Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Моделирование рассуждений при поиске и описании объектов на космоснимках
Scientific article
В статье представлен подход к проблеме контекстного поиска и описания объектов на растровых космоснимках, заключающийся в моделировании рассуждений на основе структурированных прецедентов. В результате обработки изображения строится граф смежности цветовых областей. Объект характеризуется цветом, атрибутами формы отрезков границы и формы объекта в целом. Структурированный прецедент представляется в виде лучевого графа, дуги которого упорядочены в соответствии с положительным обходом границ областей. С помощью алгоритма сопоставления графов в анализируемом изображении выявляются вхождения прецедентов из базы данных системы. При обнаружении вхождения применяется правило прецедентного вывода. Степень принадлежности объекта некоторому классу зависит не только от свойств самого объекта, но и от достоверности окружающих его объектов. Стратегия контекстного поиска содержит этапы рекурсии и итерации. В отличие от нейросетевых технологий, предложенный подход позволяет не только классифицировать изображенные объекты, но и получать их структурированные описания. Кроме того, выдаваемое системой классификационное решение имеет аргументированное обоснование. Результаты эксперимента показывают, что рассуждения на основе структурированных прецедентов позволяют уточнять результаты классификации и повышать достоверность распознавания объектов на космоснимках.
Free
Scientific article
Рассмотрены усиление и генерация оптических TE-волн, возникающих на решётке, образуемой волной пространственного заряда в плоском волноводе на основе легированного донорами полупроводника (арсенида галлия). Область взаимодействия ограничена контактами с приложенным между ними постоянным электрическим полем, что в режиме подавления ганновской генерации обеспечивает появление малосигнальной периодической неоднородности. Исследованы режимы отражения и прохождения TE-мод с одинаковыми индексами через волноводную структуру в зависимости от фазовой расстройки и уровня накачки. Показано, что даже при сравнительно небольшой глубине модуляции диэлектрической проницаемости (около 10-5) в условиях высокой оптической накачки (при коэффициенте усиления порядка 150 см-1) и соответствующей отстройки от фазового синхронизма существует возможность не только усиления прямой и встречной (отражённой) оптических мод, но и их генерации. Преимуществом предлагаемой схемы по сравнению с гофрированным волноводным лазером является возможность гибкого управления параметрами динамической решётки. Полученные результаты могут быть использованы для создания полупроводниковых лазерных генераторов разностного синхронизированного оптического излучения.
Free
Scientific article
Моделирование распространения пикосекундного (2,5 пс) и фемтосекундного (17,08 фс) лазерных импульсов через диэлектрический цилиндр с коэффициентом преломления 1,59 и резонансным радиусом показало наличие фокусного пятна, шириной по полуспаду интенсивности 0,22 и 0,235 центральной длины волны соответственно.
Free
Моделирование резонансной фокусировки пикосекундного импульса диэлектрическим микроцилиндром
Scientific article
С помощью FDTD-метода исследуется временная зависимость параметров фокусного пятна при резонансной фокусировке плоской ТЕ-волны на диэлектрическом микроцилиндре с показателем преломления 1,59. Показано, что по мере прохождения пикосекундного импульса через цилиндр ширина фокуса уменьшается, интенсивность в фокусе растёт, также растёт энергия моды, запасённая внутри цилиндра. После прохождения импульса в цилиндре остаётся вытекающая мода шепчущей галереи, совпадающая с модой круглого проволочного волокна с нулевой константой распространения. С течением времени энергия этой моды вытекает из цилиндра. В стационарном случае, как показало решение уравнения Гельмгольца методом конечных элементов, достигаются наилучшие параметры фокусного пятна для цилиндра с радиусом 2,1749 длины волны: ширина фокуса по полуспаду интенсивности равна 0,226 от длины волны, и максимальная интенсивность в фокусе в 60 раз превосходит интенсивность падающего света.
Free
Scientific article
Рассмотрена система фазовой синхронизации лазерных пучков, в основе работы которой лежит итерационный алгоритм Гершберга-Сэкстона для восстановления фазовой информации. Проведён анализ алгоритма и показано, что его характерной особенностью является наличие состояний стагнации. Предложен метод редукции размерности задачи, основанный на блоковом принципе. Проведено численное моделирование системы при различных конфигурациях блоков.
Free
Моделирование состояния эндотелиальных клеток по их фотоизображению
Scientific article
Рассматриваются алгоритмы обработки изображений эндотелиальных клеток и вопросы моделирования процесса их роста для прогнозирования течения заболеваний.
Free
Scientific article
В рамках теории Адена - Керкера для концентрических структур ядро-оболочка проведено моделирование оптических свойств композитов прозрачная матрица-наночастицы металлов, покрытых оксидной оболочкой. На примере композитов пентаэритрит тетранитрат - наночастицы Al (Al2O3) показано, что показатели поглощения и рассеяния, коэффициенты коллимированного пропускания, полного отражения и пропускания определяются толщиной образца, радиусом наночастиц, их массовой долей и массовой долей оксида в наночастицах. Предложен способ определения данных параметров при сравнении рассчитанных спектральных зависимостей коэффициентов пропускания и отражения с экспериментальными данными. Наименьшая величина ошибки возникает при определении радиуса наночастицы (порядка 2 - 3 %), а массовая доля наночастиц и массовая доля оксида являются более слабыми параметрами (с точностью определения до 25 %).
Free
Моделирование трехмерного устройства нанофотоники для ввода излучения в планарный волновод
Scientific article
С помощью программы FullWAVE (www.rsoftdesign.com), в которой реализован разностный FDTD-метод решения уравнений Максвелла, промоделировано трехмерное устройство нанофотоники, состоящее из субволновой дифракционной решетки, широкого и узкого планарных волноводов и фотонно-кристаллической линзы Микаэляна, расположенных в тонкой пленке кремния на подложке из трех периодов зеркала Брегга, каждый период которого состоит из слоя кремния и плавленного кварца. Устройство предназначено для ввода лазерного пучка с фокусным пятном 3x4,6 мкм2 с длиной волны 1,55 мкм в узкий планарный волновод шириной 500 нм, что приводит к "сжатию" площади сечения входного пучка в 125 раз. Моделирование показало, что эффективность устройства равна 32% от энергии сфокусированного на решетку линейно поляризованного эллиптического гауссова пучка и 52%, если решетку осветить участком плоской волны. Для сравнения, если вводить свет в это же устройство, но без решетки, а фокусируя свет на торец кремниевой пленки широкого волновода, то эффективность будет равна только 8%.
Free
Scientific article
С помощь моделирования методом BeamProp и интеграла Рэлея-Зоммерфельда показано, что при фокусировке жесткого рентгеновского излучения с длиной волны 1,34 А с помощью последовательно расположенных цилиндрических микролинз (микроотверстий диаметром 10 мкм) круглого сечения в слое поликристаллического алмаза с увеличением числа микролинз с 1 до 20 фокусное расстояние уменьшается почти в 10 раз с 14,4 см до 15 мм, меньший размер эллиптического фокусного пятна уменьшился в 7 раз с 1,5 мкм до 200 нм, при этом максимальная интенсивность в фокусе увеличилась в 40 раз.
Free
Моделирование фокусировки лазерного излучения двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами
Scientific article
Используя метод конечных разностей во временной области, реализованный в программном пакете FullWAVE, был промоделирован процесс фокусировки плоско поляризованного лазерного излучения с длиной волны 633 нм двухслойными диэлектрическими микроцилиндрами с круглым поперечным сечением 2 мкм. Было показано, что оболочка с более высоким показателем преломления (1,8 и 1,9), чем показатель преломления сердцевины, который равен 1,45, позволяет увеличить глубину фокуса в 2,57 раза, а также сместить область формирования фокального пятна вдоль оптической оси в направлении от границы микроцилиндра. Так же подобраны параметры микроцилиндра таким образом, что в процессе фокусировки формируется более компактное фокусное пятно, ширина по полуспаду интенсивности которого составляет 0,25 от длины волны излучения, с интенсивностью в 1,4 раза выше, чем интенсивность в фокусе, формируемом однородным микроцилиндром.
Free
Моделирование фокусировки линейно-поляризованного света с помощью субволнового бинарного аксикона
Scientific article
Методом разностного решения уравнений Максвелла показано, что при освещении линейно-поляризованным гауссовым лазерным пучком стеклянного бинарного аксикона с субволновым периодом (0,98'lambda') в непосредственной близости от поверхности аксикона на оптической оси формируется эллиптическое фокусное пятно с диаметрами по главным осям 0,26'lambda' и 0,61'lambda' (площадь пятна 0,125'lambda'^2 =(0,29'lambda'^2)/n^2, 'lambda' - длина волны, n - показатель преломления), глубиной фокуса 0,4'lambda', максимальной интенсивностью в фокусе в 45 раз большей максимальной интенсивности падающего света. Это минимальное фокусное пятно, которое можно сформировать с помощью бинарного аксикона с уровнем боковых лепестков меньшим 30%.
Free
Моделирование фокусировки фемтосекундного импульса эллипсоидом, параболоидом, сферой и полусферой
Scientific article
Численное моделирование FDTD-методом показало, что при фокусировке двух линейно поляризованных импульсов длительностью 1,24 фс и 2,98 фс (с плоским волновым фронтом и центральной длиной волны 532 нм) с помощью кварцевой микросферы с диаметром 2 мкм не происходит временного уширения импульсов, а пространственное уширение немного больше для менее короткого импульса. В отличие от сферы при фокусировке полусферой, параболоидом и эллипсоидом (все с максимальным сечением диаметром 2 мкм) пространственное и временное уширение импульсов происходит нормальным образом: более короткий импульс уширяется больше, чем менее короткий.
Free
Моделирование формирования изображения зонной пластинки в рентгеновском излучении
Scientific article
Приведены результаты моделирования формирования изображения в жёстком рентгеновском излучении с помощью зонной пластинки (ЗП). Распространение излучения в пространстве моделировалось с помощью интеграла Рэлея-Зоммерфельда, а в ЗП - коммерческой программой BeamProp. Показано, что при формировании изображения ЗП с малой эффективностью необходимо сдвинуть объект от центра и освещать его сходящимся пучком, тогда нулевой порядок дифракции на ЗП не будет мешать формированию изображения в первом порядке. Показано также, что дифракционная решётка с периодом 100 нм отображается ЗП с крайней зоной, равной 50 нм.
Free
Моделирование формирования изображения космическим гиперспектрометром по схеме Оффнера
Scientific article
В настоящей работе разработана математическая модель формирования изображения, которая позволяет создавать прогнозное гиперспектральное изображение. Модель учитывает формирование оптического изображения с помощью матричного фотоприёмника. В работе приведено численное моделирование формирования гиперспектрального изображения, проведены оценки пространственного, спектрального разрешения, а также адекватности полученных результатов.
Free
Scientific article
Обсуждается перспективный подход масштабирования характеристик кремниевых нанофотонных модуляторов, выполненных на основе технологии «кремний на изоляторе». Оптические характеристики волноводной структуры изменяются при помощи дисперсии свободных носителей. На основе численных расчётов оптимизируются топологические параметры устройства для достижения высоких модуляционных характеристик.
Free
Модель контура изображения со случайной формой
Scientific article
Представлен подход к формированию статистической модели контура изображения со случайной формой. Предложена методика коррекции параметров линейных преобразований реализаций случайного контура при формировании его модели.
Free
Модель многослойного покрытия для искусственного оптического синапса
Scientific article
Выполнены расчеты оптических характеристик тонких пленок теллурида германия (GeTe) в многослойных структурах. Разработана модель многослойного оптического покрытия с четырехуровневым коэффициентом пропускания. По полученным расчетным данным определены значения толщин, при которых происходит наибольшее изменение коэффициента пропускания для модулируемого оптического излучения на длине волны 1550 нм. Изготовлены экспериментальные образцы покрытий с просветленными пленками GeTe, и исследованы их оптические характеристики пропускания. Определены комбинации параметров многослойных структур для реализации контрастных уровней пропускания. Результаты исследования представляют реализацию многоуровневого искусственного оптического синапса для нейроморфных процессоров.
Free
Scientific article
Данная статья посвящена разработке модели и основанного на ней метода для оценки потерь качества графического изображения после сжатия с потерями. Разработанный метод ориентирован на оценку ошибок распознания границ объектов на графическом изображении и поэтому может быть использован при настройке кодеков изображения в системах машинного зрения.
Free
Модель распространения световой пули в кристалле LiF
Scientific article
Построена модель распространения световой пули в кристалле LiF и формирования трека пули, состоящего из центров окраски. Модель воспроизводит наблюдавшиеся ранее продольные периодические колебания концентрации центров окраски в треке. Кроме того, модель впервые воспроизводит экспериментально наблюдаемые периодические колебания ширины трека. Относительный сдвиг между указанными колебаниями по результатам моделирования соответствует экспериментальным наблюдениям.
Free
