Sieć neuronowa lokalizująca wiry optyczne rozmieszczone w regularnej strukturze

• Autorzy: Guszkowski T. , Frączek E.

Warianty tytułu

EN

Artificial neural network for localization of optical vortices positioned in a regular structure

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Praca prezentuje opartą na sztucznej sieci neuronowej metodę określania położenia wirów optycznych rozmieszczonych w regularnej strukturze i powstałych w wyniku interferencji trzech fal płaskich. Do uczenia i oceny jakości działania sieci neuronowej wykorzystano zestaw symulowanych obrazów, na które dodatkowo nałożono szum pomiarowy oraz zniekształcenia geometryczne wynikające z symulowanych drgań układu pomiarowego. W wyniku uczenia sieci neuronowej uzyskano neuronowy lokalizator wirów optycznych o medianie błędu lokalizacji poniżej 0,4 piksela.

EN

The paper presents a short introduction to the optical vortices localization problem and an Artificial Neural Network (ANN) for localization of the optical vortices positioned in a regular structure of honeycomb. The analyzed vortices form as an effect of interference of three planar waves. A set of 1800 simulated images with added noise and geometric distortions modelling experimental setup vibrations was used for ANN learning and evaluation. As a result an unidirectional ANN with 100 inputs which correspond with pixels in a 10x10 image matrix; one non-linear hidden layer of 5 neuron and 2 outputs representing the coordinates of the vortex were created. The learning criterion was Mean Square Error (MSE) and the net was taught with Levenberg-Marquardt algorithm implemented in MATLAB. Final tests were performed with 180 images excluded from ANN learning. As a result a neuronal localizator of optical vortices was obtained with the worst-case localization error less than 2.1 pixel and localization error median less than 0.4 pixel.

Słowa kluczowe

PL

wir optyczny; lokalizacja; sztuczna sieć neuronowa

EN

optical vortex; localization; artificial neural network

• Wydawca: Wydawnictwo PAK
• Czasopismo: Pomiary Automatyka Kontrola
• Rocznik: 2010
• Tom: R. 56, nr 9
• Strony: 1074--1076
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Guszkowski T.

autor

Frączek E.

• Politechnika Wrocławska, Katedra Metrologii Elektronicznej i Fotonicznej, ul. B. Prusa 53/55, 50-317 Wrocław,

Bibliografia

• [1] Freund I., Shvartsman N.: Wave-field phase singularities: The sign principle, Phys. Rev. Lett., 50 (1994), 5164.
• [2] Vasnetsov M. V., Staliunas K.: Optical vortices, Nova Science Publishers, 1999.
• [3] Freund I.: Optical vortices in Gaussian random wave fields: statistical probability densities, J. Opt. Soc. Am. A, 11 (1994), 1644-1652.
• [4] Freund I.: Vortex derivatives, Opt. Comm., 137 (1997), 118-126.
• [5] Freund I.: Saddles, singularities, and extrema in random phase fields, Phys. Rev. E, 52 (1995), 2348-2360.
• [6] Masajada J., Dubik B.: Optical vortex generation by three plane wave interference, Opt. Comm., 198 (2001), 21-27.
• [7] Nicholls K. W., Nye J. F.: Three-beam model for studying dislocations in wave pulses, J. Phys. A: Math. Gen., 20 (1987), 4673-4696.
• [8] Frączek E., Frączek W., Mroczka J.: Wiry optyczne jako znaczniki fazy w polu optycznym. [w:] Problemy metrologii elektronicznej i fotonicznej: praca zbiorowa. T. 2 pod red. Janusza Mroczki. Wrocław, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, 2009, 323-386.
• [9] Masajada J., Popiołek-Masajada A., Wieliczka D. M.: The interferometric system using optical vortices as phase marks, Opt. Comm., 207 (2002), 85-93.
• [10] Masajada J., Popiołek-Masajada A., Frączek E., Frączek W.: Vortex point localization problem in optical vortices interferometry, Opt. Comm., 234 (2004), 23-28.
• [11] Wang W, Ishii N., Hanson S. G., Miyamoto Y., Takeda M.: Phase singularities in analytic signal of white-light speckle pattern with application to micro-displacement measurement, Opt. Comm. 248 (2005), 59-68.