The object of research, development or design (in Russian) : Компьютерные технологий для распознавания объектов

The object of research, development or design (in Kazakh) : Нысандарды тануға арналған компьютерлік технологиялар

Aim of work (in Russian) : Цель данного проекта - это разработка цифровых экспериментальных установок для изучения явлений физики в лабораторных условиях учебных заведений с применением инновационных компьютерных технологий.

Aim of work (in Kazakh) : Бұл жобаның мақсаты - инновациялық компьютерлік технологияларды қолдана отырып, оқу орындарының зертханалық жағдайында физика құбылыстарын зерттеуге арналған цифрлық эксперименттік қондырғыларды әзірлеу

Методы исследования (на русском) : Теоретическое обоснование вопроса; экспериментальная апробация разработанных аппаратно-программных комплексов; компьютерная заключительная обработка данных эксперимента

Методы исследования (на казахском) : Мәселенің теориялық негіздемесі; әзірленген аппараттық-бағдарламалық кешендерді эксперименттік сынақтан өткізу; эксперимент деректерін компьютерлік қорытынды өңдеу.

Obtained results and novelty (in Russian) : Определена перечень физических явлений и законов по механике, вызывающие сложности для их демонстрации и экспериментального исследования на теоретических и лабораторных занятиях, с целью разработки программно-аппаратного комплекса и методики их использования. Составлен список физических явлений и законов механики, вызывающие сложности при их демонстрации и экспериментального исследования на теоретических и лабораторных занятиях учебных заведений. Разработан программный блок (обеспечение) на языке Python, выполняющий обработку данных эксперимента с помощью технологии компьютерного зрения. Также создан массив видео данных для обучения нейронных сетей, предназначенных для распознавания движущихся объектов в пространстве. Новизна на данном этапе: на данном этапе разработан и реализован совершенно новый алгоритм на языке Python для обнаружения тел сферической формы на видеокадрах и вычисления их динамических характеристик (координату, скорость и ускорения) в любой момент времени в процессе движения данного тела. Для повышения точности вычисления динамики движущихся тел разработана специальная функция, где реализован адаптивный фильтр Калмана второго порядка. Полностью разработаны 3D модели следующих лабораторных устройств: 1. Математический маятник; 2. Наклонная плоскость; 3. Маятник Обербека; 4. Свободное падение тел. Ведутся работы по реализации соответствующих пользовательских графических интерфейсов для этих смоделированных лабораторных установок.

Obtained results and novelty (in Kazakh) : Бағдарламалық-аппараттық кешенді және оларды пайдалану әдістемесін әзірлеу мақсатында теориялық және зертханалық сабақтарда оларды көрсету және эксперименттік зерттеу үшін қиындықтар туғызатын механика бойынша физикалық құбылыстар мен заңдардың тізбесі анықталды. Оқу орындарының теориялық және зертханалық сабақтарында оларды көрсету және эксперименттік зерттеу кезінде қиындықтар туғызатын Механиканың физикалық құбылыстары мен заңдарының тізімі жасалды. Компьютерлік көру технологиясы арқылы эксперимент деректерін өңдеуді орындайтын Python тілінде бағдарламалық блок (қамтамасыз ету) әзірленді. Кеңістіктегі қозғалатын объектілерді тануға арналған нейрондық желілерді оқытуға арналған бейне деректер массиві де жасалды. Осы кезеңдегі жаңалық: осы кезеңде бейне кадрлардағы сфералық пішінді денелерді анықтау және олардың динамикалық сипаттамаларын (координатасын, жылдамдығын және үдеуін) есептеу үшін Python тілінде мүлдем жаңа алгоритм әзірленіп, іске асырылды.берілген дененің қозғалысы кезінде кез келген уақытта. Қозғалатын денелердің динамикасын есептеу дәлдігін арттыру үшін арнайы функция жасалды, онда екінші ретті Калман адаптивті сүзгісі жүзеге асырылады. Келесі зертханалық құрылғылардың 3D модельдері толығымен жасалған: 1. Математикалық маятник; 2. Көлбеу жазықтық; 3. Обербек Маятнигі; 4. Денелердің еркін құлауы. Осы модельденген зертханалық қондырғылар үшін тиісті графикалық интерфейстерді іске асыру бойынша жұмыстар жүргізілуде.

The main constructive and technical economic indicators (in Russian) : Основная выдвигаемая гипотеза проекта в том, что используя возможностей новых информационных технологий, можно разработать программно-аппаратные комплексы, которые значительно облегчат организацию экспериментальной части учебного процесса. К ним относятся лабораторные установки, созданные с использованием технологии компьютерного зрения и искусственного интеллекта для экспериментального исследования законов физики. В нашем проекте, главной технологией для разработки лабораторных установок является компьютерное зрение. Аппаратная часть комплекса будет состоять из микропроцессорной техники, датчиков, сервомоторов, двигателей. Также к этим устройствам подключаются нейронные сети для распознавания различных тел на видеокадрах. В качестве таких нейронных сетей использованы сверточные нейронные сети (Convolutional Neural Network), которые, как показывает практика, отлично решают задачи по распознаванию графических образов.

The main constructive and technical economic indicators (in Kazakh) : Жобаның негізгі гипотезасы - жаңа ақпараттық технологиялардың мүмкіндіктерін қолдана отырып, оқу процесінің эксперименттік бөлігін ұйымдастыруды едәуір жеңілдететін бағдарламалық-аппараттық кешендер жасауға болады. Оларға физика заңдарын эксперименттік зерттеу үшін компьютерлік көру және жасанды интеллект технологиясымен жасалған зертханалық қондырғылар жатады. Біздің жобада зертханалық қондырғыларды дамытудың негізгі технологиясы - компьютерлік көру. Кешеннің аппараттық бөлігі микропроцессорлық техникадан, датчиктерден, сервомоторлардан, қозғалтқыштардан тұрады. Сондай-ақ, бұл құрылғыларға бейне кадрлардағы әртүрлі денелерді тану үшін нейрондық желілер қосылады. Мұндай нейрондық желілер ретінде конволюциялық нейрондық желілер (Convolutional Neural Network) пайдаланылды, олар тәжірибе көрсеткендей, графикалық үлгіні тану мәселелерін тамаша шешеді.

Level of implementation (in Russian) : Внедрение полученных результатов на данном этапе не предусмотрено.

Level of implementation (in Kazakh) : Осы кезеңде алынған нәтижелерді енгізу көзделмеген

Efficiency (in Russian) : Научный эффект заключается в том, что впервые будет разработана новая методология экспериментального изучения явлений физики с применением современных достижений компьютерных наук. Это даст экономический эффект в виде разработки недорогих и компактных лабораторных устройств, которые можно массово внедрять в средних и высших учебных заведениях РК. Кроме того, данные учебно-лабораторные комплексы также можно экспортировать на международные рынки.

Efficiency (in Kazakh) : Ғылыми нәтиже – информатиканың заманауи жетістіктерін пайдалана отырып, физика құбылыстарын эксперименталды түрде зерттеудің жаңа әдістемесі алғаш рет әзірленеді. Бұл Қазақстан Республикасының орта және жоғары оқу орындарында жаппай енгізуге болатын қымбат емес және жинақы зертханалық құрылғыларды жасау түріндегі экономикалық нәтиже береді. Сонымен қатар, бұл оқу-зертханалық кешендерді халықаралық нарыққа да шығаруға болады.

Field of application (in Russian) : Полученные результаты применимы в области педагогики и организации учебного процесса при изучении физики. Целевыми потребителями разработанных учебно-лабораторных комплексов могут быть любые учебные учреждения, где изучаются технические предметы, в том числе физика

Field of application (in Kazakh) : Алынған нәтижелер физиканы оқытуда педагогика және оқу процесін ұйымдастыру саласында қолданылады. Әзірленген оқу-зертханалық кешендердің мақсатты тұтынушылары техникалық пәндер, оның ішінде физика оқытылатын кез келген оқу орындары болуы мүмкін.