Всеукраїнська науково-практична конференція



Сторінка24/60
Дата конвертації11.05.2018
Розмір3.74 Mb.
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   60

МІНОВ Є.В., ОСТАПОВ С.Е., ХАЛАВКА Ю.Б.


ЧЕРНІВЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ІМЕНІ ЮРІЯ ФЕДЬКОВИЧА (УКРАЇНА)

ПРОГРАМНЕ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ТРАЄКТОРІЙ РУХУ

НАНОЧАСТИНОК



Розроблено програмне забезпечення для дослідження траєкторій руху наночастинок у розчині. Алгоритм роботи програми ґрунтується на розпізнаванні та оптичному аналізі траєкторій наночастинок. Вхідними даними служать файли avi-формату із записом руху частинок. Вихідні дані являють собою таблиці параметрів частинок, гістограми розподілу розмірів та траєкторії руху. Розроблене програмне забезпечення може використовуватися у мікровіскозиметрії та термометрії. Корисною вона буде також і при дослідженнях синтезу наночастинок.
При синтезі наночастинок в лабораторних умовах важливу ролі відіграють аналіз та контроль їх параметрів, наприклад, їхніх розмірів. Сьогодні визначення розмірів таких частинок за аналізом траєкторій руху – найдоступніший для невеликих лабораторій [1]. Він дозволяє отримати достовірні дані з похибкою не більше 10% в діапазоні розмірів частинок 20÷1000 нанометрів. В результаті співпраці кафедр неорганічної хімії та програмного забезпечення комп’ютерних систем було розроблено програмне забезпечення, яке дозволяє деякою мірою автоматизувати процес нано-трекінгу [2].

Наночастинки синтезуються в лабораторіях кафедри неорганічної хімії. Дослідження починаються з знімання відео-файла в avi-форматі за допомогою мікроскопа та цифрової відеокамери. Для надійного розпізнавання наночастинок та їхніх траєкторій достатньо 30-секундного відеоролика. Отриманий відео-файл подається на вхід програмного забезпечення та піддається покадровому аналізу. Можливий також аналіз одиночних зображень, однак тоді на виході програми ми зможемо отримати лише значення кількості частинок у полі зору мікроскопа та їх концентрацію.

Програмне забезпечення розроблене в середовищі MathLab з використанням додаткових бібліотек, написаних на С++ та скомпільованих у середовищі MinGW-5.1.4. Основні компоненти розробленої програми показано на рис.1.

Рис. 1. Основні компоненти розробленого програмного забезпечення

Процес аналізу складається з трьох етапів: детектування частинок; трекингу; розрахунку статистичних даних та відображення результатів по кожній наночастинці.

На етапі детектування формуються фрагменти наночастинок по кожному кадру. Оскільки матеріали відрізняються кольором розсіювання, передбачено можливість вибору кольорового фільтру для багатьох типів наночастинок.

Для детектування частинок використовується алгоритм нечіткої маски, на основі якого будується двовимірне бітове поле і виконується сегментація. Для цього здійснюється попіксельний обхід бітового поля і порівнювання кожного пікселя з чотирма вже обробленими сусідами, розміщеними навколо даного. Таким чином знаходяться фрагменти наночастинок на кожному кадрі.

На етапі трекінгу формуються траєкторії руху наночастинок та обчислюються значення їх швидкості та квадрату середнього зміщення.

На фінальному етапі дослідження можна, знаючи параметри розчину, температуру та в’язкість, отримати розмір наночастинок, статистичні дані по швидкості та зміщенню, залежність розподілу розміру частинок від часу їх існування, відстані, що її вони пройшли за час існування тощо у вигляді 2-х та 3-вимірних гістограм. Приклади гістограм та траєкторії руху частинки подано на рис. 2.

Рис.2. Приклади 3-вимірної діаграми розподілу частинок різної інтенсивності за діаметром (ліворуч) та візуалізована траєкторія руху окремої частинки (праворуч)

Додатково до описаного функціоналу існує можливість використання програмного забезпечення в режимах мікровіскозиметра та мікротермометра, які дають змогу вимірювати локальну в’язкість розчинів та локальну температуру з використанням статистичної обробки даних трекінгу.

З виконаних робіт можна зробити висновок про те, що нами розроблено спеціалізоване програмне забезпечення розпізнавання та аналізу трекінгу наночастинок, функціонал якої дозволяє досліджувати частинки діаметром 20-1000 нм, вивчати їх статистичні характеристики, вимірювати локальні значення густини та температури розчинів.

ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ


  1. Vasco F., Hawe A. and Wim J. Critical Evaluation of Nanoparticle Tracking Analysis by NanoSight for the Measurement of Nanoparticles and Protein Aggregates// Pharmaceutical Research. – 2008. - 27 (5). – P. 796–810.

  2. Мінов Є.В. Програмне забезпечення дослідження трекінгу наночастинок / Є.В.Мінов, С.Е.Остапов // ІІ Всеукраїнська науково-практична конференція «Інтелектуальні технології в системному програмуванні» ІТСП-2013, Тези конференції, - С.65-66.

УДК 519.7

ПРЯНИЧНИКОВА Е.А.


ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (УКРАИНА)

ПРИМЕНЕНИЕ ГРАФОВ С ОТМЕЧЕННЫМИ ВЕРШИНАМИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ



В работе выполнен обзор и анализ современных математических методов проектирования и верификации вычислительных систем. Рассматривается новая автоматно-алгебраическая модель вычислительной системы, основанная на использовании графов с отмеченными вершинам, исследуются основные свойства алгебры языков, представимых в таких графах.
Постановка проблемы. Под вычислительной системой понимается любая техническая система преобразования информации, поведение которой может быть описано с помощью алгоритма. Процесс проектирования вычислительной системы представляет собой последовательность этапов, на каждом из которых проект системы представлен с помощью совокупности математических моделей, описывающих отдельные ее части [1].

В настоящее время аппаратные и программные системы широко используется во многих приложениях, где любой отказ считается недопустимым. Задача проверки правильности проектируемой системы, т. е. обеспечения ее корректности начиная с самых ранних этапов проектирования, является основной проблемой в процессе разработки любой надежной системы.

В последние годы очень активно развивается метод верификации моделей (или проверки на модели), при помощи которого желаемые свойства поведения системы проверяются на заданной модели путем исчерпывающего перебора всех состояний, достижимых системой, и всех поведений, проходящих через эти состояния. При таком подходе спецификации представляются формулами пропозициональной темпоральной логики, а вычислительные системы моделируются отмеченными графами - системами переходов [2].

Цель работы – исследование новой автоматно-алгебраической модели вычислительной системы, основанной на использовании графов с отмеченными вершинам и изучить основные свойства алгебры языков, представимых в таких графах.

Результаты исследований. Основными математическими моделями, которые используются для описания вычислительных систем, являются отмеченные графы. Чаще всего используются графы с отмеченными дугами (конечные автоматы) и графы с отмеченными вершинами, важной разновидностью которых являются модели Крипке [3].

Наиболее полно изученными из таких моделей являются конечные автоматы. Алгебраическая теории графов с отмеченными вершинами разработана значительно меньше, чем алгебраическая теория конечных автоматов, многие вопросы теории таких графов еще не достаточно проработаны. Создание и исследование алгебраических методов для решения различных задач, связанных с такими графами, существенно отстает от исследований в области алгебраической теории конечных автоматов, поэтому задача разработки алгебраического аппарата для задач, представимых в этих графах является важной и актуальной.

В данной работе рассмотрена новая автоматно-алгебраическая модель вычислительной системы, основанная на использовании графов с отмеченными вершинами. Исследованы основные свойства алгебры языков, представимых в графах с отмеченными вершинными: найдены алгебраическая и лингвистическая характеризации языков, представимых регулярными выражениями этой алгебры, разработаны методы анализа и синтеза рассматриваемых языков, способы детерминизации и минимизации графов с отмеченными вершинами.
Список литературы


  1. Капитонова Ю.В. Математическая теория проектирования вычислительных систем / Ю.В. Капитонова, А.А. Летичевский. – Москва: Наука, 1988. – 296с.

  2. Baier C. Principles of Model Checking / C. Baier, J.-P. Katoen. – Cambridge: MIT Press, 2008. – 975 p.

  3. Clarke E. M. Model Checking / E. M. Clarke, O. Grumberg, D. Peled. – Cambridge: MIT Press, 1999. – 257 p.

УДК 004.942; 548.4



Поділіться з Вашими друзьями:
1   ...   20   21   22   23   24   25   26   27   ...   60


База даних захищена авторським правом ©wishenko.org 2017
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка