Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Моделирование волноводного распространения оптического излучения в рамках электромагнитной теории
Article
Free
Моделирование волноводных режимов в многослойных структурах
Scientific article
В работе на основе метода поперечного пропускания/отражения (TTR) разработан алгоритм расчёта констант распространения вытекающих мод для многослойной планарной структуры. Приводятся результаты моделирования и даётся сравнение постоянных распространения вытекающих мод ARROW структуры, полученных указанным методом, с известными из литературы константами. Также приводятся рассчитанные профили некоторых вытекающих мод.
Free
Моделирование вычислений на графических процессорах по разностным схемам
Scientific article
Предложены модели вычислений на GPU, рекомендуемые к использованию при организации вычислений по явным и неявным разностным схемам на графических процессорах. В частности, модель для выбора оптимальной длины вектора в алгоритмах с «длинно-векторным» представлением и для отыскания высоты пирамиды, когда используется соответствующий метод построения параллельных алгоритмов.
Free
Моделирование генерации оптических вихрей с помощью спиральной зонной пластинки из серебра
Scientific article
С помощью FDTD-метода, реализованного в пакете FullWAVE (RSoft), промоделирован процесс формирования оптических вихрей в ходе распространения Гауссова пучка с круговой (левой или правой) поляризацией через фазовую и амплитудную спиральные зонные пластинки с топологическим зарядом 2, диаметром 8 мкм, фокусным расстоянием 532 нм. Исследование амплитуды и фазы распределений в фокальной плоскости показывает наличие оптических вихрей с топологическим зарядом 2. Анализ продольной компоненты вектора Умова-Поинтинга показал наличие обратного потока энергии в области фокуса. При этом в случае использования амплитудной спиральной зонной пластинки величина обратного потока много меньше, чем в случае фазовой спиральной зонной пластинки.
Free
Моделирование гиперспектрометра на спектральных фильтрах с линейно-изменяющимися параметрами
Scientific article
Статья посвящена моделированию гиперспектрометра, основанного на использовании фильтров с линейно-изменяющимися параметрами. Рассмотрены возможности восстановления спектральных отсчётов изображения на основе решения интегрального уравнения. В работе приведены оценки размеров пятна рассеяния в зависимости от параметров спектрального фильтра. Результаты численного расчёта показали, что значительное ухудшение разрешения имеет место только в случае короткофокусных оптических систем.
Free
Scientific article
Статья посвящена моделированию гиперспектрометра, основанного на использовании фильтров с линейно-изменяющимися параметрами. В работе приведены оценки размеров пятна рассеяния в зависимости от параметров спектрального фильтра. Результаты были получены с помощью разложения падающего излучения по векторным Бесселевым волнам. Численный расчёт показал, что значительное ухудшение разрешения имеет место только в случае короткофокусных оптических систем.
Free
Моделирование движения биологических микрообъектов в световых пучках
Scientific article
Разработан метод расчета сил и моментов сил, действующих на биологические микрообъекты в световых пучках с заданным амплитудно-фазовым распределением. Рассмотрены эксперименты по оптическому захвату клеток дрожжей, и проведено сравнение сил, рассчитанных по экспериментальным данным с силами, полученными в модели. Показано качественное соотношение данных моделирования и натурного эксперимента.
Free
Моделирование дифракции света на полуплоскости методами геометрической оптики
Scientific article
Предлагается математическая модель пространственного распределения потока излучения, который возникает при дифракции плоской волны на полуплоскости. В этой модели пространственное распределение потока излучения описывают лучи с нанизанными на них потоками излучения. Особенностью предлагаемой модели является то, что нанизанные на лучи потоки излучения складываются алгебраически.
Free
Scientific article
Предложен математический аппарат, проведены исследования изображения в плоскости регистратора гиперспектрометра по схеме Оффнера, определены условные допуски на положение элементов спектрометра. Результат моделирования совместного действия погрешностей показал, что вероятность удачной сборки гиперспектрометра с соблюдением требований по качеству изображения будет не меньше 0,9.
Free
Моделирование дробового шума цветных подводных изображений
Scientific article
В работе рассматриваются методы имитации цветных подводных изображений на основе натуральных надводных. Имитация подводных изображений широко используется для разработки и тестирования методов улучшения подводных изображений. Большая группа существующих методов использует одну и ту же детерминированную модель преобразования изображения, игнорирующую наличие на изображениях шума. В работе демонстрируется, что это существенно сказывается на общем качестве имитации подводных изображений. Теоретически и численным моделированием показывается, что точность отношения сигнал/шум подводных изображений, имитированных с использованием детерминированного преобразования, падает с увеличением расстояния до объекта съемки. Для решения этой проблемы в работе предлагается новая модель преобразования изображения, которая учитывает наличие шума на изображении и при этом совместима со всеми методами моделирования из рассматриваемой группы. В работе приводятся результаты моделирования с использованием существующей и предложенной моделей, показывающие, что на больших расстояниях новые результаты лучше согласуются с реальными данными.
Free
Моделирование зон затопления на основе прогнозирования временных рядов и ГИС-технологий
Scientific article
Предлагается специализированная веб-ГИС, реализованная за счет интеграции искусственной нейронной сети и геотехнологий, которая обеспечивает раннее прогнозирование и моделирование зон затопления на 5 суток вперед. Реализованные в рамках данной веб-ГИС методы и алгоритмы позволяют ежедневно прогнозировать временные ряды на основе ретроспективных данных об уровнях воды и общего водного притока, температуре воздуха и воды, толщине снежного покрова и количестве осадков, скорости ветра и атмосферного давления. При этом только на основе полученных прогнозных значений об уровнях воды реализована возможность раннего моделирования и визуализации разлива рек. Это предоставит возможность специализированным организациям и службам, а также управляющим органам заблаговременно и в кратчайшие сроки принимать решения, связанные с противопаводковыми мероприятиями.
Free
Scientific article
Исследована коррекция хроматизма в оптических системах с линзами, выполненными из материалов, допускающих прецизионное прессование. Показаны преимущества такого подхода.
Free
Scientific article
Предложена модель объектива-суперахромата, состоящая из бесконечно тонких корректора хроматизма и силовой положительной линзы. С использованием этой модели исследовано влияние материалов линз корректора на максимальную по модулю оптическую силу его рефракционных линз. Исследование охватывало свыше тысячи наименований марок стекла и оптических пластмасс, что позволило достоверно оценить возможности рефракционного и рефракционно-дифракционного корректора хроматизма и прогнозировать целесообразность использования корректора того или иного типа.
Free
Моделирование и оптимизация одного класса пространственно-вариантных структур
Scientific article
Представлена математическая модель одного класса пространственно-вариантных структур, основанная на модели решетки Браве. Модель учитывает возможность ввода в структуру нелокальных и локальных дефектов, что позволяет использовать ее для моделирования и оптимизации фотонно-кристаллических элементов. Особое внимание уделено совместному использованию генетического алгоритма и FDTD-метода. Предлагаемое решение учитывает технологические ограничения на радиусы рассчитываемых каверн в кристалле, а также накладывает дополнительные условия на выбор размера сеточной области при изменении значений радиусов каверн в генетическом алгоритме, чем обусловливается согласование методов. Разработан программный комплекс для решения обратной задачи дифракции при расчете фотонно-кристаллических элементов. Для расчета элементов данный комплекс использует предложенные в статье модель и решение для согласования генетического алгоритма и FDTD-метода. С помощью программного комплекса в настоящей работе рассчитаны изгибы фотонно-кристаллических волноводов на 60° и 120°. Полученные в результате генетической оптимизации структуры характеризуются значениями эффективности в 99 %, что в 33 и 11 раз больше эффективностей без оптимизации изгиба в 60° и 120° соответственно.
Free
Моделирование и расчет голограммного комбинера виртуального дисплея
Scientific article
Представлены пути и приёмы моделирования и расчёта голограммного комбинера виртуального дисплея, позволяющие, с одной стороны, обеспечить высокую и не зависящую от полевого угла дифракционную эффективность голограммы Денисюка, а с другой - в максимальной степени реализовать преимущества, открывающиеся благодаря замене на голограммный комбинер многослойного диэлектрического зеркала.
Free
Моделирование информационной структуры параллельной обработки изображений
Scientific article
Предложен подход к формированию моделей, описывающих информационную структуру параллельных программ обработки изображений. В качестве основы формальной модели параллельной обработки изображений выбрана теория взаимодействующих последовательных процессов, которая позволяет формировать иерархическое описание информационной структуры алгоритма, необходимое при построении эффективного отображения технологий обработки изображений на архитектуру распределенных систем.
Free
Scientific article
Статья посвящена поиску биологически мотивированного механизма когнитивного феномена нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий, относимого рядом исследователей к категории квантово-подобных. Показан классический механизм, не требующий обращения к квантовой механике ни по физической сути, ни на уровне формализма и реализуемый 6 f - схемой голографии Фурье резонансной архитектуры. Рассмотрение проведено в рамках задачи принятия решения как оценки альтернатив на примере некооперативной игры «Дилемма заключенного». Подход к проблеме основан на поиске механизма формирования условной оценки при условии, противоречащем правилу монотонной логики принятия решения. Показано, что эта оценка, в отличие от безусловной и условной при непротиворечащем условии, формируется логикой с исключением. Кольцевая архитектура голографической схемы соответствует биологически обоснованной нейросетевой концепции кольца возбуждения и реализует когнитивный диссонанс на логике с исключением. Аналитически определены условия и границы диапазона нарушения классической формулы полной вероятности в зависимости от радиуса корреляции эталонного образа, записанного на голограмме, хранящей правило вывода монотонной логики. Аналитическая модель подтверждена количественным совпадением результатов численного моделирования с опубликованными результатами натурных экспериментов.
Free
Моделирование методом голографии Фурье ментальных особенностей лица, принимающего решение
Scientific article
Рассмотрена задача моделирования методом голографии Фурье индивидуальных ментальных особенностей лица, принимающего решение. Решение понимается как выбор из альтернатив. Задача рассмотрена для моделируемой некооперативной игрой «Дилемма заключенного» ситуации противоречия текущих условий ранее усвоенному правилу логики принятия решения. Подход основан на тезисе о коррелированности ментальных особенностей со свойствами материального носителя интеллекта, в качестве которого взята 6 f -схема голографии Фурье кольцевой архитектуры. Схема рассмотрена как трехслойная нейросеть, соответствующая нейрофизиологической концепции «кольца возбуждения» А.М. Иваницкого и порождающая логику с исключением. Дана аналитическая оценка зависимости границы нарушения классической формулы полной вероятности для дизъюнкции несовместных событий от радиуса корреляции эталонного образа и характеристик низкочастотных фильтров на голограммах, хранящих правила принятия решения и исключения из него. Аналитические результаты подтверждены результатами численного моделирования.
Free
Моделирование микрометалинзы с высокой числовой апертурой и разным числом секторов
Scientific article
Численно с помощью разностного решения уравнений Максвелла показано, что бинарная микролинза с единичной числовой апертурой в тонкой плёнке аморфного кремния, состоящая из субволновых дифракционных решёток, работающих как полуволновые пластинки, фокусирует вблизи своей поверхности падающий на неё лазерный пучок с линейной поляризацией и плоским волновым фронтом почти с одинаковым качеством при числе дифракционных решёток, поворачивающих плоскость поляризации, от 3 до 16. При этом размеры субволнового фокусного пятна по полуспаду интенсивности по декартовым осям равны 0,435 на 0,457 длины волны для 16 секторных дифракционных решеток и 0,428 на 0,460 длины волны для 4 секторных дифракционных решёток.
Free
Моделирование оптической обработки изображений с использованием вихревого пространственного фильтра
Scientific article
Вихревой пространственный фазовый фильтр использован для выполнения радиального преобразования Гильберта, которое в отличие от обычно используемых в обработке изображений двумерных преобразований Гильберта является изотропным. Показано существенное увеличение контраста при использовании вихревого фильтра, в том числе по сравнению с фильтром высоких частот. Также при небольшой модификации центральной части рассматриваемого фильтра возможно формирование псевдорельефных изображений для визуального выделения протяжённых объектов различных направлений. Аналогичный фильтр использован для построения спираллограмм - интерференцион-ных картин фазовых объектов, учитывающих направление изменения фазовой функции. Показана эффективность применения вихревого фильтра для анализа прозрачных объектов, имеющих включения с различной оптической плотностью.
Free
