Разработка учебных моделей оптических систем на основе их структурного анализа и алгоритмов оптимизации

• Автор: Пашковский, Матвей Александрович
• Шифр специальности: 05.13.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 91 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Теория Русинова и экспертные системы структурного синтеза. Разработка формата учебной базы знаний по проектированию ОС.

1.1. Элементная база структурного синтеза.

1.2. Функциональные типы оптических элементов

1.2.1. Типы оптических поверхностей и зоны их расположения

1.2.2. Обозначение оптических элементов и структурных схем

1.3. Экспертные правила структурного синтеза.

1.3.1. Выбор базового элемента

1.3.2. Выбор коррекционного элемента

1.3.3. Выбор элемента для развития относительного отверстия.

1.3.4. Выбор элемента для развития углового поля
1.4. Алгоритм структурного синтеза.
1.5. Онтологическая база знаний по проектированию ОС.
Глава 2. Анализ ОС и методы поиска по различным критериям
2.1. Алгоритм трассировки нулевых лучей
2.2. Точность трассировки нулевых лучей
2.3. Автоматизированный алгоритм структурного анализа
2.4. Оценка качества структурного анализа
2.5. Методы поиска ОС
2.6. Результаты анализа патентов.
Глава 3. Параметрический синтез оптической системы.
3.1. Алгоритм трассировки реальных лучей.
3.2. Точность трассировки реальных лучей.
3.3. Алгоритм синтеза
3.4. Результаты тестирования алгоритма.
Глава 4. Оптимизация учебных моделей ОС
4.1. Разработка алгоритма.
4.2. Реализация алгоритма.
Глава 5. Автоматическая генерация учебных моделей ОС как элемент управления учебным процессом
5.1. Разработка и реализация программы образовательного семинара Основы проектирования оптических систем.
5.2. Система трехмерной визуализации учебных моделей ОС.
5.3. Использование элементов учебных моделей в электронных документах
5.4. Использование модулей генерации моделей в учебном процессе.
Заключение
Список используемых источников


Первый - это процесс структурного синтеза, то есть получения структурной схемы оптической системы на основании требований к оптическим характеристикам ОС (технического задания). Этот процесс автоматизирован не полностью, так как требует вмешательства со стороны эксперта. Во время этого шага необходим выбор одной из структурных схем оптиком-расчетчиком. Список структурных схем формируется с учетом экспертных правил, описывающих применимость оптического элемента для создания ОС. Для структурного синтеза ОС в последние годы была разработана экспертная система, описанная в первой главе данной работы [, ]. В самом начале разработки получить структурную схему стартовой точки ОС возможно не только методом синтеза, но и в результате анализа уже готовых ОС и поиска среди них системы, удовлетворяющей требованиям ТЗ. Структурная схема найденной системы может быть использована для последующего параметрического синтеза и оптимизации. Описанию алгоритма анализа готовых ОС посвящена вторая глава. Вторым шагом при разработке ОС является процесс параметрического синтеза - процесс определения и / или поиска параметров найденной ранее структурной схемы с учетом требований технического задания. Разработке системы параметрического синтеза посвящена третья глава работы. Результатом этих двух шагов является стартовая точка, лишь частично удовлетворяющая требованиям ТЗ. Для получения необходимой оптической системы используется третий шаг - оптимизация. Оптимизация заключается в анализе оценочной функции в пространстве параметров оптимизируемой оптической системы. Определение математического представления функции оценки является задачей разработчика оптической системы. От реализации математического аппарата численного анализа выбранного разработчиком математического представления функции оценки и самой функции оценки зависит качество конечной оптической системы. Разработаны различные алгоритмы оптимизации. В четвертой главе представлена реализация генетического алгоритма оптимизации ОС. В пятой главе описан разработанный и апробированный процесс управляемого обучения фокус-группы студентов направления «Фотоника и оптоинформатика» проектированию оптических систем с использованием разработанной базы знаний, автоматического анализа, параметрического синтеза и оптимизации ОС. Результаты этого семинара продемонстрировали продуктивность предложенных методических подходов, основанных на принципах автоматической генерации учебных моделей ОС, их трехмерном моделировании и оптимизационных алгоритмах, в том числе генетических. Глава 1. Теория Русинова и экспертные системы структурного синтеза. Разработка формата учебной базы знаний по проектированию ОС. Расчет оптических систем сводится к умению разработчиков оптимальным образом расположить элементы оптической схемы, чтобы конечный результат - качество изображения оптической системы - можно было довести до заданного предела в соответствующих геометрических размерах. Таким образом, разработка любой оптической системы начинается с анализа технического задания - требований на ее проектирование, позволяющих на конечном этапе выработать критерии пригодности оптической системы. В соответствии с этими требованиями проводятся синтез и композиция принципиальной оптической схемы [1. Как правило, технические требования на проектирование ОС составляются заказчиком в произвольной форме и не содержат’ исчерпывающих данных, необходимых разработчику для выбора принципиальной оптической схемы ОС и ее последующего расчета. Поэтому из многообразных требований технического задания необходимо выделить и классифицировать именно те характеристики, которые определят выбор принципиальной оптической схемы. Применительно к оптическим системам различают процедуры синтеза (структурного и параметрического) и композиции [2-]. Под структурным синтезом ОС понимают процедуру выбора типов, количества и взаимного расположения оптических элементов, составляющих ОС. Под параметрическим синтезом ОС понимают процедуру определения конструктивных параметров оптических элементов, входящих в ОС (радиусов, толщин, положения воздушных промежутков, типов оптических сред и т.