Введение к работе
Актуальность работы
Микроминиатюризация современных изделий электронной техники и создание автоматизированных комплексов для их производства предполагает создание автономных диагностических систем на основе сканирующей зондовои микроскопии (СЗМ).
Основным недостатком подобных систем является длительность процессов диагностики, что в свою очередь снижает производительность системы в целом. В то же время подобные системы, тем более автономные, не представимы без подсистем распознавания. Таким образом, на фоне длительности диагностических процессов, остро встает вопрос о быстродействии систем распознавания. В особых ситуациях существенную роль играет диалог "исследователь-компьютер", в частности, средства визуализации и "распознавания образов". В настоящее время существуют мощные аппаратно-программные комплексы для решения подобных задач для однопроцессорных и многопроцессорных компьютеров, например, комплекс AL_CMD, созданный в Ames Laboratory. Как правило, эти программные продукты не являются отечественными и предназначены в первую очередь для моделирования.
Особенностью систем распознавания в сканирующей зондовои микроскопии является длительность процессов и большой объем входных данных (распознавание изображений огромного разрешения). В связи с этим остро встает вопрос о производительности систем распознавания для сканирующей зондовои микроскопии.
Создание распределенных систем распознавания невозможно без понимания принципов построения кластерных и распределенных систем обработки информации. Современные средства моделирования, с использованием методов теории графов позволяет создавать предварительные проекты подобных систем. Разработке и системному анализу алгоритмов функционирования, оптимизации и построения систем распознавания и посвящена данная работа. Таким образом, разработка математических моделей и алгоритмов функционирования систем распознавания в сканирующей зондовои микроскопии является задачей актуальной и своевременной.
Цель работы Целью диссертационной работы является разработка и реализация математических моделей и алгоритмов функционирования систем распознавания в сканирующей зондовои микроскопии, достаточных для создания элементов системы распознавания. Предложенные математические модели технических средств измерения, объектов исследования и межзондового взаимодейсвия в многозондовых устройствах сканирующей зондовои микроскопии позволяют оптимизировать алгоритмы функционирования локальных систем распозна-
вания. Что в свою очередь позволяет оптимизировать алгоритмы функционирования систем распознавания в сканирующей зондовои микроскопии и, как следствие, увеличить их производительность.
Задачи исследования
Для достижения поставленной цели необходимо провести следующий комплекс исследований:
Разработать математические модели объектов распознавания и технических средств измерения;
Разроботать математическую модель межзондового взаимодействия в многозондовых устройствах сканирующей зондовои микроскопии;
Реализовать алгоритмы функционирования локальных систем распознавания для многозондовых устройств сканирующей зондовои микроскопии;
Повести системный анализ архитектуры систем распознавания, сформированной исходя из разработанных алгоритмов;
Методы исследования
Основными методами исследования являются применение математических методов и моделей многоуровневых, сложных систем распознавания, основанных на анализе и моделировании взаимодействия отдельных модулей системы, методах обучения распознающих систем, методах и алгоритмах их функционирования. Моделирование функционирования реальной системы с использованием средств виртуализации.
Научная новизна обусловлена:
Разработанными элементами системы распознавания образов для сканирующей зондовои микроскопии, реализующими распределенную обработку данных на уровне локальных систем распознавания;
Полученными математическими моделями технических средств измерения и объектов распознавания;
Математической моделью межзондового взаимодействия в многозондовых устройствах сканирующей зондовои микроскопии.
Практическая значимость.
Предложены варианты технических решений многозондовых устройств для сканирующей зондовой микроскопии.
Разработан вариант реализации многоуровневой системы распознавания для многозондовых диагностических комплексов на основе сканирующей зондовой микроскопии.
Реализованы элементы программного обеспечения для локальных систем распознавания входящих в состав многоуровневой системы распознавания сканирующей зондовой микроскопии.
Достоверность результатов
Достоверность проведенных теоретических исследований обеспечивается строгим математическим обоснованием предлагаемых подходов и методов, а так же сравнением с теоретическими данными, известными в литературе и полученными автором.
Реализация и внедрение результатов работы
Теоретические и практические результаты используются в учебном процессе МИЭМ (ТУ) и практике системного конструирования для производства материалов и приборов электронной техники в НИИ микроэлектроники и информационно-измерительной техники, НИИ перспективных материалов и технологий.
Основные положения, выносимые на защиту:
Математические модели объектов распознавания и технических средств измерения;
Математическая модель межзондового взаимодействия в многозондовых устройствах сканирующей зондовой микроскопии;
Алгоритмы функционирования локальных систем распознавания для многоуровневых систем распознавания в сканирующей зондовой микроскопии.
Апробация работы
Основные результаты докладывались и обсуждались на научно-технической конференции МИЭМ для молодых ученых и специалистов 2005,2007,2008; Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов; Международных конференциях "Опто-, наноэлектроника, нано-технологии и микросхемы" и "INTERMATIC - 2008".
Публикации
По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 6 докладов , 6 патентов на полезную модель и одно авторское свидетельство на программный продукт , 2 статьи и одно методическое указание для студентов вузов . Опубликованны 2 статьи в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных изданий, выпускаемых в Российской Федерации, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.
Объем диссертации Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 150 страницах, включая акты о внедрении и приложение.
Похожие диссертации на Математические модели и алгоритмы функционирования систем распознавания в сканирующей зондовой микроскопии
