επεξεργασία σήματος

Ανάλυση εικόνων μικροσκοπίας σάρωσης ηλεκτρονικής δέσμης για την ανίχνευση ακμών νανοδομών και χαρακτηρισμό των διαστάσεων και της τραχύτητάς της

Οι διαστάσεις και γενικότερα οι γεωμετρικές ιδιότητες των νανοδομών που χρησιμοποιούνται σε διάφορες περιοχές της νανοτεχνολογίας επηρεάζουν σημαντικά τη φυσικοχημική συμπεριφορά τους. Κατά συνέπεια η ακριβής μέτρηση τους είναι απαραίτητη για τον έλεγχο των ιδιοτήτων των νανοδομών και την επίτευξη της επιθυμητής συμπεριφοράς τους. Μία από τις πιό συνήθεις μεθόδους εικονισμού των νανοδομών σε μια επιφάνεια είναι οι εικόνες κάτοψης μικροσκοπίου σάρωσης ηλεκτρονικής δέσμης (Scanning Electron Microscope, SEM) στις οποίες τα όρια των δομών απεικονίζονται με ακμές αυξημένης φωτεινότητας.
Η μετάβαση από τον εικονισμό στη μετρολογία των διαστάσεων και της γεωμετρίας των νανοδομών απαιτεί την ακριβή ανίχνευση των ακμών και τον χαρακτηρισμό της γεωμετρίας τους. Αυτός ακριβώς είναι ο σκοπός αυτής της διπλωματικής: η εφαρμογή μεθόδων ανίχνευσης και εντοπισμού ακμών σε εικόνες νανοδομών και ο χαρακτηρισμός της τραχύτητάς τους. Οι νανοδομές που θα μελετηθούν θα χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή στοιχείων νανοτρανζίστορ σε ολοκληρωμένα κυκλώματα. Οι προκλήσεις που πρέπει να αντιμετωπισθούν είναι ο αυξημένος θόρυβος των εικόνων που προέρχεται από την ευασθησία των νανοδομών στην ηλεκτρνική δέσμη του μικροσκοπίου και η υψηλή ακρίβεια που απαιτείται στον χαρακτηρισμό των διαστάσεων και της τραχύτητας των νανοδομών δεδομένης της ευαίσθητης εξάρτησης από αυτές της λειτουργίας και απόδοσης των τρανζίστορ.

Επιλογή κατάλληλης μετρολογίας νανοδομημένων επιφανειών με χρήση μεθόδων μηχανικής μάθησης

Μία από τις βασικές ιδιαιτερότητες της μίκρο και νανοτεχνολογίας είναι ο εξαιρετικά κρίσιμος ρόλος της επιφανειακής μορφολογίας των νανοδομών στη λειτουργία και απόδοση των διατάξεων που τις περιέχουν. Αυτό έχει οδηγήσει σε αυξημένο ενδιαφέρον για τη μέτρηση και το χαρακτηρισμό της μορφολογίας και ταχύτητας των επιφανειών. Στη βιβλιογραφία έχουν προταθεί δεκάδες σχετικές παράμετροι και μετρικές, χωρίς ωστόσο να είναι εύκολο για τον χρήστη μιάς συγκεκριμένης επιφάνειας να αποφασίσει ποιά/ές από αυτές τις παραμέτρους είναι η/οι πιό κρίσιμη/ες στη συγκεκριμένη εφαρμογή που επιδιώκει.
Σκοπός της διπλωματικής αυτής είναι να χρησιμοποιήσει μεθόδους της μηχανικής μάθησης που θα διευκολύνουν την επιλογή της πιό κατάλληλης παραμέτρου για τη μετρολογία επιφανειών λαμβάνοντας υπόψη τη συγκεκριμένη εφαρμογή τους. Αυτή μπορεί να είναι είτε επιφάνειες σμυριδόχαρτων που χρησιμοποιούνται στη λείανση άλλων επιφανειών είτε επιφάνειες πλαστικών στις οποίες εναποτίθεται επιλεκτικά βιολογικό υλικό (πρωτεϊνες, κύτταρα κλπ.).

Χαρακτηρισμός του βαθμού οργάνωσης νανοδομημένων επιφανειών υλικών με τη χρήση μεθόδων γράφων ν-γραμμάτων

Στη νανοτεχνολογία συχνά χρησιμοποιούνται νανοδομημένες επιφάνειες που παρουσιάζουν αυτο-οργάνωση δηλ. σχεδόν περιοδική μορφολογία. Παρά τον κρίσιμο ρόλο της αυτο-οργάνωσης στις ιδιότητες των επιφανειών και τη λειτουργία των νανοδιατάξεων που τις περιέχουν, δεν υπάρχει ως σήμερα ικανοποιητικός ποσοτικός χαρακτηρισμός της. Η δυσκολία έγκειται στο γεγονός ότι σχεδόν πάντα η αυτο-οργάνωση είναι προσεγγιστική και αναμεμιγμένη με τυχαία χαρακτηριστικά που δεν μπορούν εύκολα να χαρακτηρισθούν και αξιολογηθούν.
Στη διπλωματική αυτή θα διερευνηθεί η δυνατότητα της μεθόδου γράφων με ν-γράμματα να περιγράψει το βαθμό οργάνωσης μιάς σχεδόν περιοδικής επιφάνειας διακρίνοντας τη σχετική βαρύτητας της περιοδικής από την τυχαία συνιστώσα της. Για το σκοπό αυτό θα χρησιμοποιηθούν επιφάνειες που έχουν παραχθεί τόσο αλγοριθμικά στον υπολογιστή με ελεγχόμενο βαθμό και είδος τυχαιότητας όσο και στο εργαστήριο μετά από επεξεργασία πλάσματος αερίου και μέτρησής τους με μικροσκόπιο ατομικής δύναμης.

Αναγνώριση ανθρώπινης συμπεριφοράς μέσω ανάλυσης κινούμενης εικόνας βάθους

Τα τελευταία χρόνια, με την ραγδαία εξάπλωση των συσκευών ηλεκτρονικών παιχνιδιών έχουν αναπτυχθεί νέοι τρόποι επικοινωνίας ανθρώπου-μηχανής. Για τον σκοπό αυτό, και πιο συγκεκριμένα για την ανάλυση κινήσεων κατά την διαδικασία του παιχνιδιού, οι κλάσσικές μηχανές καταγραφής εικόνας/ήχου, έχουν επεκταθεί με νέες τεχνικές, όπως αυτή της καταγραφής του βάθους. Πιο χαρακτηριστικός είναι ο αισθητήρας Kinect, που χρησιμοποιείται στην κονσόλα παιχνιδιών Xbox της Microsoft. Η συγκεκριμένη συσκευή καταγραφής, εκτός από "κλασσική" RGB εικόνα (και βίντεο), μπορεί επίσης να καταγράψει "εικόνες βάθους", στις οποίες οι τιμή του κάθε pixel μεταφράζεται σε μία προσέγγιση της απόστασης του αντικειμένου από την κάμερα. Όπως είναι αναμενόμενο, ο νέος αυτός τύπος καταγραφής εικόνας έχει ανοίξει νέους ορίζοντες στην επιστημονική περιοχή της ανάλυσης (κινούμενης ή στατικής) εικόνας.

Στόχοι της συγκεκριμένης εργασίας θα είναι:
- Η μελέτη των πιο βασικών μεθόδων αναγνώρισης ανθρώπινης συμπεριφοράς (με έμφαση σε είδη κινήσεων, όπως περπάτημα, τρέξιμο κτλ), τόσο με "κλασσικές" μεθόδους, όσο και με μεθόδους που βασίζονται σε εικόνες βάθους.
- Υλοποίηση μεθόδων αναγνώρισης συμπεριφοράς με χρήση του αισθητήρα Kinect σε κάποια γλώσσα προγραμματισμού (Processing, C++, Python)
- Καταγραφή δεδομένων για πειραματικούς σκοπούς και εξαγωγή πειραματικών αποτελεσμάτων.

Syndicate content

© 2018 - Institute of Informatics and Telecommunications | National Centre for Scientific Research "Demokritos"

Terms of Service and Privacy Policy