Лаборатория СВЧ-электроники и радиотомографии

ЛАБОРАТОРИЯ СВЧ-ЭЛЕКТРОНИКИ И РАДИОТОМОГРАФИИ

ОБЗОРКОНТАКТЫ

Лаборатория СВЧ-электроники и радиотомографии

Создана в 2013 г. на базе сектора мониторинга динамических процессов и лаборатории радиоволновых методов контроля

Лаборатория занимается разработкой методов, алгоритмов и программного обеспечения для решения прикладных обратных задач обработки полей и изображений в реальном масштабе времени. Особенностями проводимых исследований являются:

  • Учет динамических свойств контролируемых объектов и полей, т.е. изменения их структуры и параметров в процессе измерений;
  • Учет неопределенностей в задании модели объекта и априорных данных;
  • Восстановление полей и обработка изображений в условиях априорной неопределенности и неполноты измерений.

Наумов Александр Олегович

Заведующий лабораторией

Основные направления НИОКР

ориентированные фундаментальные исследования:

  •  разработка теории и принципов построения систем с управляемой структурой;
  • разработка статистической теории, методов измерений и алгоритмов реконструкции динамических изображений в компьютерной томографии;
  • разработка методики обработки динамических изображений с движущимися объектами на сложном фоне;
  • исследование методов реконструкции внутренней структуры неметаллических объектов на основе решения обратных задач дифракции широкополосных сигналов СВЧ диапазона.

прикладные исследования:

  • разработка алгоритмов и программного обеспечения для моделирования спутниковой радиотомографической системы мониторинга ионосферы;
  • разработка алгоритмов и программного обеспечения для обнаружения изображений объектов в двухспектральных оптико-электронных системах;
  • исследование и разработка радиоволновых методов обнаружения скрытых подповерхностных объектов;
  • разработка методов цифровой обработки радиолокационных сигналов в георадарах;
  • исследование радиоволновых методов визуализации структуры биологических объектов в целях ранней диагностики опухолей.

разработки:

  • микроволновые толщиномеры диэлектрических покрытий на металлах;
  • бесконтактные СВЧ измерители вибраций и биений;
  • портативные измерители радиопрозрачности обтекателей антенн самолетных РЛС;
  • радиоволновые измерители уровня жидкостей в технологических емкостях;
  • подповерхностные радары для визуализации внутренней структуры строительных конструкций (выявление и визуализация дефектов в стенах, перекрытиях и т.п., определение толщин элементов конструкций), зондирования приповерхностного слоя почвы.

Научные достижения лаборатории связаны с разработкой алгоритмов реконструкции динамических изображений для компьютерной томографии реального времени, восстановления нестационарных сигналов и динамических полей по результатам их наблюдения, а также с микроволновой структуроскопией диэлектрических сред, подповерхностной радиолокацией и разработкой новых методов измерения диэлектрической проницаемости и толщины листовых диэлектрических материалов.
Разработана методология получения математических моделей статических и динамических изображений в классе многомерных марковских случайных процессов. Применительно к задачам томографии разработаны математические модели наблюдения проекций.
Для решения задач восстановления и реконструкции изображений в реальном масштабе времени модифицирована теория фильтра Калмана. Это позволило получить рекуррентные оптимальные алгоритмы восстановления и реконструкции, что дало возможность осуществлять эти операции параллельно с процессом наблюдения изображений. Рассмотрен и изучен специальный класс нелинейных моделей, состоящий из последовательно соединенных линейного блока и безынерционного нелинейного преобразователя. Для этого случая получены квазиоптимальные нелинейные алгоритмы восстановления. Изучены особенности применения фильтра Калмана для решения некорректных задач в условиях неопределенности задания априорных данных. Для расширения возможностей методики при решении задач высокой размерности (104-106) предложена модификация алгоритмов восстановления на основе метода наименьших квадратов с учетом регуляризации. В целях повышения скорости сходимости процессов восстановления и реконструкции динамических изображений решена задача оптимального управления процессом наблюдения.
В настоящее время проводятся с исследования в области обработки динамических изображений и процессов, протекающих в различных средах. Методология основана на использовании математического аппарата теории случайных процессов и полей. Особенностью исследований является разработка алгоритмов мониторинга, работающих в реальном масштабе времени. Разработана методика пространственной фильтрации объектов на динамическом фоне. Она основана на различиях в пространственных спектрах фона и изображений объектов и использует вейвлет-преобразование типа DoG-фильтр. Получена закономерность, позволяющая выбирать параметры вейвлет-фильтра, обеспечивающие заданные вероятности правильного обнаружения и ложных тревог. Результаты исследований используются при создании систем контроля в микро- и нанотехнологиях, а также в оптико-электронных системах наблюдения.
В области радиоинтроскопии диэлектрических сред существенный прогресс достигнут в исследовании следующих проблем:
— изучение особенностей работы приемно-передающих антенн при их расположении в непосредственной близости от отражающей поверхности и разработка на этой основе усовершенствованных антенных систем подповерхностной радиолокации;
— создание новых методов калибровки подповерхностных радиолокаторов в свободном пространстве;
— исследование робастных методов реконструкции распределения диэлектрической проницаемости в неоднородных диэлектрических телах по результатам измерения параметров отраженных и рассеянных электромагнитных волн.

Монографии

 

1. Артемьев В. М. Теория динамических систем со случайными изменениями структуры.—Мн.: Выш. школа, 1979.
2. Казаков И. Е., Артемьев В. М. Оптимизация динамических систем случайной структуры.— М.: Наука, 1980.
3. Артемьев В.М., Ганэ В.А., Степанов В.Л. Управление в системах с разделением времени.— Мн.: Вышэйшая школа, 1982.
4. Казаков И.Е. Артемьев В.М. Бухалев В.А. Анализ систем случайной структуры. М.: Наука, 1993.
5. Артемьев В.М., Наумов А.О., Йениш Г.-Р. «Реконструкция динамических изображений в томографии процессов», Минск: Изд. центр БГУ, 2004.

Статьи

 

1. Артемьев В.М. Шоломицкий В.А. Алгоритмы управления транспортным роботом при движении вдоль заданной траектории. Изв. АНБ, сер. Физ. Техн., № 2, 1991.
2. Артемьев В.М. Костюковский А.Г. Исследование оценок качества автоматического регулятора дистанции для колонны наземных транспортных средств. Изв. АНБ, сер. Физ. Техн., № 4, 1991.
3. Артемьев В.М. Глаголев К.В. Математическая модель телевизионной системы со следящим стробом в условиях помех. Приборостроение, № 10, 1991.
4. Артемьев В.М. Костюковский А.Г. Анализ точности системы измерения дистанции между машинами в колонне. Изв. АНБ, сер. Физ. Техн., № 1, 1992.
5. Артемьев В.М. Костюковский А.Г. Анализ переходных процессов в системе измерения дистанции между машинами в колонне. Изв. АНБ, сер. Физ. Техн., № 2, 1992.
6. Артемьев В.М. Степанов В.Л. Методы статистической структурно-параметрической идентификации линейных процессов и систем. Научно-методические материалы. Минск, ИТК АНБ, 1995.
7. Артемьев В.М. Степанов В.Л. Статистический анализ логико-динамических систем. Изв. РАН, Сер. Техн. киберн. № 6, 1996.
8. Артемьев В.М. Степанов В.Л. Алгоритмы диагностики отказов при моноторинге технических объектов. Тезисы докладов XIV НТК “ НК и Д”, 1996.
9. G.-R. Tillack, V. M. Artemiev, A. O. Naumov: Ein neues Modell fur die Streustrahlung, Materialprufung 38 11-12, 469-472 (1996)
10. Артемьев В.М. Локально-оптимальное отказозащитное управление. Известия РАН. Теория и системы управления. № 4, 1997 г., 74-78.
11. Artemiev V.M., Naumov A.O., Tillack G.-R., Bellon C.: Simulation of scattering process in radiation techniques exploiting the theory of Markovian processes with random structure. Review of Progress in QNDE 16, 309-316 (1997).
12. Artemiev V., Naumov A., Tillack G.-R. Adaptive image reconstruction applied to X-Ray tomography // Materialprufung.— 1998.— Vol. 40, № 9.— P. 342–345.
13. Artemiev V., Naumov A., Tillack G.-R. Adaptive image reconstruction with predictive model // Maximum Entrophy and Bayesian Methods / Eds. W. von der Linden e. a.— Kluwer Academic Publishers, 1999.— P. 123–130.
14. В.М. Артемьев, А.О. Наумов, В.Л. Степанов. Оптимальная фильтрация марковского процесса случайной структуры при функционально заданной обратной связи в канале наблюдения. Известия Академии наук. Теория и системы управления. № 1, 2000 г., с 44-50.
15. Artemiev V.M., Naumov A.O., Tillack G.-R. Optimal Dynamic Image Reconstruction with Sequence Projection Data Aquisition // Сб. научных трудов ИТК НАНБ «Цифровая обработка изображений».— Минск, 2000.— Выпуск 4.— C. 7–20.
16. Artemiev V.M., Naumov A.O., Tillack G.-R. Pseudo Kalman Filter Approach for Dynamic Image Reconstruction // Сб. научных трудов ИТК НАНБ «Цифровая обработка изображений».— Минск, 2000.— Выпуск 4.— C. 133–142.
17. Tillack G.-R., Artemiev V.M., Naumov A.O. Dynamic image reconstruction for CT applications // Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation.— 2001.— Vol. 20.— P. 748–755.
18. Tillack G.-R., Artemiev V.M., Naumov A.O. Reconstruction of dynamic object properties for CT applications // Materialprufung.— 2001.— № 6.— P. 254–258.
19. В.М. Артемьев, А.О. Наумов, В.Л. Степанов. Оптимальная фильтрация марковского процесса случайной структуры при управлении каналом наблюдения. Часть I. Изв. НАНБ, серия физико-технических наук, № 4, 2001 г., стр. 93-96.
20. В.М. Артемьев, А.О. Наумов, В.Л. Степанов. Оптимальная фильтрация марковского процесса случайной структуры при управлении каналом наблюдения. Часть II. Изв. НАНБ, серия физико-технических наук, № 4, 2001 г., стр. 97-102.
21. Artemiev V.M., Naumov A.O., Tillack G.-R. Recursive Tomographic Image Reconstruction Using a Kalman Filter Approach in the Time Domain // J.Phys.D: Appl. Phys.— 2001.—Vol. 34.— P. 2073–2083.
22. Tillack G.-R., Goebbels J., Illerhaus B., Artemiev V.M., Naumov A.O. Statistical characterization of complex object structure by dynamic tomography // Review of Progress in QNDE.— 2002.— Vol. 21.— P. 764–771.
23. Наумов А.О. Реконструкция динамических изображений на основе рекуррентного метода наименьших квадратов // Сб. научных трудов «Анализ цифровых изображений» / Национальная Академия наук Беларуси. Объединенный институт проблем информатики.— Минск, 2002.— Выпуск 1.— С. 20–27.
24. G.-R. Tillack, U. Samadurau, V.M. Artemiev, A.O. Naumov Statistical characterization of multi-phase flow by dynamic tomography // Review of Progress in QNDE.— 2003.— Vol. 22.— P. 643–650.
25. Наумов А.О. Оптимальная реконструкция динамических изображений на основе рекуррентного метода наименьших квадратов в целях томогрфии // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.-тэхн. навук.— 2003.— № 2.— С. 90–95.
26. Артемьев В.М., Наумов А.О., Тиллак Г.-Р. «Реконструкция динамических изображений для томографии процессов» Сб. «Достижения физики неразрушающего контроля», Минск 2003, с. 27-35.
27. Артемьев В.М., Наумов А.О. Селективная реконструкция динамических изображений. Сб. докладов международной научно-технической конференции «Современные методы и приборы контроля качества и диагностики состояния объектов», Могилев, 2004, с. 182-183.
28. Артемьев В.М., Наумов А.О., Степанов В.Л. Обработка изображений микроструктур с маркированными частицами с целью изучения динамики их движения и взаимодействия // Труды Восьмого международного форума «Высокие технологии ХХI века», Москва 2007, стр. 121–125.
29. V.M. Artemiev, A.O. Naumov, V.L. Stepanov, N.I. Murashko Method and Results of Real Time Modeling of Ionosphere Radiotomography on the Basis of the Kalman Filter Theory // Journal of Automation and Information Sciences, 40(2), 2008, p. 52–62.
30. A.P. Kren, A.O. Naumov Determination of the relaxation function for viscoelastic materials at low velocity impact // International Journal of Impact Engineering. — 2010. — V. 37 — p. 170–176.
31. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Максимально правдоподобное обнаружение изображений объектов в двухканальных оптико-электронных системах // Цифровая обработка сигналов, N 1, 2010. — С. 14–17.
32. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Обнаружение изображений точечных объектов в условиях неопределенности // Информатика. – 2010. – № 2. – С. 15–24.
33. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Обнаружение объектов конечных размеров на изображениях в условиях неопределенности // Информатика. – 2010. – № 4. – С. 5–14.
34. В.М. Артемьев, А.О. Наумов, Л.Л. Кохан Методика, алгоритмы и программы для визуализации изображений движущихся маркированных точек // Достижения физики неразрушающего контроля: сб. науч. тр. / Под. ред. Н.П. Мигуна – Мн. : Институт прикладной физики НАН Беларуси, 2011. – С. 51–56.
35. Кохан, Л.Л. Алгоритм оценки температуры объекта в космосе для двухспектральных систем ИК диапазона / Л.Л. Кохан // Вестник Военной академии Республики Беларусь. – 2011. – №2 (31). – С. 109–114.
36. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Кластеризация и селекция изображений воздушных объектов в обзорных оптико-электронных системах // Информатика. – 2012. – № 1. – С. 18–26.
37. Артемьев В.М., Наумов А.О. Радиотомография поля концентрации электронов в ионосфере на основе фильтра Калмана // Весцi НАН Беларусi. Серыя фiзiка-тэхнiчных навук.– 2012.– № 2.– С. 86–92.
38. Наумов А.О., Артемьев В.М. Реконструкция изображений в нелинейной динамической томографии. Часть 1: Нелинейные модели изображений // Неразрушающий контроль и диагностика.– 2012.– № 2.– С. 3–16.
39. Артемьев В.М., Наумов А.О., Кохан Л.Л. Синтез фильтров подавления фона на цифровых изображениях в оптико-электронных системах // Информатика. – 2012. – № 3. – С. 5–15.