11. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т., Ушверидзе Л.А. Оптимизация динамических параметров оптического щупа триггерного типа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. №2 (78). С. 13-16.
12. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т., Ушверидзе Л.А. Расчет параметров сканирования интерферометрической системы контроля формы диффузно отражающих объектов // Приборы. 2012. №7 (145). С.23-25.
13. Иванова Т.А., Кирилловский В.К. Проектирование и контроль оптики микроскопов. Л.: Машиностроение.1983. 231 с.
14. Майоров Е.Е., Костин Г.А., Курлов В.В., Баранов Н.Е. Исследование динамической поверхности летательного аппарата интерференционным методом // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 8. С. 722-726. БО1: 10.17586/0021-3454-2024-67-8-722-726.
15. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т. Исследование влияния спекл-структуры на формирование интерференционного сигнала и погрешность измерений // Научное приборостроение. 2013. том 23. №2, С.38-46.
16. Майоров Е. Е., Арефьев А. В., Гулиев Р. Б., Пушкина В. П., Да-гаев А. В. Исследование низкокогерентного интерферометрического зонда, при работе в сканирующем режиме измерений // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 9. С. 790-797. БО1: 10.17586/0021-3454-2024-67-9-790797.
17. Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Удахина С.В., Цыганкова Г.А., Хай-даров Г.Г., Черняк Т.А. Разработка компьютерной интерференционной системы контроля негладких поверхностей // Приборы. 2015. №11 (185). С.26-31.
18. Прокопенко В.Т., Майоров Е.Е., Машек А.Ч., Удахина С.В., Цыганкова Г.А., Хайдаров А.Г., Черняк Т.А. Оптико-электронный прибор для контроля геометрических параметров диффузно отражающих объектов // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2016. Т. 59, № 5. С. 388-394.
19. Майоров Е.Е., Прокопенко В.Т., Машек А.Ч., Цыганкова Г.А., Курлов А.В., Хохлова М.В., Кирик Д.И., Капралов Д.Д. Экспериментальное исследование метрологических характеристик автоматизированной интерферометрической системы измерения формы поверхности диффузно отражающих объектов // Измерительная техника. №10. 2017. С. 33-37.
20. Майоров Е.Е., Бородянский Ю.М., Гулиев Р.Б., Дагаев А.В., Таюрская И.С. Микроинтерференционные исследования деформированной поверхности при наклонном падении светового пятна // Известия тульского государственного университета. Технические науки. 2024. Вып. 12. С. 146-151. БО1: 10.24412/2071-6168-2024-12-145-146.
Майоров Евгений Евгеньевич, канд. техн. наук, доцент, ша/агау ееатаИ.ги, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Курлов Виктор Валентинович, канд. техн. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Арефьев Александр Владимирович, канд. физ.-мат. наук, доцент, [email protected], Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП),
Пушкина Вера Павловна, канд. экон. наук, доцент, vera150465@yandex. ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения (ГУАП)
THE USE OF PARTIALLY COHERENT RADIATION IN AN INTERFERENCE DEVICE FOR MONITORING THE WORKING SURFACE OF THE POLISHING MATERIAL OF
OPTICAL PRODUCTS
E.E. Maiorov, V.V. Kurlov, A.V. Arefiev, V.P. Pushkina
The work to the application of partially coherent radiation in the study of materials for polishing optical surfaces is devoted. In optical instrumentation, this method allows us to evaluate not only the smoothness of surfaces, the quality ofpolishing the material, but also to determine the level of wear on the working surfaces of devices for processing optical products, so the work is relevant and promising. The paper sets the goal, the task of the study, and defines the method and object of the study. The external views of the measuring unit, the measured surfaces, as well as the polishing device of optical surfaces are given. Microreliefs of the studied surfaces and the results of measurements of the distance to the surface when moving in the direction of the OX and OY axes were obtained. It is confirmed that the differences in the microreliefs of the surfaces are insignificant, therefore it is advisable to use these surfaces for polishing optical parts.
Key words: optical surface, interferometry, polyethylene terephthalate, metal probe, photodetector unit, reference mirror, interferometer branches.
Maiorov Evgeny Evgenievich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Kurlov Viktor Valentinovich, candidate of technical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Arefiev Alexander Vladimirovich, candidate of physical and mathematical sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP),
Pushkina Vera Pavlovna, candidate of economic sciences, docent, [email protected], Russia, Saint-Petersburg, Saint-Petersburg state university of aerospace instrumentation (GUAP)
