Л. С. ЛЯЛЮШКИН, В. В. ОРЛОВ А. В. ПАВЛОВ
Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
ОПТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА: УЧЕБНАЯ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «ГОЛОГРАФИЧЕСКИЙ КОРРЕЛЯТОР СОВМЕСТНОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ»
В порядке обмена опытом постановки учебных лабораторных работ в области информационной оптики и голографии, описана модернизированная лабораторная работа «Голографический коррелятор совместного преобразования».
Дисциплина «Технологии искусственного интеллекта» изучается студентами СПб НИУ ИТМО на 4-м курсе и состоит из двух разделов. В первом, преподаваемом в осеннем семестре, студенты изучают технологии искусственного интеллекта, развиваемые в рамках компьютерной парадигмы, а в разделе «Оптические технологии искусственного интеллекта» – основы нейросетевой парадигмы и теории нечетких множеств. Эта часть курса включает как лекционные, так и практические занятия. Для проведения последних поставлен ряд экспериментальных работ, в числе которых работа «Голографический коррелятор совместного преобразования».
В течение ряда лет эта работа носила в основном демонстрационный характер – студенты наблюдали на экране корреляционные отклики, формируемые ранее записанными голограммами, находили максимумы и, используя фотодиод и мультиметр, измеряли их интенсивности. Этапы формирования совместного спектра и записи голограммы были им недоступны. Целью развития работы было дать студентам возможность экспериментального наблюдения формирования совместного спектра сравниваемых изображений и определения зависимости параметров интерференционной картины от характеристик изображений. Поскольку в помещении лаборатории занимается одновременно несколько рабочих групп на разных установках, то этап записи голограммы было решено по-прежнему оставить вне рамок учебной работы.
Таким образом, работа состоит из двух этапов.
На первом этапе (рис. 1) студенты наблюдают и исследуют распределение интенсивности, возникающее при интерференции спектров двух образов. Для этого используется ПЗС-камера и написанная в Mathcad программа, которая обрабатывает изображение от камеры и строит зависимости интенсивности от пространственной координаты, определяет период интерференционной картины и её видность. Зная характеристики ПЗС-матрицы, студенты устанавливают соответствия между данными сенсора и стандартными единицами измерения интенсивности и периода картины интерференции. Сравниваются параметры картин интерференции спектров идентичных и различающихся объектов.
Рис. 1. Схема установки голографического коррелятора совместного преобразования на этапе наблюдения корреляционного отклика
На плите 1 расположены: 2 – блок питания лазера, 3 – He-Ne лазер,
4, 7, 8, 11 – зеркала, 5 – микрообъектив с микродиафрагмой, 6 – объектив
с фокусным расстоянием 1600 мм, находящийся в массивном корпусе коллиматора от оптической скамьи, 9 – объект, в передней фокальной
плоскости линзы 10, 10 – линза с фокусным расстоянием 1000 мм, 12 – ПЗС-матрица в задней фокальной плоскости линзы, 13 – компьютер с монитором
На втором этапе студенты с помощью ПЗС-камеры исследуют корреляционный отклик, формируемый предварительно записанной голограммой объектов, изученных на первом этапе. По полученным изображениям корреляционного отклика от разных пар объектов, студенты должны вынести суждение о схожести или несхожести объектов. Изображение с камеры также обрабатывается программой в среде Mathcad.
Работа позволяет студентам наглядно понять, что такое функция корреляции и как она может использоваться для решения задачи распознавания образов.
