авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«1 Направление подготовки магистров 210100 «Электроника и наноэлектроника» Магистерская программа ...»

-- [ Страница 3 ] --

Владеть:

терминологией в области оптико-электронного приборостроения (ПК-8, ПК -11);

компьютером как средством управления информацией (ОК-13);

способностью собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в области электроники и наноэлектроники (ПК -18);

навыками поиска информации о параметрах и характеристиках современных ОЭП ТВ (ПК-6);

информацией о технических параметрах и характеристиках современных ОЭП ТВ (ПК-18 );

способностью строить физические и математические модели ОЭП ТВ и их функциональных узлов, а также использовать стандартные программные средства компьютерного моделирования (ПК -19);

навыками применения полученной информации при разработке систем визуализации различного назначения (ПК -10).

способностью анализировать и систематизировать результаты исследований, представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций (ПК -21);

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 часов.

Виды учебной работы, включая Формы текущего Раздел дисциплины.

Всего часов на № самостоятельную работу контроля Семестр Форма промежуточной раздел студентов и успеваемости п/ аттестации трудоемкость (в часах) п (по семестрам) лк пр лаб сам.

1 2 3 4 5 6 7 8 Обработка сигналов в Контрольный опрос 20 2 4 8 - ОЭП ТВ Показатели эффективности работы Контрольный опрос 28 2 4 8 8 ОЭП ТВ Моделирование и Контрольный опрос 24 2 4 10 2 расчет ОЭП ТВ Испытания и Контрольная работа 30 2 4 8 8 исследования ОЭП ТВ Состояние и Контрольный опрос 14 2 2 2 - перспективы ОЭП ТВ Зачет 4 2 -- -- -- Экзамен 6 2 -- -- -- Итого: 126 - 18 36 18 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 2 семестр 1. Обработка сигналов в ОЭП ТВ Структурная схема обработки сигналов. Выборка сигнала. Микросканирование.

Цифровая фильтрация. Реконструкция изображения. Электронные схемы считывания сигналов. Коррекция неоднородности параметров многоэлементных приемников излучения.

2. Показатели эффективности работы ОЭП ТВ Показатели качества изображения, создаваемого ОЭП ТВ. Тактико-технические параметры и характеристики аппаратуры. Показатели эффективности выполнения задачи, для решения которой предназначена ОЭП ТВ. Технико-экономические показатели.

3. Моделирование и расчет ОЭП ТВ Обобщенная структурная модель ОЭП ТВ. Зрительное восприятие по теории статистических решений. Модели отдельных звеньев ОЭП ТВ.

4. Испытания и исследования ОЭП ТВ Стенды и методы для оптических испытаний. Излучатели, тест-объекты. Измерения чувствительности, шумов, энергетического, пространственного и температурно частотного разрешения. Автоматизация измерений основных параметров и характеристик ОЭП ТВ.

5. Состояние и перспективы ОЭП ТВ Системы экологического дистанционного мониторинга. Применение ОЭП ТВ в промышленности и строительстве. Применение ОЭП ТВ в медицине, биологии, астрономии и других отраслях науки. Системы военного и специального назначения.

Тенденции развития ОЭП ТВ.

4.2.2. Практические занятия 2 семестр 1. Расчет цифровых фильтров для ОЭП ТВ.

2. Выбор параметров фильтров для реконструкции изображений в ОЭП ТВ.

3. Выбор способа коррекции неоднородности чувствительности многоэлементных приемников излучения.

4. Определение параметров функциональной модели органа зрения.

5. Зрительное восприятие согласно теории статистических решений.

6. Расчет передаточных функций отдельных звеньев ОЭП ТВ.

7. Расчет показателей эффективности выполнения задачи, решаемой ОЭП ТВ.

8. Расчет погрешностей при испытаниях ОЭП ТВ.

9. Зачётное занятие.

4.3. Лабораторные работы 2 семестр Исследование параметров электронно-оптического преобразователя.

1.

Исследование характеристик прибора с электронно-оптическим преобразователем.

2.

Исследование пороговых характеристик систем технического видения.

3.

Исследование объективно измеряемых характеристик систем технического 4.

видения, определяющих качество изображения.

4.4. Расчетные задания 2 семестр Расчетные задания учебным планом не предусмотрены 4.5. Курсовые проекты и курсовые работы 2 семестр 1. Расчет и проектирование тепловизора (2 спектральных диапазона, 20 вариантов задания) 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Лекционные занятия проводятся в основном в традиционной форме, 2 - 3 лекции со сложным для рисования на доске материалом включают в себя использование слайдовых презентаций схем, конструкций, диаграмм и т.д.

Практические занятия наряду с традиционной формой включают в себя занятия в компьютерном классе, где при расчётах используются как стандартные программы, так и элементы самостоятельного программирования, например, в среде MatLab.

Самостоятельная работа включает подготовку к лекционным занятиям, контрольным опросам, контрольной работе, выполнение домашних заданий, а также подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются контрольные устные опросы, контрольная работа, презентация и защита курсового проекта.

Итоговая аттестация по дисциплине:

2 семестр – зачет, защита курсового проекта и экзамен;

В приложение к диплому вносится оценка, полученная на экзамене за 2 семестр.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Гейхман И.Л., Волков В.Г. Основы улучшения видимости в сложных условиях.

– М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 1999. – 286 с.

2. Карасик В.Е., Орлов В.М. Лазерные системы видения. – М.: Изд-во МГТУ им.

Н.Э.Баумана, 2001. – 352 с.

3. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. – М.: Логос, 2004. – 444.

б) дополнительная литература:

1. Ллойд Дж. Системы тепловидения. – М.: Мир, 1976. – 414 с.

2. Орлов В.А., Петров В.И. Приборы наблюдения ночью и при ограниченной видимости. – М.: Воениздат, 1989. – 254 с.

3. Романов С.С., Васьковский А.А. Визуальное восприятие цифровой информации. – М.: МЭИ, 1983. – 80 с.

4. Романов С.С., Васьковский А.А. Элементы систем преобразования изображений. – М.: МЭИ, 1981. – 100 с.

5. Романов С.С., Гвоздев С.М. Приборы с электронно-оптическими преобразователями. – М.: МЭИ, 1982. – 104 с.

6. Романов С.С. Характеристики систем преобразования изображений. – М.: МЭИ, 1980. – 60 с.

7.2. Электронные образовательные ресурсы а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.secnews.ru/articles/flir.php;

www.teplo-lab.ru/vision.html;

www.specoptic.ru/;

catalogue.roselgroup.com;

б) другие:

Слайды с конструкциями систем технического видения различных типов и их элементов.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Дисциплина поддерживается демонстрацией конкретных образцов приборов, стендами и лабораторными макетами оптико-электронных приборов различного назначения в учебной лаборатории. При проведении практических занятий используется компьютерный класс.

Для лучшего освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций и показа учебных слайд фильмов.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО, утверждённого 14.01.2010 г. Минобрнауки и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» (магистерская программа «Оптико электронные приборы и системы»).

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

к.т.н., доцент Васьковский А.А.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой д.т.н., профессор Григорьев А.А.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ) Направление подготовки: 210100 Электроника и наноэлектроника Магистерская программа: Оптико-электронные приборы и системы Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕОРИЯ ПЕРЕНОСА ИЗЛУЧЕНИЯ»

Цикл: Профессиональный (М.2) Вариативная часть, Часть цикла:

дисциплина по выбору № дисциплины по учебному ИРЭ;

М.2.7. плану:

Часов (всего) по учебному 1 семестр плану:

Трудоемкость в зачетных 1 семестр единицах:

Лекции 1 семестр Практические занятия 36 часов - Лабораторные работы 36 часов самостоят.

1 семестр Расчетные задания, рефераты работы Объем самостоятельной 1 семестр работы по учебному плану 1 семестр Экзамены Курсовые проекты (работы) Москва - 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение методов расчета сигналов оптико-электронных систем дистанционного зондирования при учете многократного рассеяния и истинного поглощения излучения оптического спектрального диапазона в среде его распространения.

В процессе освоения данной дисциплины студент должен обладать:

способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

способностью адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

способностью использовать результаты освоения фундаментальных (прежде всего физики, оптики, фотометрии, информатики, математики) и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

способностью понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

способностью самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных с основной сферой деятельности (ПК-4);

способностью анализировать состояние научно-технической проблемы путём подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников (прежде всего по теории переноса излучения, оптики атмосферы и океана, оптическим методам дистанционного зондирования) (ПК-7);

способностью разрабатывать с использованием современных языков программирования и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

Задачами дисциплины являются:

познакомить обучающихся с основными характеристиками естественных (Солнце, облака, поверхность Земли, поверхность мирового Океана) и искусственных объектов излучения: цели, фоны, помехи и их зависимостью от времени суток, времени года, географической широты;

познакомить с методами решения уравнения переноса излучения в мутных средах;

научить применять на практике программы компьютерного моделирования рассеивающих и поглощающих сред, в частности атмосферы Земли;

научить использовать теоретические исследования и современное программное обеспечение по расчету рассеяния и поглощения излучения в различных средах.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору студентов) профессионального цикла М.2 образовательной программы «Оптико-электронные приборы и системы» подготовки магистров направления 210100 «Электроника и наноэлектроника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Математика", «Основы светотехники», «Метрология оптического излучения», «Информационная оптика» и «Информатика».

Обучающиеся должны знать характеристики световых полей и методы их расчета при наличии отражения и пропускания, основные законы оптики и основы информатики.

Знания, полученные по освоению дисциплины необходимы при выполнении магистерской диссертации, а так же других дисциплин программы магистерской подготовки «Оптико-электронные приборы и системы», и в первую очередь, «Расчёт и проектирование систем квантовой и оптической электроники», «Оптико-электронные приборы технического видения».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

способностью понимать основные проблемы теории переноса излучения, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

основные источники научно-технической информации по оптике атмосферы и океана, оптическому дистанционному зондированию (ПК-7);

основные методы, алгоритмы и программные коды решения уравнения теории переноса излучения;

оптические характеристики мутных сред, методы их расчета и измерения;

Уметь:

использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

разрабатывать с использованием современных языков программирования и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов моделирования сигналов оптико-электронных систем, работающих в мутных средах (ПК-17);

собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по моделированию световых полей на компьютере, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии;

применять на практике основные прикладные программы расчета пропускания атмосферы;

Владеть:

теоретическими и средствами решения сформулированных задач (ПК-16);

средствами программирования и реализации эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

основными приёмами описания световых полей в мутных средах;

математическими методами расчётов световых полей с учетом многократного рассеяния и истинного поглощения в среде;

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Формы текущего Виды учебной работы, контроля включая успеваемости Всего часов самостоятельную работу на раздел № Семестр студентов и Раздел дисциплины трудоемкость (в часах) п/п Форма промежуточной Лк Пр Лаб Сам аттестации 1 2 3 4 5 6 7 8 Фотометрическое Расчетное задание 10 1 4 приближение Многократное Расчетное задание 9 1 3 рассеяние волн Кинетическая теория электромагнитных Расчетное задание 9 1 3 процессов Элементарные Расчетное задание 6 1 2 процессы Поглощение излучения Расчетное задание 10 1 4 веществом Рассеяние света Расчетное задание 10 1 4 малыми частицами Оптические характеристики Расчетное задание 10 1 4 мутных сред Световое поле в мутной Расчетное задание 10 1 4 среде Методы решения уравнения переноса Расчетное задание 12 1 4 излучения Излучение целей и Расчетное задание 6 1 2 фонов Оптимальный спектральный диапазон Расчетное задание 6 1 2 приемника излучения Зачет 12 4 1 Экзамен 13 6 1 Итого:

14 108 36 4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Лекции учебным планом не предусмотрены 4.2.2. Практические занятия 1 семестр 1. Фотометрическое приближение Понятие когерентности. Описание волновых полей с помощью комплексных функций.

Классический опыт Юнга. Видность интерференционной картины. Функция и коэффициент когерентности. Пространственная и временная когерентность. Частично когерентные световые поля.

2. Характеристики полей яркости Распространение функции когерентности. Квазиоднородные волны. Световое поле.

Обобщенная яркость. Связь яркости и корреляционной функции поля. Спектр Вигнера.

Аксиомы фотометрического приближения.

3. Многократное рассеяние волн Распространение волн в случайно-неоднородных средах. Диаграммная техника Фейнмана анализа и преобразования функциональных рядов. Уравнение Дайсона, ядро массового оператора. Оператор Дайсона. Уравнение Бете-Салпитера, ядро оператора интенсивности.

Лучевое приближение. Принцип локализации ядер. Квазиоднородность волны.

Эффективная неоднородность.

4. Уравнение переноса излучения (УПИ).

Феноменологическое определение светового поля. Облученность, пространственная облученность, световой вектор. Пространственная плотность световой энергии.

Простейшие следствия из УПИ. Среды с чистым поглощением, закон Бугера. Понятие силы излучения. Уравнение Гершуна-Гуревича-Кубелки-Мунка. Точечный источник в поглощающей среде, закон Бугера-Аллара.

5. Кинетическая теория электромагнитных процессов Взаимодействие поля и вещества. Уравнения Максвелла для распространения электромагнитного поля в ансамбле классических частиц. Описание статистического ансамбля частиц. Одно- и N-частичная функции распределения частиц в фазовом пространстве. Уравнения Гамильтона для описания движения произвольной системы частиц. Уравнение Лиувилля. Усреднение уравнения Лиувилля по ансамблю частиц, цепочка уравнений ББГКИ.

6. Продолжение той же темы Ослабление начальных корреляций. Область кинетических уравнений. Термализация ансамбля частиц, гидродинамическое приближение. Основные типы кинетических уравнений. Самосогласованное поле, уравнение Власова. Приближение парных столкновений – уравнение Больцмана. Поляризация, парные столкновения в поле третьей частицы – уравнения Ландау, Ленарда-Балеску.

Термодинамическое равновесие. Принцип детального равновесия. Распределения Планка, Максвелла, Больцмана и Саха. Локальное термодинамическое равновесие.

Гидродинамическое приближение.

7. Элементарные процессы в веществе Энергетические состояния электрона в атоме. Квантовые числа. Вырождение. Энергия ионизации. Свободно-свободные переходы, тормозное излучение. Энергетический спектр молекул. Колебательный и вращательный спектры. Правило отбора. Снятие вырождения в поле других частиц. Зонный спектр твердого тела.

8. Взаимодействие излучения с веществом Поглощение, излучение и вынужденное излучение. Коэффициенты Эйнштейна. Время жизни атома в возбужденном состоянии. Дипольное приближение. Термодинамическое равновесие и связь коэффициентов между собой.

9. Поглощение излучения веществом Уширение спектральной линии. Собственное уширение. Контур Лоренца. Полуширина линии. Доплеровское уширение: эффект Допплера, распределение Максвелла частиц по скоростям. Эффект давления: ударное уширение и квазистатическое приближение.

Штарковское уширение. Контур Фойгта.

Показатель поглощения вещества. Квантовый показатель поглощения единицей объема вещества. Фотометрический показатель поглощения на единицу длины. Отрицательное поглощение. Закон Бугера-Ламберта-Бэра. Особенности поглощения на неоднородных трассах.

Неразрешенные линии поглощения. Поглощение отдельной линией. Слабая и сильная линия. Модели полос поглощения. Эквидистантная модель Эльзасера. Случайная модель Гуди. Комбинированные модели. Неоднородные трассы – модель Куртиса-Годсона.

Излучение нагретых газов.

10. Рассеяние света малыми частицами Амплитудная функция рассеяния. Сечения рассеяния. Фактор рассеяния. Оптическая теорема. Рассеяние векторных волн. Параметры Стокса, матрица рассеяния, векторное УПИ. Теория Ми. Анализ рядов теории Ми. Рассеяние света диэлектрическими шарами.

Влияние анизотропии, полидисперсности и поглощения на рассеяние света частицей.

Молекулярное рассеяние.

11. Оптические характеристики мутных сред Особенности измерения оптических характеристик. Термодинамическая модель атмосферы. Газовый состав атмосферы. Постоянные и переменные газовые компоненты.

Структура атмосферного аэрозоля. Поглощение атмосферными газами. Ослабление излучения атмосферным аэрозолем. Метеорологическая дальность видимости.

Оптические свойства облаков. Структура и химический состав морской воды. Оптические характеристики морской воды.

12. Световое поле в мутной среде Общая краевая задача переноса излучения в мутной среде. Метод декомпозиции.

Фундаментальное решение УПИ. Объемная и поверхностная функции Грина. Теорема оптической взаимности. Нестационарное уравнение переноса. Связь со стационарной задачей.

Интегральное уравнение Пайерлса. Представление решения в виде ряда Неймана, кратности рассеяния. Двухпотоковое приближение. Влияние отражения фона.

Переходный и глубинный световой режимы. Цвет слоя мутной среды. Поляризация рассеяного излучения.

13. Метод Монте-Карло.

Статистические основы метода Монте-Карло. Расчет интегралов. Генераторы случайных чисел. Моделирование непрерывных случайных величин. Генерация многомерных распределений. Решение интегральных уравнений методом Монте-Карло.

Однородный Марковский процесс блужданий лучей. Статистические веса. Построение стохастической траектории луча.

14. Методы решения уравнения переноса излучения Метод сферических гармоник. Теорема сложения для сферических функций.

Бесконечная система обыкновенных дифференциальных уравнений. Особенности в решении. Проблема сильно анизотропного рассеяния. Обрыв системы конечным числом уравнений. Матричное решение полученной системы. Обусловленность системной матрицы, масштабное преобразование. Граничные условия в форме Марка и Маршака.

Метод дискретных ординат.

15. Малоугловое приближение (МУП).

Пренебрежение дисперсией длин рассеянных лучей. Формы МУП. Использование МУП для выделения анизотропной части решения. Учет обратного рассеяния.

16. Излучение целей и фонов Цель, фон, помеха, их характеристики. Солнце: цветовая температура, угловые размеры. Солнечная постоянная. Зависимость облученности от времени суток, времени года, широты. Луна. Фазы Луны. Звезды и планеты. Естественная ночная освещенность.

Яркость неба. Облака. Морские фоны. Земная поверхность, классы земной поверхности по отражению. Наземные, морские, воздушные и космические цели.

17. Оптимальный спектральный диапазон приемника излучения Идеальный оптический приемник. Дробовый шум падающего излучения. Сигнал объекта с учетом распространения в атмосфере. Яркость собственного излучения неба.

Отношение сигнала к шуму. Определение оптимального спектрального диапазона.

18. Зачётное занятие.

4.3 Лабораторные работы Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания (темы) 1 семестр №1. Модели полос поглощения.

№2. Теория Mie рассеяния света на металлических шарах.

№3. Ослабление излучения атмосферой.

№4. Расчет световых полей в мутных средах методом Монте-Карло.

№5. Расчет световых полей в мутных средах методом сферических гармоник.

№6. Расчет светового поля в мутной среде в малоугловом приближении.

№7. Оптимальный спектральный диапазон.

№8. Моделирование сигналов ОЭС дистанционного зондирования в атмосфере.

№9. Моделирование сигналов ОЭС дистанционного зондирования в морской воде.

№10. Расчет истинного поглощения атмосферными газами в системе HITRAN.

№11. Расчет цвета океана, наблюдаемого со спутника.

№12. Влияние неоднородностей на сигналы систем зондирования Земли из Космоса.

№13. Моделирование сигналов ОЭС дистанционного зондирования в атмосфере с учетом поляризации излучения при рассеянии.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Практические занятия проводятся в виде консультации по теории, обсуждения докладов студентов и решения практических задач на компьютере.

Самостоятельная работа включает подготовку решений задач по предыдущему практическому занятию. Каждая задача оценивается некоторым количеством очков, которые формируют рейтинг студента. В соответствии с набранным рейтингом студент получает зачет.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для дифференциации и стимулирования студентов в рамках преподавания дисциплины действует следующая система: каждое задание (практическое, лабораторное, расчетное и курсовая работа) имеет базовый вариант (0 очков) и варианты повышенной сложности нескольких уровней по 10, 20 и 40 очков. После каждого практического занятия студенты получают задание из некоторого количества задач, каждая из которых так же оценивается некоторым количеством очков (5, 10, 20). Полученные после выполнения каждого задания очки суммируются, образуя рейтинг студента по данной дисциплине. Каждое обязательное задание: защита лабораторной работы, выполнение и защита расчетных заданий, зачет имеют свою цену в очках, образуя в начале семестра отрицательный баланс очков. Зачет естественно получает студент, имеющий неотрицательный баланс по всем обязательным видам занятий. Оценка за зачет определяется количеством набранных очков после расчета по всем заданиям. Студент, у которого после получения зачета остались очки, в зависимости от суммы которых он может быть освобожден от одного, двух вопросов билета или может быть засчитан экзамен с оценкой отлично. Соответственно существует некоторая сумма очков, после набора которой студент досрочно сдает экзамен.

Представляется, что указанная система индивидуальной работы со студентами не только стимулирует интерес к выполнению заданий, но и более равномерно распределяет нагрузку по семестру, позволяя избежать не нужной перегрузки в конце семестра.

Аттестация по дисциплине – экзамен (1 семестр), зачёт (1 семестр).

Оценка за освоение дисциплины, которая выносится в приложение к диплому, определяется по итогам экзамена. Оценка за зачёт является среднеарифметическим баллов за контрольную работу и расчётное задание.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Будак В.П. Методы решения уравнения переноса излучения: учебн. пособие. – М.:

Издательский дом МЭИ, 2007. – 55 с.

2. Зеге Э.П., Иванов А.П., Кацев И.Л. Перенос изображения в рассеивающей среде.

Минск: Наука и техника. 1985.

3. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В. Теоретические основы атмосферной оптики.- М.:

Наука, 2003. - 474С.

б) дополнительная литература:

1. Апресян Л.А., Кравцов Ю.А. Теория переноса излучения - М.: Наука, 1983. - 216С.

2. Рытов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику Ч.2. Случайные поля – М.: Наука, 1978. – 464С.

3. Goody R.M., Yung Y.L. Atmospheric radiation, theoretical basis. 2nd edn // New York:

Oxford University Press, 1989. - 495P.

4. Thomas G., Stamnes K. Radiative transfer in atmosphere and ocean. – Cambridge:

Cambridge University Press, 2003. – 518P.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

http://www.nasa.gov;

http://www.jaxa.jp/index_e.html;

http://www.esa.int/esaCP/index.html;

http://www.cfa.harvard.edu/HITRAN/;

http://www.dlr.de/en/;

http://www.jpl.nasa.gov/ б) другие:

Набор действующих примеров программных кодов моделирования переноса оптического излучения в различных системах дистанционного зондирования. Примеры успешных программных реализаций различных заданий прошлых лет.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для практических занятий или использование кафедрального компьютерного класса.

Программа дисциплины «Теория переноса излучения» составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» (магистерская программа «Оптико электронные приборы и системы»).

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

д.т.н., профессор Будак В.П.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой светотехники д.т.н., профессор Григорьев А.А.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (название университета, института) Направление подготовки: 210100 Электроника и микроэлектроника Магистерская программа: Оптико-электронные приборы и системы Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ТЕОРИЯ СИСТЕМ КВАНТОВОЙ И ОПТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ»

Цикл: Профессиональный (М.2) Вариативная, дисциплина Часть цикла:

по выбору № дисциплины по учебному ИРЭ;

М.2.8. плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных 1 семестр – единицах:

Лекции 0 час Практические занятия 54 час 1 семестр 18 час 1 семестр Лабораторные работы 18 час. самостоят. работы 1 семестр Расчетные задания, рефераты Объем самостоятельной 108 час 1 семестр работы по учебному плану (всего) 1 семестр Экзамены Курсовые проекты (работы) Москва - 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение теории, принципов работы оптико-электронных приборов и систем квантовой и оптической электроники для последующего использования в новых разработках и их модернизации.

По завершению освоения данной дисциплины студент готов самостоятельно работать и использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК-4), т.е. он способен:

совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

использовать на практике умения и навыки в организации исследовательских и проектных работ, в управлении коллективом (ОК-4);

к активному общению с коллегами в научной, производственной и социально общественной сферах деятельности (ОК-6);

адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

использовать знания правовых и этических норм при оценке последствий своей профессиональной деятельности, при разработке и осуществлении социально значимых проектов (ОК-9).

использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин ООП магистратуры (ПК-1);

понимать основные проблемы в области квантовой и оптической электроники, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных с квантовой и оптической электроникой (ПК-4);

к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов квантовой и оптической электроники (ПК-5);

разрабатывать с использованием современных языков программирования и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

Задачами дисциплины являются обучение студентов методам анализа, синтеза и расчёта оптико-электронных систем и приборов квантовой и оптической электроники.

Для этого необходимо:

дать информацию о современной элементной базе, оптических и конструкционных материалах, применяемых при производстве оптико-электронных приборов различного назначения;

ознакомить обучающихся с необходимой технической документацией, сопровождающей цикл разработки и изготовления оптико-электронных систем и приборов квантовой и оптической электроники;

обучить современным методам основных расчётов, необходимых при разработке и проектировании оптико-электронных систем различного назначения;

научить принимать и обосновывать конкретные технические решения при последующем проектировании оптико-электронных систем и приборов квантовой и оптической электроники.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору) профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по программе «Оптико-электронные приборы и системы» направления – электроника и наноэлектроника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Основы светотехники», «Основы информационной оптики», «Схемотехника», «Прикладная оптика» и «Приёмники оптического излучения и фотоприёмные устройства».

Обучающиеся должны знать основные законы волновой и геометрической оптики, принципы синтеза оптических систем и их характеристики, типовые схемы построения электронных систем обработки сигналов, законы и процессы фотоэлектрического преобразования и характеристики фотоприёмных устройств.

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы для изучения дисциплин «Оптико-электронные приборы технического видения», «Оптико-электронные приборы для медицины», «Расчет и проектирование систем квантовой и оптической электроники»

и выполнения выпускной магистерской диссертационной работы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

состояние научно-технической проблемы из литературных и патентных источников (ПК-7);

типовые функциональные схемы построения оптико-электронных систем, их классификацию и назначение;

принципы и способы модуляции и кодирования энергетического потока оптического излучения с помощью оптических модуляторов и анализаторов изображения;

типовые схемы согласования, усиления, декодирования и детектирования электрических сигналов.

Уметь:

оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-6);

проектировать устройства, приборы и системы квантовой и оптической электроники с учетом заданных требований (ПК-9);

организовывать работу коллективов исполнителей (ПК-21);

самостоятельно синтезировать оптико-электронный прибор, предназначенный для решения поставленной задачи в соответствие с техническим заданием ;

разрабатывать с использованием современных языков программирования и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

анализировать информацию о новых элементах в оптике и электронике.

Владеть:

терминологией в области оптико-электронного приборостроения;

способностью к организации и проведению экспериментальных исследований с применением современных средств и методов (ПК-19);

компьютером как средством управления информацией (ПК-17);

способностью делать научно-обоснованные выводы по результатам теоретических и экспериментальных исследований, давать рекомендации по совершенствованию устройств и систем, готовить научные публикации и заявки на изобретения (ПК-20);

навыками поиска информации о параметрах и характеристиках современных оптико-электронных приборах, системах и комплексах;

способностью овладевать навыками разработки учебно-методических материалов для студентов по отдельным видам учебных занятий (ПК-27);

способностью строить физические и математические модели приборов, схем, устройств и установок электроники и наноэлектроники различного функционального назначения;

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 5 зачетных единицы, 180 часов.

Виды учебной Формы текущего работы, включая контроля самостоятельную успеваемости Всего часов на раздел работу студентов (по неделям и трудоемкость № Семестр семестра) Раздел дисциплины (в часах) п/п Форма промежуточной Ла аттестации Лк Пр Сам.

б (по семестрам) 1 2 3 4 5 6 7 8 Преобразование Тест на знание 1 18 1 4 4 изображений определений и элементами оптико- понятий электронных систем.

Расчет сигналов на Тест на знание 1 6 выходе ОЭС. раздела Расчет сигналов и помех на выходе Тест на знание вращающегося 1 4 4 раздела.

анализатора изображения. Критерии обнаружения объектов и измерения их Контрольная работа 1 6 параметров. Теория оптимальной Тест на знание 1 4 4 фильтрации сигналов. раздела Тест на знание и Методы реализации определение 1 6 оптимальных фильтров.

понятий "Оптимальное" Тест на знание воспроизведение 1 4 4 раздела сигналов. Преобразование типовых объектов Расчётное задание 1 6 оптическими элементами ОЭС. Расчет частотной Тест на знание характеристики 1 4 раздела оптимального фильтра. Корреляционные Тест на знание методы реализации 1 6 2 раздела оптимальных фильтров. Зачёт 6 1 2 Экзамен 6 1 2 Итого: 180 54 18 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Чтение лекций учебным планом не предусмотрено.

4.2.2. Темы практических занятий 1 семестр №1. Преобразование изображений элементами оптико-электронных систем.

Назначение оптико-электронных систем (ОЭС). Обобщенная структурная схема ОЭС. Преобразование характеристик яркостных полей оптическими элементами ОЭС.

Характеристики случайных яркостных полей.

№2. Расчет сигналов на выходе ОЭС.

Расчет сигналов и помех на выходе движущегося анализатора изображения при линейном законе анализа. Пространственно-частотная характеристика (ПЧХ) закона анализа. Сигнал и помеха при линейной развертке и периодическим сканированием без вращения изображения.

№3. Расчет сигналов и помех на выходе вращающегося анализатора изображения.

Обобщенная ПЧХ ОЭС и ее связь с пеленгационной характеристикой.

№4. Критерии обнаружения объектов и измерения их параметров Понятие отношения правдоподобия и ее определение через законы распределения при детерминированном и случайном сигнале. Рабочие характеристики ОЭС. Критерии идеального наблюдателя и минимальной взвешенной ошибки. Виды ошибок при обнаружении объектов.

№5. Критерии Неймана-Пирсона. Минимаксный критерий, критерий максимального правдоподобия. Обнаружение по критерию Байеса.

№6. Измерение по критерию Байеса при квадратичной функции потерь. Измерение момента прихода сигнала. Измерение по критерию Байеса при дельта-функции потерь.

Обнаружение сигнала по его амплитуде. Отношение правдоподобия для сложного сигнала и шума с нормальным законом распределения.

№7. Теория оптимальной фильтрации сигналов.

Оптимальный фильтр. Сигнал и шум на выходе оптимального фильтра. Расчет оптимального фильтра при использовании инерционного приемника излучения.

Вероятность обнаружения и ложные тревоги в оптимальной приемной системе.

№8. Связь порогового отношения правдоподобия с периодом ложных тревог.

Пороговое отношение правдоподобия для сигнала с неизвестными параметрами. Виды отношений сигнала к шуму. Свойства отношения сигнал/шум для оптимальной системы.

№9. Методы реализации оптимальных фильтров Корреляционные методы реализации оптимальных фильтров. Схемы корреляторов.

Определение фазы модулированного сигнала по критерию максимального правдоподобия.

Достаточный корреляционный приемник. Самонастраивающиеся оптимальные фильтры.

№10. "Оптимальное" воспроизведение сигналов. Оптимальный фильтр для повторяющихся сигналов. Повторяющийся сигнал на "белом" шуме. Обнаружение модулированного сигнала. Условие выигрыша в отношении сигнал/шум.

№11. Методы математического моделирования оптико-электронных систем.

№12.Моделирование в пространстве реализаций моделирование в пространственно-частотной области. Сравнительный анализ методов.

№13,14. Преобразование типовых объектов оптическими элементами ОЭС.

№15,16. Расчет сигналов и шумов на выходе ОЭС.

№17. Расчет частотной характеристики оптимального фильтра.

№18. Расчет достаточного корреляционного приемника.

№19. Расчет выходных характеристик оптимального приемника.

№20. Расчет ПЧХ закона анализа при линейной развертке.

№21. Расчет частотной характеристики оптимального фильтра.

№22,23. Сравнительный анализ скорости выполнения операции свертки в пространстве реализаций и в частотной области.

№24,25. Расчет частотной характеристики «оптимального» фильтра для воспроизведения сигналов.

4.3. Лабараторные работы 1. Создание математической модели оптимального фильтра и определение выходных характеристик оптимальной приемной системы.

2. Получение массива шума и смеси сигнала с шумом на выходе приемника ОЭС.

3. Получение массива сигнала на выходе приемника ОЭС.

4.4. Темы расчетных заданий 1. Расчетное исследование влияния параметров объекта на вероятностные характеристики ОЭС.

2. Исследование влияния параметров шумов на вероятностные характеристики ОЭС методом Монте-Карло.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Программа в среде MatLab по оперативной проверке и определению ошибок в типовых расчетах по курсу Теория систем квантовой и оптической электроники. Автор программы - А.А. Григорьев.

5.1. Практические занятия На практических занятиях с №№ 15 - 18 используется самостоятельное программирование на языке MatLab. Объем работы на ЭВМ 8 часов.

5.2. Расчетные задания 1 семестр: самостоятельная разработка программ для моделирования с использованием языка MatLab. Объем работы на ЭВМ 10 часов.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов, контрольная работа, устный опрос, презентация расчётного задания.

Аттестация по дисциплине – зачёт и экзамен (1 семестр).

Оценка за освоение дисциплины, которая выносится в приложение к диплому, определяется по итогам экзамена. Оценка за зачёт является среднеарифметическим баллов за контрольную работу и расчётное задание.

6.1. Итоговый контроль теоретических и практических знаний студента в сессию 1 семестр:

1. Зачет на основании результатов защиты типового расчета и лабораторных работ.

2. Экзамен по учебному плану.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Учебные пособия 1. Григорьев А.А. Статистическая теория восприятия изображений в светотехнике (Опознавание объектов). – М: МЭИ, 2010. - 32 с.

2. Григорьев А.А. Статистическая теория восприятия изображений в светотехнике (Обнаружение объектов). – М: МЭИ, 2003. - 64 с.

3. Якушенков Ю.Г. Расчет и проектирование оптико-электронных приборов. - М.:

«ЛОГОС», 1999. - 490 с.

4. Мартынов В.Н., Шкурский Б.И. Оптимальная фильтрация сигнала в оптико электронных системах. - М.: МЭИ, 1980. - 68 с.

5. Шестов Н.С. Выделение оптических сигналов на фоне случайных помех. – М:

«Советское радио», 1967. - 348 с.

7.2. Методические указания Григорьев А.А., Мартынов В.Н., Шкурский Б.И. Методические указания к курсовому проекту по курсу оптико-электронные системы. - М.: МЭИ, 1990. - 40 с.

7.3. CD - носители информации по дисциплине 1. Ю. Кетков, А Кетков, М. Шульц. MATLAB 7 Программирование и численные методы.

С-П. БВХ-Петербург. 2005. 737 с.

Программу составил: Григорьев А.А., проф.

«УТВЕРЖДАЮ»

Зам. зав. кафедрой светотехники: Мартынов В.Н., доц.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ) _ Направление подготовки: 210100 Электроника и наноэлектроника Магистерская программа: Оптико-электронные приборы и системы Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ ДЛЯ МЕДИЦИНЫ »

Цикл: Профессиональный (М.2) вариативная часть, Часть цикла:

дисциплина по выбору № дисциплины по учебному ИРЭ;

М.2.9. плану:

Часов (всего) по учебному плану:

Трудоемкость в зачетных 2 семестр единицах:

Лекции 2 семестр Практические занятия 36 часов - Лабораторные работы 18 часов самостоят.

2 семестр Расчетные задания, рефераты работы Объем самостоятельной 36 часов 2 семестр работы по учебному плану 2 семестр Экзамены Курсовые проекты (работы) Москва - 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение принципов работы и схем построения оптико-электронных приборов и систем квантовой и оптической электроники, использующихся в медицинских целях, а именно в физио- и рефлексотерапии, биологической и медицинской диагностики, лазерной хирургии.

В процессе освоения данной дисциплины студент должен обладать:

способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

способностью адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

способностью использовать результаты освоения фундаментальных (прежде всего взаимодействие электромагнитных волн и физических полей с биообъектами) и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

способностью понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

способностью самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных с основной сферой деятельности (ПК-4);

способностью анализировать состояние научно-технической проблемы путём подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников (прежде всего по взаимодействию излучения с биотканями) (ПК-7);

Задачами дисциплины являются:

ознакомление обучающихся с основами взаимодействия электромагнитного излучения и физических полей с биообъектами и закономерностями жизнедеятельности организма человека и его взаимодействия с окружающей средой;

изучение типового и уникального оптико-электронного оборудования, использующегося в медицинских учреждениях для диагностики, терапии и хирургии;

обучение разработке и применению на практике методик диагностики и терапии с использованием оптико-электронных приборов медицинского назначения.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору студентов) профессионального цикла М.2 магистерской образовательной программы «Оптико электронные приборы и системы» подготовки магистров направления 210100 – «Электроника и наноэлектроника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Математика", «Основы светотехники», «Оптико-электронные системы», «Квантовые источники излучения».

Обучающиеся должны знать основные законы генерации и распространения электромагнитного излучения оптического спектрального диапазона, взаимодействия излучения с веществом, функциональные схемы построения оптико-электронных приборов и систем видеоэлектоники, основные характеристики приёмников излучения.

Знания, полученные по освоению дисциплины, могут быть полезны при выполнении магистерской диссертации, а также при продолжении обучения в аспирантуре по специальности «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

элементы биологии клетки, ткани, органа, организма, анатомии, физиологии и патологии. (ОК-1);

принципы работы и приборы оптико-электронной биологической и медицинской диагностики (ПК-5);

инструментарий доставки излучения на биообъект и техника безопасности.

принципы планирования и методы автоматизации эксперимента (ПК-18);

Уметь:

адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по применению медицинских оптико-электронных приборов на практике (ПК-4);

использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии (ПК-7);

оформлять, представлять и докладывать результаты выполненной работы (ПК-6).

Владеть:

теоретическими и экспериментальными методами и средствами решения сформулированных задач (ПК-16);

средствами программирования и реализации эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

навыками профессиональной эксплуатации медицинского оптико-электронного оборудования (ПК-5 );

способностью к организации и проведению экспериментальных исследований с применением современных средств и методов (ПК-19).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа.

Виды учебной Формы текущего Всего часов на раздел работы, включая контроля самостоятельную успеваемости № работу студентов Семестр Форма Раздел дисциплины и трудоемкость п/п промежуточной (в часах) аттестации Лк Пр Лб Сам.

1 2 3 4 5 6 7 8 Элементы биологии клетки, ткани, органа, 4 2 - 2 - организма.

Элементы медицинской Тест-опрос на знание и биологической физики. определений и 4 2 - 2 - понятий Источники воздействия 10 2 - 6 - на биоткани.

Медицинская оптико Контрольный опрос 8 2 - 4 - электронная аппаратура.

Оптико-электронные приборы в физио- и Контрольная работа 12 2 - 6 - рефлексотерапии.


Оптико-электронные 8 2 - 4 - приборы в хирургии.

Приборы биологической и медицинской Контрольный опрос 12 2 - 6 - диагностики Инструментарий 8 Защита типового 8 2 - 6 - доставки излучения на расчёта биообъект и техника безопасности.

Зачёт 9 4 2 Итого: 72 - 36 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Лекции учебным планом не предусмотрены.

4.2.2. Практические занятия 2 семестр № 1. Медико-биологические определения жизнедеятельности целостного организма и его частей. Его взаимодействия с окружающей средой. Определения патологических процессов и состояний.

№ 2. Взаимодействие электромагнитных волн и физических полей с биообъектами.

Энергетические механизмы клетки - гемеостаз и биоритмы.

№ 3. Лазерные, светодиодные и тепловые излучатели, применяемые в медицине.

№ 4. Характеристики квантовых источников излучения с точки зрения биовоздействия и лечебно-профилактического действия. Свойства, основные параметры.

Требования к источникам.

№ 5. Основные группы оптико-электронных приборов для медицины. Особенности конструкций. Стандарты и нормативные документы на медицинские ОЭП.

№ 6. Физиологические показатели для различных методов лечения.

№ 7. Техника и методики процедур с помощью оптико-электронных приборов.

№ 8. Оптико-электронные приборы в физио- и рефлексотерапии. Постановка задач и требования к излучению и приборам.

№ 9. Аппаратурная реализация (светолазерная, электролазерная, сочетанная, комби нированная, тепловая).

№ 10. Приборы с биоуправлением. Биоуправляемая хронотерапия. Фотодина мическая терапия.

№ 11. Биологические эффекты, происходящие в ткани под воздействием излучения большой энергии.

№ 12. Аппаратурная реализация оптико-электронных систем для хирургии (лазерные, ультразвуковые, плазменные приборы).

№ 13. Биологическая и медицинская диагностика. Спектральный анализ (резонансная фотоионизация, флюоресценция).

№ 14. Голография и интерферометрия (трехмерное изображение биообъектов и определение структуры и шероховатости биотканей). Упругое рассеяние (изучение слабопоглощающих анизотропных двухкомпонентных биотканей).

№ 15. Аппаратурная реализация оптико-электронных диагностических систем.

№ 16. Инструментарий доставки излучения на биообъект. Конструкции инструментов.

№ 17. Электробезопасность. Оптическая опасность. Опасность и защита при работе с низкоэнергитическими и высокоэнергитическими оптико-электронными приборами.

№ 18. Зачётное занятие.

4.3 Лабораторные работы Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания 2 семестр №1. Расчет параметров оптронного датчика пульса.

№2. Расчет параметров терморезисторного датчика дыхания.

№3. Расчет параметров светодиодных терапевтических матриц.

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Практические занятия сопровождаются следующими формами:

1. Активные и интерактивные формы с разбором конкретных примеров использования медицинской аппаратуры.

2. Слайд-фильмы на темы:

- взаимодействие излучения с биотканями;

- терапевтические лазерные и светодиодные приборы терапии производства ФГУП НИИ "Полюс" им. Стельмаха.

3. Демонстрация рабочих образцов оптико-электронных медицинских приборов, выпускаемых ФГУП НИИ "Полюс" им. Стельмаха.

Самостоятельная работа включает подготовку к тест-опросам, контрольной работе, оформление расчётного задания и подготовку его презентации к защите, а также подготовку к зачёту.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются различные виды тестов в устном опросе, контрольная работа, презентация и защита расчётного задания.

Аттестация по дисциплине –зачёт (2 семестр).

Оценка за освоение дисциплины, которая выносится в приложение к диплому, определяется по результатам защиты типового расчёта и зачёта 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика. М.: “Высшая школа”, 1996 г.

2. Ларюшин А.И., Никитина М.В. Оптико-электронные приборы для медицины. Учебное пособие. М.: Издательство МЭИ, 2003 г., 152 с.

б) дополнительная литература:

1. Ларюшин А.И., Илларионов В.Е. Низкоинтенсивные лазеры в медико-биологической практике. Казань: “Абак”, 1997 г.

7.2. Электронные образовательные ресурсы:

а) лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

www.svetotekhnika.com;

www.ellab.ru/;

lazermed.volo.ru 8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Для обеспечения освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для практических занятий или использование кафедрального компьютерного класса. Часть занятий предполагается проводить непосредственно на предприятии ФГУП НИИ "Полюс" им. Стельмаха.

Учебная программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» (магистерская программа «Оптико-электронные приборы и системы»).

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛИ:

Д.т.н., профессор Ларюшин А.И.

К.т.н., доцент Мартынов В.Н.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой Светотехники д.т.н., доцент Григорьев А.А.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ) _ Направление подготовки: 210100 Электроника и наноэлектроника Магистерская программа: Оптико-электронные приборы и системы Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ "ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ" Профессиональный Цикл:

(М.2) вариативная, Часть цикла:

дисциплина по выбору № дисциплины по учебному ИРЭ;

М.2.10. плану:

Часов (всего) по учебному 2 семестр плану:

Трудоемкость в зачетных единицах: 2 семестр Лекции 2 семестр Практические занятия 54 час Лабораторные работы 18 час самостоят.

Расчетные задания, рефераты 2 семестр работы Объем самостоятельной 54 час 2 семестр работы по учебному плану (всего) 2 семестр Экзамен Курсовые проекты (работы) Москва - 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение типовых и оригинальных схем построения и принципов работы оптических систем оптико-электронных приборов для последующего их использования в новых разработках и модернизации.

По завершению освоения данной дисциплины студент готов самостоятельно работать и принимать решения в рамках своей профессиональной деятельности, т.е. он способен:

самостоятельно обучаться новым методам исследования, изменять научный и научно-производственный профиль своей профессиональной деятельности (ОК-2);

активно общаться с коллегами в научной, производственной и социально общественной сферах деятельности (ОК-6);

понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ПК-4);

анализировать состояние научно-технической проблемы путем подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников (ПК-7);

определять цели, осуществлять постановку задач проектирования оптических и оптико-электронных приборов, схем и устройств, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ (ПК-8).

Задачами дисциплины являются обучение студентов методам синтеза и анализа как типовых, так и новых оптических систем оптико-электронных приборов и приборов квантовой и оптической электроники;

для этого необходимо:

дать информацию о современных и актуальных источниках научно-технической информации по данной дисциплине;

обучить методам анализа источников научно технической информации;

обучить современным методам расчётов, сопровождающим разработку и проектирование как типовых, так и новых оптических систем различного назначения;

ознакомить обучающихся с основными проблемами в своей предметной области, методам и средствам их решения;

научить осуществлять постановку задач проектирования оптических систем оптико электронных приборов, подготавливать технические задания на выполнение проектных работ.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору) профессионального цикла М.2 основной образовательной программы подготовки магистров по профилю «Оптико-электронные приборы и системы» направления 210100 – электроника и наноэлектроника.

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: «Физика», «Математика», «Основы информационной оптики», «Прикладная оптика» и «Приёмники оптического излучения и фотоприёмные устройства», «Оптико-электронные системы», «Расчет оптических систем».

Знания, полученные при освоении дисциплины, необходимы для выполнения магистерской выпускной квалификационной работы, а также продолжения учёбы в аспирантуре.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения учебной дисциплины обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

основные источники научно-технической информации по анализу и синтезу оптических систем оптико-электронного приборостроения (ОК-2, ОК-3);

типовые функциональные схемы построения оптических систем, их классификация и назначение (ПК-3);

принципы и способы анализа и синтеза оптических систем оптико-электронных приборов различного назначения (ПК-3).

Уметь:

анализировать основные источники научно-технической информации в данной области (ОК-2, ОК-3);


самостоятельно синтезировать оптические системы оптико-электронных приборов, предназначенных для решения поставленных задач (ПК -4);

применять современные оптические САПР для синтеза и анализа оптических систем оптико-электронных приборов (ПК-9);

самостоятельно обеспечивать программную реализацию алгоритмов, необходимых для решения задач синтеза и анализа элементов оптических систем оптико электронных приборов (ПК-17).

Владеть:

терминологией в области оптических систем оптико-электронных приборов;

информацией о технических параметрах и характеристиках современных оптических систем оптико-электронных приборов (ПК-1);

компьютером как средством решения задач и управления информацией (ПК-5);

способностью собирать, анализировать и систематизировать отечественную и зарубежную научно-техническую информацию по тематике исследования в оптических систем оптико-электронных приборов (ПК-4);

способностью строить физические и математические модели оптических систем различного функционального назначения, а также использовать стандартные и авторские программные средства их компьютерного моделирования (ПК - 9, ПК-17);

способностью анализировать и систематизировать результаты исследований, представлять материалы в виде научных отчетов, публикаций, презентаций (ПК -6).

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетных единицы, 108 часов.

Виды учебной работы, Формы текущего включая Раздел дисциплины. контроля Всего часов на № самостоятельную работу успеваемости Семестр Форма промежуточной раздел студентов и п/ аттестации (по разделам) трудоемкость (в часах) п (по семестрам) лк пр лаб сам.

1 2 3 4 5 6 7 8 Многолинзовые ОС Контрольная работа 24 2 - 14 - № Зеркально-линзовые Контрольный опрос 28 2 - 16 - объективы Непоследовательный Защита типового режим трассировки в 12 2 - 6 - расчета оптических САПР Осветительные системы дальнего Контрольный опрос 12 2 - 6 - действия Осветительные Контрольная работа 24 2 - 12 - системы ОЭП № Зачет 2 2 - - - Экзамен 6 2 - - - Итого: 108 54 4.2 Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции Лекции учебным планом не предусмотрены.

4.2.2. Практические занятия 2 семестр 1. Синтез многолинзовых оптических систем.

2. Анализ многолинзовых оптических систем.

3. Моделирование многолинзовой проекционной системы оптико-электронного прибора.

4. Продолжение той же темы.

5. Оптимизация многолинзовых оптических систем с использованием современных САПР (в частности «Zemax»).

6. Продолжение той же темы.

7. Продолжение той же темы.

8. Контрольная работа №1.

9. Моделирование проекционной системы оптико-электронного прибора с телецентрическим ходом главных лучей на выходе.

10. Оптимизация проекционной системы оптико-электронного прибора с телецентрическим ходом главных лучей на выходе.

11. Продолжение той же темы.

12. Зеркально-линзовые объективы оптико-электронных приборов.

13. Зеркально-линзовые системы Максутова и Манжена.

14. Продолжение той же темы.

15. Линзовые компенсаторы зеркально-линзовых объективов.

16. Моделирование и оптимизация зеркально-линзовых объективов оптико электронных приборов.

17. Продолжение той же темы.

18. Панорамные оптические системы оптико-электронных приборов.

19. Панорамный зеркально-линзовый объектив на базе оптического панорамного блока МЭИ (ТУ).

20. Защиты типовых расчётов.

21. Типовые и новые схемы осветительных систем дальнего действия.

22. Ознакомление с непоследовательным режимом трассировки в современных оптических САПР.

23. Моделирование оптической системы прожектора в непоследовательном режиме трассировки.

24. Типовые и новые схемы осветительных систем оптико-электронных приборов (на базе конденсора, на базе фокона, на базе оптического растра).

25. Синтез и оптимизация осветительной системы оптико-электронного прибора.

26. Контрольная работа № 2.

27. Зачётное занятие.

4.3 Лабораторные работы Лабораторные работы учебным планом не предусмотрены.

4.4. Расчетные задания 2 семестр Типовой расчет на тему: « Расчёт и проектирование зеркально-линзового объектива оптико-электронного прибора» (20 вариантов задания).

4.5. Курсовые проекты и курсовые работы Курсовой проект (курсовая работа) учебным планом не предусмотрен.

5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Практические занятия включают в себя занятия в компьютерном классе, где при расчётах используются стандартные оптические САПР, для исследования новых оптических систем и методов расчета используются открытые специализированные источники в Интернете (патентные базы, библиотеки научно-технических статей, материалы конференций).

Самостоятельная работа включает подготовку к практическим занятиям, контрольным опросам и контрольным работам, выполнение домашних заданий, работу над типовым расчетом, подготовку отчета к его защите, а также подготовку к зачету и экзамену.

6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Для текущего контроля успеваемости используются устный контрольный опрос, контрольные работы, защита типового расчета.

Аттестация по дисциплине – зачет и экзамен.

Оценка за освоение дисциплины, определяется как усреднённая по формуле: 0,2 (среднее арифметическое оценок, полученных на контрольных работах) + 0,3 (оценка на защите типового расчета) + 0,5 (оценка на экзамене).

В приложение к диплому вносится оценка, полученная на экзамене.

7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 7.1. Литература:

а) основная литература:

1. Запрягаева Л.А., Свешникова И.С. Расчет и проектирование оптических систем. М.: Логос, 2000, 581 с.

2. Ландсберг Г.С. Оптика. – М.: Физматлит, 2003. 848 с.

3. Заказнов Н.П., Кирюшин С.И., Кузичев В.И. Теория оптических систем. - М.:

Машиностроение, 1992. 448 с.

4. Тарасов В.В., Якушенков Ю.Г. Инфракрасные системы «смотрящего» типа. – М.:

Логос, 2004. 444 с.

б) дополнительная литература:

1. Сборник задач по теории оптических систем. Л.Н.Андреев,. А.П. Грамматин, С.И.

Кирюшин, В.И. Кузичев – М.,Машиностроение, 1987.-192 с..

2. Апенко М.И., Запрягаева Л.А.,. Свешникова И.С. Задачник по прикладной оптике, М.: Недра, 1987. 310 с.

3. Вычислительная оптика: Справочник / М.М. Русинов, А. П. Грамматин, П.Д.

Иванов и др. Под общей редакцией М.М. Русинова. - Л.: Машиностроение, 2008.

424 с.

4. Справочник конструктора оптико-механических приборов/ В. А. Панов, М.Я.

Кругер, В.В. Калугин и др. Под общей редакцией В.А. Панова. Л.:

Машиностроение, 1984. 142 с.

5. ГОСТ 3514-94 - Стекло оптическое бесцветное. Технические условия.

6. ГОСТ 1807-75 - Радиусы сферических поверхностей оптических деталей. Ряды числовых значений.

7. Справочник технолога-оптика / М.А. Окатов, Э.А. Антонов, А. Байгожин и др.;

Под. ред. М.А. Окатова. – СПб.: Политехника, 2004. 679 с.

8. Руководство пользователя пакетом программ “Zemax”.

7.2. Электронные образовательные ресурсы Лицензионное программное обеспечение и Интернет-ресурсы:

1. Патентные базы, находящиеся в свободном доступе: freepatentsonline.com, ;

ep.espacenet.com. ;

zemax_rus.pdf;

2. Лицензионное программное обеспечение (САПР «Zemax»).

3. Оплачиваемые Интернет-ресурсы, полезные для освоения дисциплины, такие как библиотека статей SPIE, библиотека Applied Optics, библиотека статей SID.

8. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ При проведении практических занятий используется компьютерный класс.

Для лучшего освоения дисциплины необходимо наличие учебной аудитории, снабженной мультимедийными средствами для представления презентаций, а также функционирующей локальной сетью и доступом в Интернет.

Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО и с учетом рекомендаций ПрООП ВПО по направлению подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника» (магистерская программа «Оптико-электронные приборы и системы»).

ПРОГРАММУ СОСТАВИЛ:

канд. техн. наук, ассистент Урусова М.В.

"УТВЕРЖДАЮ":

Зав. кафедрой д.т.н., доцент Григорьев А.А.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ (ИРЭ) Направление подготовки: 210100 Электроника и наноэлектроника Магистерская программа: Оптико-электронные приборы и системы Квалификация (степень) выпускника: магистр Форма обучения: очная РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»

Цикл: Профессиональный (М.2) Вариативная часть, Часть цикла:

дисциплина по выбору № дисциплины по учебному ИРЭ;

М.2.11. плану:

Часов (всего) по учебному 1 семестр плану:

Трудоемкость в зачетных 1 семестр единицах:

Лекции 18 часов 1 семестр 1 семестр Практические занятия 36 часов 1 семестр Лабораторные работы 18 часов 24 часов самостоятельной 1 семестр Расчетные задания, рефераты работы Объем самостоятельной 72 часа 1 семестр работы по учебному плану 1 семестр Экзамены Курсовые проекты (работы) Москва - 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ Целью дисциплины является изучение основных методов воспроизведения на экране дисплея двумерных и трёхмерных сцен, отражающих моделирование работы оптико электронных и светотехнических систем (в частности осветительных установок), анализ результатов моделирования и оптимизация вышеозначенных систем.

В процессе освоения данной дисциплины студент должен обладать:

способностью совершенствовать и развивать свой интеллектуальный и общекультурный уровень (ОК-1);

способностью к самостоятельному обучению новым методам исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля своей профессиональной деятельности (ОК-2);

способностью адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

способностью использовать результаты освоения фундаментальных (прежде всего физики, фотометрии, теории светового поля и учения о цвете) и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

способностью понимать основные проблемы в своей предметной области, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

способностью самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных с основной сферой деятельности (ПК-4);

способностью анализировать состояние научно-технической проблемы путём подбора, изучения и анализа литературных и патентных источников (прежде всего по моделированию световых полей в трехмерных сценах) (ПК-7);

способностью разрабатывать с использованием современных языков программирова-ния и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

Задачами дисциплины являются:

познакомить обучающихся с методами расчета, визуализации и анализа многократных переотражений в трехмерных сценах освещения;

познакомить с методами представления, хранения и отображения трехмерных объектов и сцен из них;

научить применять на практике программы моделирования на компьютере осветительных установок;

научить использовать теоретические исследования и современное программное обеспечение по расчету световых полей с учетом.

2. МЕСТО ДИСЦИПЛИНЫ В СТРУКТУРЕ ООП ВПО Дисциплина относится к вариативной части (дисциплина по выбору студентов) профессионального цикла М.2 образовательной программы «Оптико-электронные приборы и системы» подготовки магистров направления 210100 «Электроника и наноэлектроника».

Дисциплина базируется на следующих дисциплинах: "Физика", "Математика", «Основы светотехники», «Физиологическая оптика» и «Информатика».

Обучающиеся должны знать характеристики световых полей и методы их расчета при наличии отражения и пропускания, основные положения теории цвета, основы информатики.

Знания, полученные по освоению дисциплины, могут быть полезны при выполнении магистерской диссертации, а так же при изучении других дисциплин программы магистерской подготовки «Оптико-электронные приборы и системы» и, прежде всего «Оптико-электронные приборы технического видения» и «Проектирование оптических систем».

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ В результате освоения дисциплины, обучающиеся должны демонстрировать следующие результаты образования:

Знать:

способностью понимать основные проблемы в компьютерной графике, выбирать методы и средства их решения (ПК-3);

основные источники научно-технической информации по моделированию световых полей и визуализации трехмерных сцен (ПК-7);

основные уравнения теории глобального освещения и методы их решения;

языки и алгоритмы представления и визуализации объектов трехмерных сцен освещения;

Уметь:

использовать результаты освоения фундаментальных и прикладных дисциплин магистерской программы (ПК-1);

адаптироваться к изменяющимся условиям, переоценивать накопленный опыт, анализировать свои возможности (ОК-7);

разрабатывать с использованием современных языков программирования и обеспечивать программную реализацию эффективных алгоритмов моделирования осветительных установок и световых полей на компьютере (ПК-17);

собирать, обрабатывать, анализировать и систематизировать научно-техническую информацию по моделированию световых полей на компьютере, использовать достижения отечественной и зарубежной науки, техники и технологии;

применять на практике основные прикладные программы моделирования осветительных установок;

Владеть:

теоретическими и средствами решения сформулированных задач (ПК-16);

средствами программирования и реализации эффективных алгоритмов решения сформулированных задач (ПК-17);

основными приёмами представления и визуализации трехмерных сцен освещения;

математическими методами расчётов световых полей с учетом многократных переотражений и пропускания;

4. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 4.1 Структура дисциплины Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы, 144 часа.

Формы текущего Виды учебной работы, контроля включая успеваемости Всего часов самостоятельную работу на раздел № Семестр студентов и Раздел дисциплины трудоемкость (в часах) п/п Форма промежуточной Лк Пр Лаб Сам аттестации 1 2 3 4 5 6 7 8 Структура изображения Домашнее задание 10 1 2 4 0 на экране Растровая и векторная Домашнее задание 18 1 2 4 4 графика Глобальное освещение Домашнее задание 3 12 1 2 4 0 Метод радиосити Домашние задания 4 30 1 4 8 4 Трассировка лучей Домашние задания 5 30 1 4 8 4 Создание и редактирование Домашнее задание 20 1 2 4 4 трехмерных сцен Кривые и поверхности Домашнее задание 16 1 2 4 2 в пространстве Зачет 17 2 1 Экзамен 18 6 1 Итого:

19 144 18 36 18 4.2. Содержание лекционно-практических форм обучения 4.2.1. Лекции 1 семестр 1. Структура изображения на экране Представление изображения на экране ЭВМ и функциональная схема видеоадаптера:

пиксель, видеоконтроллер видеопамять, видеорежимы. Интерфейс ROM BIOS.

Организация видеопамяти. Координаты пикселя в графическом режиме. Внутреннее представление и цвет пикселя на экране, -кривая. Глубина цвета и разрешающая способность изображения. Требования физиологической оптики к реалистическому изображению.

2. Растровая и векторная графика Цифровое растрирование, муар. Векторное и растровое представление изображений.

Преобразование цифровых изображений. Моделирование трехмерных объектов:

трехмерные сцены, виртуальное пространство, вершина, ребро, грань. Сеточные объекты. Визуализация изображений трехмерных сцен. Анимация и мультимедиа.

Применение цифровых компьютерных изображений. Требования к аппаратному обеспечению персонального компьютера. Ввод графических изображений: сканер, видеобластер, цифровые фотоаппараты, коллекции цифровых изображений.

Калибровка графической системы.

3. Глобальное освещение Фотореалистическое изображение. Визуализация изображения трехмерной сцены – воссоздание на компьютере пространственно-углового распределения яркости.

Локальное и глобальное освещение. Идеальная оптическая система. Фотометрические свойства поверхности. Теория глобального освещения (ГО). Интегральное уравнение ГО. Решение уравнения ГО методом коллокации и методом Галеркина. Метод излучательности. Итерационные методы и рекурсивный метод излучательности. Форм фактор, методы его расчета. Общая схема алгоритма визуализации трехмерных сцен.

4. Метод радиосити Метод конечных элементов. Итерационное решение системы линейных уравнений.

Ошибка решения. Общая схема реализации метода излучательности. Адаптивные сети.

Формула Фока. Освещенность от плоского элемента. Полукуб. Полусфера.

5. Трассировка лучей Представление решения уравнения ГО в виде ряда Неймана. Кратности переотражений.

Прямой и обратный ход луча. Векторная запись уравнения луча в свободном пространстве. Пересечения луча с поверхностью. Примеры определения точки пересечения. Пересечение луча с ограниченной плоской областью. Преломление луча на поверхности раздела. Стохастическая рекурсия лучей. Метод Монте-Карло:

определение метода, статистическая гипотеза, генераторы случайных чисел, конструктивность алгоритма. Расчет интегралов. Цепь Маркова. Решение интегральных уравнений. Построение хода луча. Розыгрыш луча в источнике. Моделирование отражения и преломления. Формулы Федера. Локальные оценки. Статистические веса.

6. Создание и редактирование трехмерных сцен Отображаемое пространство, видимый кадр. Проецирование трехмерных сцен на плоскость. Виды проекций. Аффинные преобразования в пространстве. Однородные координаты. Матрицы преобразований: перенос, поворот, масштабирование, отражение. Обратные преобразования. Произведение преобразований. Проецирование на плоскость. Параллельная проекция. Косоугольная проекция. Перспективная проекция. Проекция точки на произвольную плоскость.

7. Кривые и поверхности в пространстве Моделирование трехмерных кривых и поверхностей на ЭВМ. Сплайн функции одной переменной. Сплайновые кривые. Кривые Эрмита, Безье. В-сплайн. Сплайновые поверхности. Параметрические поверхности - бикубические сплайны и полиномы Безье. Преобразование поверхностей. Задание поверхностей описанием некоторого преобразования: лофтинг, вращение.

4.2.2. Практические занятия 1 семестр №1. Графические средства системы Matlab.

№2. Объектно-ориентированное программирование в системе Matlab.

№3. Отладка программ в системе Matlab.

№4. Преобразование растра.

№5. Поверхности.

№6. Сеточные объекты (patch).

№7. Чтение файлов растровой графики.

№8. Чтение и представление 3ds-файлов.

№9. Трассировка лучей.

№10. Расчет интегралов методом Монте-Карло.

№11. Оптимизация алгоритмов трехмерной графики №12. Стохастическая трассировка лучей.

№13. Расчет форм-фактора.

№14. Переотражения.

№15. Метод излучательности.

№16. Адаптивные сетки.

№17. Преобразование цветных изображений №18. Зачётное занятие 4.3 Лабораторные работы 1 семестр №1. Редактирование растровых изображений.

№2. Визуализация и анимация простейшей трехмерной сцены в программе 3D Studio MAX.

№3. Основы геометрического моделирования в программе 3D Studio MAX.

№4. Основы композиции сцены в программе 3D Studio MAX.

№5. Работа с материалами в программе 3D Studio MAX.



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.