Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Scientific article
Развитие специализированных неразрушающих методов контроля оптических элементов с микрорельефом необходимо для освоения производства дифракционных, микрооптических и конформальных элементов. В лаборатории дифракционной оптики ИАиЭ СО РАН разработано и исследовано несколько различных подходов к характеризации разнообразных типов оптических элементов с микрорельефом на промежуточных и финальной стадии их изготовления, направленных на контроль погрешностей волнового фронта, глубины травления и дифракционной эффективности бинарных и многоуровневых элементов. В работе дан обзор разработанных методик и измерительных схем с учетом специфики параметров контролируемых элементов и областей их применения. Приведены результаты контроля конкретных изготовленных элементов.
Free
Методы определения орбитального углового момента лазерного пучка
Scientific article
Предложены и исследованы численно и экспериментально два метода определения орбитального углового момента параксиальных лазерных пучков. Один метод основан на регистрации интенсивности в зоне Френеля, численном усреднении этой интенсивности по углу на дискретных радиусах и решении линейной системы уравнений для нахождения квадратов модулей коэффициентов разложения светового поля по базисным функциям. Другой метод основан на регистрации двух распределений интенсивности в Фурье-плоскости двух цилиндрических линз, повернутых друг относительно друга на 90°, и вычислении моментов первого порядка для измеренных интенсивностей. Экспериментальная ошибка определения небольших дробных значений орбитального углового момента (до 4) - около 1 %, а для больших дробных значений (до 30) - около 8 %.
Free
Методы получения рельефных изображений с непрерывным профилем
Scientific article
Рассмотрены новые способы получения рельефных изображений с непрерывным профилем. Показано, что лучшие результаты достигнуты при выводе изображений на рентгеновский фоторезист с помощью прецизионных генераторов изображений. Показана перспектива использования жидких фотополимеров.
Free
Методы сегментации изображений в задачах обнаружения дефектов поверхности
Scientific article
В статье приводится анализ методов сегментации изображений применительно к задаче обнаружения дефектов поверхности. Рассматриваются методы водораздела, нормальных разрезов и метод оценки изменения формы спектра (ОИФС). Анализ методов проводится как на модельных изображениях, так и на изображениях объекта контроля - внутренней поверхности труб. Делается вывод о возможности применения метода ОИФС в системах визуального контроля поверхностей.
Free
Методы теории рассеяния для решения задач дифракционной оптики
Scientific article
В данной работе предложен метод решения системы уравнений Максвелла для случая дифракции плоской электромагнитной волны на дифракционном оптическом элементе, представляющем тонкую пластинку с нанесенным на нее микрорельефом. Расчет проводился в рамках строгой электромагнитной теории. Метод основан на приведении исходной системы уравнений Максвелла к системе интегродифференциальных уравнений.
Free
Методы трансферного обучения для сегментации клеток глиомы C6
Scientific article
В настоящей работе представлен алгоритм бинарной сегментации клеток культуры глиомы С6 с применением методов глубокого обучения для упрощения и ускорения анализа роста данной культуры. Для разработки и тестирования алгоритма впервые собрана база, содержащая 30 микроскопических фазово-контрастных снимков клеток глиомы C6.Благодаря собранной базе данных, впервые исследуются свойства методов трансферного обучения при работе со снимками клеточных культур в высоком разрешении. Для этого используются дополнительные базы данных микроскопических и неспециализированных изображений. Эксперименты показали, что предобучение нейронной сети с использованием микроскопических снимков обеспечивает значительное преимущество при распознавании клеток глиомы в низком разрешении, однако при увеличении разрешения и возникающей из-за этого рассогласованности размеров объектов лучшие результаты могут быть получены с использованием энкодеров, обученных на повседневных снимках. В работе объясняются причины этого и предлагаются способы повышения обобщающих способностей «специализированных» весов к работе в высоком разрешении за счет использования техник аугментации, обеспечивающих согласованность размеров объектов. Также демонстрируется возможность получать разные обобщающие свойства итогового алгоритма за счет правильного подбора данных для предварительного обучения, что может быть полезно при необходимости обнаруживать или исключать из рассмотрения плотные кластеры клеток.
Free
Методы управления процессом распознавания текстовых меток на изображениях
Scientific article
В статье предложен новый подход к проектированию структуры алгоритмов систем распознавания текстовых меток, основанный на идее автоматического управления параметрами алгоритмов в процессе функционирования системы. Выбор значений параметров осуществляется с использованием обратных связей от алгоритма распознавания символов. Представлены результаты экспериментов с алгоритмами реальной системы распознавания идентификационных номеров объектов подвижного состава железнодорожного транспорта, подтверждающие эффективность предложенного подхода.
Free
Методы ускорения сбора данных в системах однопиксельной визуализации
Scientific article
В работе представлен обзор существующих методов ускорения сбора данных в системах однопиксельной визуализации, включая однопиксельные камеры и фантомную визуализацию. Рассмотрены три ключевых подхода к ускорению сбора данных, а именно: мультиплексирование, оптимизация паттернов и использование обратной связи от детектора. Первый подход – мультиплексирование паттернов – позволяет параллельно обрабатывать данные в различных спектральных, поляризационных или временных каналах. Второй подход – оптимизация паттернов – направлен на сокращение числа измерений без потери качества изображения. В работе рассмотрены случайные, ортогональные (например, Адамара и Фурье) и модифицированные паттерны для ускорения процесса сбора данных. Третий подход – использование обратной связи от детектора – обеспечивает адаптивную корректировку паттернов, что повышает скорость и точность восстановления изображений. Этот подход особенно эффективен в сочетании с нейронными сетями. Рассмотренные методы подчеркивают актуальность разработки высокоскоростных систем однопиксельной визуализации, которые применяются в дистанционном зондировании, медицине и других областях. Комбинация рассмотренных подходов открывает новые возможности для создания систем визуализации, работающих в режиме реального времени.
Free
Scientific article
В статье рассмотрены методы формирования векторов информативных признаков для решения задачи распознавания объектов в импульсной лазерной локации по регистрируемым дальностным портретам. Приведено описание известных методов снижения размерности пространства признаков, и обозначены границы их применимости. Предложен метод, реализующий максимизацию метрик между векторами признаков. На примере объектов, поверхности которых описываются каноническими уравнениями (сфера, конус, цилиндр), показано, что этот метод эффективен при решении задачи распознавания объектов в случае их априори неизвестной ориентации относительно локационной системы. Метод также эффективен и при наличии пересечений множеств векторов признаков, когда объекты характеризуются дальностными портретами схожей формы.
Free
Методы формирования профиля поверхности дифракционных оптических элементов
Scientific article
Приводится обзор результатов исследования фотолитографического метода изготовления высокоэффективных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), основанного на применении только одного фотошаблона с двумя градациями пропускания. Для бинаризации непрерывной функции пропускания дифракционного элемента применена техника растрирования полутоновых изображений, а для экспонирования светочувствительной среды - некогерентная пространственная фильтрация в сочетании с обычным фотолитографическим процессом. Анализируется зависимость дифракционной эффективности ДОЭ от параметров фотошаблона, методов бинаризации и погрешностей изготовления. Проведено сравнение характеристик предложенного метода с известным - многоуровневым методом. Рассмотрены особенности изготовления ДОЕ с непрерывным фазовым профилем, основанные на проекционной, контактной и рентгеновской литографии. Приведены результаты экспериментального исследования. Показана возможность изготовления ДОЭ с дифракционной эффективностью более 80% с помощью только одного фотошаблона.
Free
Методы цифрового анализа сосудистой системы человека. Обзор литературы
Scientific article
В статье представлен обзор основных подходов к цифровому анализу изображений сосудистых систем человека. Выделены основные этапы обработки диагностических изображений, проведён анализ различных подходов к выделению и количественному оцениванию морфологических признаков сосудов.
Free
Scientific article
Получение и обработка оптических медицинских изображений являются важными аспектами современной медицинской практики, так как они позволяют проводить точную диагностику и мониторинг различных заболеваний. Методы их получения включают микроскопические изображения, оптическую когерентную томографию, лазерную диффузионную томографию и другие техники, каждая из которых имеет свои преимущества и ограничения. В работе представлен обзор этих методов, а также анализ источников и видов шумов, которые влияют на качество изображений. Рассмотрены современные методы обработки цифровых медицинских оптических изображений, такие как фильтрация, усиление контраста, реконструкция изображений и машинное обучение, которые играют ключевую роль в повышении качества, точности и информативности таких изображений.
Free
Метрика искажений мелких структур компрессированных изображений
Scientific article
В статье предлагается новая метрика искажений мелких структур компрессированных изображений - MFSD ( Metric of Fine Structures Distortion ). К особенностям метрики относится то, что она основана на алгоритме идентификации мелких структур изображения с использованием нормированной системы N-CIELAB, что позволяет оценивать искажения с учетом свойств контрастной чувствительности зрения. Приводятся экспериментальные результаты оценки искажений тестовых изображений в зависимости от степени компрессии и параметра качества в кодеках JPEG и JPEG2000 по метрике MFSD и по традиционным метрикам PSNR и SSIM. На основе результатов сравнительного анализа MFSD с субъективными оценками качества компрессированных изображений JPEG и JPEG2000 получен новый объективный критерий высокого качества воспроизведения мелких структур компрессированных изображений. Приводится теоретическое и экспериментальное обоснование объективности нового критерия по результатам обработки и анализа искажений компрессированных тестовых фотореалистичных изображений.
Free
Механизм сверхразрешения в планарной гиперболической секансной линзе
Scientific article
Получено интегральное представление для ТЕ-волны в 2D среде от точечного источника, находящегося вне этой среды (линия раздела сред - прямая), и аналогичное представление для светового поля за плоскопараллельной пластиной. При этом выделено три типа волн, дающих вклад в световое поле: распространяющиеся волны, поверхностные волны первого и второго типов. Произведено сравнение числовых апертур рефракционных линз ближнего поля (SIL, NAIL) и планарной гиперболической секансной линзы, показано, что они близки между собой и отличаются для кремния всего на 5%. Моделирование с помощью программы FullWAVE показало, что добавление к градиентной гиперболической секансой линзе субволновой дифракционной решётки или замена такой линзы её бинарным аналогом приводят к уменьшению ширины фокусного пятна на 10% и 20% по сравнению с дифракционным пределом в данной среде.
Free
Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе
Scientific article
Теоретически показано, что в интерференционной картине четырёх плоских волн со специально подобранными направлениями векторов линейной поляризации формируется обратный поток энергии. Области прямого и обратного потока перемежаются в шахматном порядке. Величина обратного потока прямо зависит от угла схождения плоских волн и максимальна при угле схождения, близком к 90 °. Правые тройки векторов четырёх плоских волн (волновой вектор с положительной проекцией на оптическую ось и вектора напряжённостей электрического и магнитного полей) при сложении в некоторых областях интерференционной картины формируют электромагнитное поле, описываемое правой тройкой тех же векторов, но волновой вектор имеет отрицательную проекцию на оптическую ось. Также показано, что если в область обратного потока поместить сферическую диэлектрическую рэлеевскую наночастицу, то на неё будет действовать сила, направленная в обратном направлении (при этом рассеивающая сила будет больше градиентной).
Free
Микроскопический контроль процесса остеоинтеграции имплантатов
Scientific article
Экспериментально показано, что метод конфокальной флуоресцентной микроскопии обеспечивает динамический контроль процесса интеграции различных типов клеток в костный имплантат с разрешением не хуже 400 нм. Предложена оптическая методика оценки качества костных имплантатов и технологии их изготовления.
Free
Минимальное субволновое фокусное пятно по потоку энергии
Scientific article
Теоретически и численно показано, что распределение осевого потока энергии в остром фокусе света с круговой и линейной поляризацией одинаковые и обладают круговой симметрией. Также показано, что равны осевые потоки энергии для оптических вихрей с единичным топологическим зарядом и с радиальной или азимутальной поляризацией. Минимальный диаметр (при прочих равных условиях) имеет фокусное пятно, измеренное по интенсивности для оптического вихря с азимутальной поляризацией. Немного больше (на доли процента) диаметр фокусного пятна, рассчитанного по потоку энергии для света с круговой или линейной поляризацией. Величина диаметра по интенсивности играет роль при взаимодействии света с веществом, а величина диаметра по потоку энергии влияет на разрешение в оптической микроскопии.
Free
Минимальный размер фокусного пятна при фокусировке света круговой поляризации
Scientific article
В данной работе с помощью формализма Ричардса-Вольфа рассмотрена фокусировка света с круговой поляризацией плоскими дифракционными линзами. Было показано, что при увеличении числовой апертуры линзы размер фокусного пятна сначала уменьшается, а потом начинает расти. Минимальное фокусное пятно наблюдается при NA = 0,96 (FWHM = 0,55λ). При дальнейшем увеличении числовой апертуры линзы рост продольной составляющей приводит к увеличению размера фокусного пятна. При замене плоской дифракционной линзы на апланатический объектив размер фокусного пятна монотонно уменьшается при увеличении числовой апертуры линзы. Также показано, что в остром фокусе наблюдается конверсия поляризации - возникают области, в которых направление вращения круговой поляризации противоположно направлению вращения поляризации в исходном пучке.
Free
Scientific article
В работе рассмотрена минимизация размера фокального пятна (светового или теневого) при различных типах поляризации за счёт дополнительной аподизации выходного зрачка фокусирующей системы оптическим элементом с вихревой фазовой зависимостью от угла и полиномиальной амплитудной зависимостью от радиуса. Коэффициенты в радиальном полиноме оптимизировались с учётом выполнения определённых условий, в частности, сохранения энергетической эффективности и обеспечения заданного уровня боковых лепестков. Поиск коэффициентов выполнялся на основе минимизации функционала с использованием метода Брента.
Free
