Сложные динамические режимы реакционно-диффузионных сред типа Белоусова-Жаботинского и обработка изображений

• Автор: Уляхин, Сергей Геннадьевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Глава 1. Литературный обзор

1.1 Реакционно-диффузионные среды: химические осцилляторы с диффузионной связью

1.1.1 Колебательные химические среды

1.1.2 Реакция Белоусова-Жаботинского

1.1.3 Модели реакции Белоусова-Жаботинского. Механизм ФилдаКороша-Нойеса

1.1.3.1 Вариант Филда-Нойеса

1.1.4 Системы с учетом диффузии

1.1.4.1 Триггерные волны

1.1.4.2 Концентрические волновые структуры

1.1.4.3 Спиральные волны

1.2 Реакционно-диффузионные среды: применение к обработке информации

1.2.1 Нейросетевая парадигма
1.2.2 Сравнение нейросетевого подхода и парадигмы фон Неймана
1.2.2.1 Парадигма фон Неймана
1.2.3 Параллельная обработка информации. Параллельные и распределенные вычислительные системы
1.2.4 Понятие программы в обработке информации
1.2.5 Сложность
1.2.6 Численные методы обработки изображений. Метод математической
морфологии
1.2.7 Материальное воплощение нейронных сетей: распределенные динамические среды

1.2.8 Особенности практического использования сред БелоусоваЖаботинского для обработки информации
1.3 Основные задачи, которые решались на базе реакционно-диффузионных
сред
1.4 Заключение
Глава 2. Методы исследования
2.1 Концепция реакционно-диффузионного процессора
2.1.1 Ввод информации
2.1.2 Обработка информации
2.1.3 Вывод решения задачи
2.1.4 Управление и энергетическое питание процессора
2.2 Практическая реализация реакционно-диффузионного процессора
2.2.1 Конструктивные особенности реакционно-диффузионного процессора
2.2.2 Состав реакционно-диффузионной среды
2.3 Описание экспериментальной установки
2.3.1 Режимы работы экспериментальной установки
2.4 Получение контрастных изображений
2.5 Компьютерное моделирование динамики реакционно-диффузионных
сред
Глава 3. Результаты исследования и их обсуждение
3.1 Динамические режимы реакции Белоусова-Жаботинского
3.1.1 Управление режимами реакции Белоусова-Жаботинского
3.2 Обработка изображений: возбудимый режим
3.2.1 Среды Белоусова-Жаботинского и метод математической морфологии
3.2.2 Использование реакционно-диффузионных сред для восстановления поврежденных изображений
3.3 Обработка изображений: колебательный режим

3.3.1 Обработка полутоновых изображений
3.3.2 Разделение перекрывающихся изображений
3.3.3 Выделение слабоконтрастных изображений
3.4 Попытки практической реализации триггерного режима, инициируемого светом
3.5 Границы применимости операций обработки изображений средами Белоусова-Жаботинского
Заключение
Некоторые эксплуатационные требования
Высокий естественный параллелизм
Нелинейные механизмы обработки информации
Быстродействие реакционно-диффузионных устройств обработки информации
Многоуровневая архитектура
Технологические особенности производства реакционно-диффузионных устройств
Выводы
Список литературы

Closing A • 5 = (A 0 5)05
Детальное рассмотрение показывает, что совокупность операций «открыть» и «закрыть» позволяет произвести все основные операции обработки изображений - выделение контура изображения, его скелета, разделение изображения на его простейшие фрагменты и так далее.
1.2.7 Материальное воплощение нейронных сетей: распределенные динамические среды
В 1974 году Конрад предложил оригинальный вариант обработки информации молекулярными системами [48]. Его концепция ферментативного нейрона (рис. 6) была основана на непрерывных распределенных средах, обрабатывающих информацию
отличие от фон Неймановских вычислительных уст- Рис. 6. Концепция
ферментативного нейрона
ройств, в которых информация обрабатывается последовательно отдельными элементарными блоками компьютера, распределенные информационно-логические среды являются высокопараллельными системами, выполняющими одни и те же операции в каждой точке среды одновременно. В реальности размеры элементарных процессоров в информационнологических средах являются ненулевыми и определяются динамикой среды. Дальнейшее развитие и практическое воплощение идей Конрада (см. [46; 47; 49]) показало, что распределенные среды с нелинейной динамикой (т.е. распределенные аналоги нейронных сетей МакКаллоха и Питтса) открывают новые возможности разработки информационно-логических устройств.
В сущности, в течение последних нескольких десятилетий нейросетевой подход МакКаллоха и Питтса превратился в развитую систему представлений, определяющих обработку информации биомолекулярными и простыми биологическими объектами, - квазибиологическую парадигму. Она основана на исход-