Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Scientific article
В работе предлагается новый дескриптор, используемый для описания цифрового изображения – модельно-ориентированный дескриптор поля градиента. Производные характеристики дескриптора, рассматриваемые как признаки цифрового изображения, позволяют эффективным образом решать задачи анализа, распознавания и поиска изображений. Представлены примеры решения таких задач с использованием предложенного дескриптора.
Free
Модификация кварцевого стекла лазерными импульсами фемтосекундной длительности
Scientific article
Проведено экспериментальное изучение особенностей локальной безразрушительной модификации объема плавленого кварца. Разработана методика измерения показателя преломления в объеме прозрачного образца непосредственно в процессе облучения импульсами фемтосекундного лазера. Точность измерений показателя преломления составила около 10^-5, а пространственное разрешение - единицы микрон. Впервые получены количественные данные по динамике перманентной модификации стекла в зависимости от энергии облучения. Исследована пространственная картина локализации модифицированной области, зависящая главным образом от расходимости лазерного пучка. С помощью фемтосекундной интерферометрии исследована динамика распространения лазерного импульса в аморфном кварце.
Free
Модификация метода сопоставления размытых изображений
Scientific article
В статье предлагается модификация метода выявления особых точек на размытых изображениях для решения задачи их точного сопоставления. Целью модификации является повышение количества и качества как выявляемых особых точек на каждом изображении, так и корректных пар особых точек на двух изображениях. Отличительными особенностями являются аугментация данных за счёт одновременного использования нескольких комбинаций параметров предварительной обработки и использование дополнительных этапов фильтрации особых точек. Применение указанных модификаций позволило добиться увеличения доли корректно сопоставляемых пар изображений на 30,2 % по сравнению с базовым методом при работе с зашумлёнными данными.
Free
Scientific article
В работе рассматривается новый метод модификации многомерной псевдослучайной последовательности точек, основанный на использовании пары двойственных генераторов LFSR-CNS. Состояние генератора, восстановленное по элементу многомерной последовательности, интерпретируется как состояние двойственного генератора, что позволяет сгенерировать точку, отличную от точки исходной последовательности. Приводятся сравнительные результаты исследования исходной и модифицированной последовательности с использованием взвешенного спектрального критерия.
Free
Модификация параболического уравнения для моделирования управления адаптивными оптическими системами
Scientific article
Предложен метод приближенной стохастической эквивалентности позволяющий привести параболическое уравнение, описывающее распространение оптического излучения в турбулентной атмосфере к уравнению типа Калмана-Бьюси. Полученное уравнение может быть использовано при моделировании систем управления адаптивными оптическими системами на основе фильтров Калмана.
Free
Модификация прибора индикации чистоты и гладкости оптических подложек
Scientific article
В работе предложена и исследована новая конструкция устройства для индикации чистоты и оптического качества поверхности подложки по растеканию капли жидкости, наносимой на её поверхность. Приводятся результаты исследования устройства при экспресс-контроле поверхности стеклянных и ситалловых подложек, в том числе с нанесённым слоем хрома.
Free
Scientific article
В статье рассматривается модификация оптического пучка, используемого для оптического захвата биологических микрообъектов. Предложено более эффективное распределение интенсивности в виде полумесяца. Для предложенного распределения изготовлен ДОЭ, экспериментально оценена его дифракционная эффективность. Приводятся теоретические оценки силовых характеристик пучков-полумесяцев, а также результаты экспериментов по оптическому захвату с использованием таких пучков.
Free
Модифицированные методы призмы для измерения показателя преломления твердых и жидких веществ
Scientific article
Рассмотрены методы измерений показателя преломления оптически прозрачных диэлектрических материалов. Предложены модифицированные методы, основанные на методах наименьшего отклонения и постоянного отклонения, позволяющие определять показатель преломления трехгранных призм с неизвестными преломляющими углами. В предложенных методах производят измерения углов отклонения света на трех гранях призмы, а показатель преломления материала и преломляющие углы определяют из решения системы уравнений. Для реализации предложенных методов применена гониометрическая система, предназначенная для измерения углов между плоскими поверхностями объектов в ручном и автоматизированном режимах. Исследованы образцы в виде образцовой призмы из оптического стекла марки N-SF1 и полой призмы, заполненной дистиллированной водой. Проведено сравнение предложенных методов и оценка погрешности измерений. Показано, что модифицированные методы можно применять для высокоточных измерений показателя преломления в тех случаях, когда преломляющие углы призмы неизвестны или их измерение связано с техническими трудностями.
Free
Модифицированные методы статистического стегоанализа бинарных и полутоновых изображений
Scientific article
Проведен анализ стеганографической стойкости алгоритмов встраивания «цифровых водяных знаков», использующих контроль визуального качества изображения. Разработаны модифицированные алгоритмы статистического стегоанализа для случаев бинарных и полутоновых изображений. Проведено исследование эффективности разработанных алгоритмов.
Free
Scientific article
В работе рассматривается задача моделирования распространения электромагнитного излучения в волноводах с продольно-неоднородным распределением показателя преломления. В качестве базового метода моделирования предложен и рассмотрен метод распространяющегося пучка (Beam Propagation Method, ВРМ), выявлены его недостатки. Приведен вывод обобщенных однонаправленных уравнений Гельмгольца, позволяющих нивелировать ряд недостатков традиционного метода. Сформулирован модифицированный метод распространяющегося пучка, основанный на предложенных уравнениях, описана область его применимости.
Free
Scientific article
В данной работе описывается новый метод дистанционного измерения распределения температуры без знания излучательной способности с использованием мультиспектральной камеры. Представлено, что применение метода спектральных отношений в тандеме с мультиспектральной камерой в его стандартном виде невозможно, и требуется модификация. Показано, что виды кривых, являющиеся суммой двух логарифмов, наилучшим образом описывают спектральные отношения. Показан метод калибровки мультиспектральной камеры по эталонному температурному источнику излучения для работы со спектральным отношением. В работе проведен анализ применения модифицированного метода пирометрии спектрального отношения. Показано, что этот метод позволяет определить распределение температуры образца в режиме реального времени. Преимуществом модифицированного метода спектральных отношений на основе данных с мультиспектральной камеры являются: высокая точность (~5 %) и скорость измерения распределения температуры.
Free
Scientific article
Исследована задача определения модового состава волновода с параболическим профилем показателя преломления по известной диаграмме направленности локализованного источника. Найдены условия, при которых угловое распределение поля локализованного источника можно описать с помощью разложения по когерентным состояниям. Получены явные выражения для коэффициентов возбуждения мод волновода и в случае ненаправленных источников найдено рек-курентное соотношение для их расчета. Показано, что на модовый состав излучения дипольного источника в основном влияет его положение относительно оси волновода. Также показано, что даже в случае ненаправленного излучателя возможно селективное возбуждение отдельных групп мод волновода.
Free
Модули внимания в сверточных нейронных сетях для распознавания малоразмерных объектов
Scientific article
Задача распознавания малоразмерных объектов часто встречается в биомедицинских системах и системах безопасности. При этом обнаружение таких объектов часто осложняется наличием плотных облаков или объектов инфраструктуры. В данной работе представлены результаты использования различных механизмов внимания для повышения точности в задаче сегментации малоразмерных объектов на изображении с помощью сверточных нейронных сетей. Были рассмотрены модули внимания по каналам и по пикселам. Подобный подход позволяет эффективно подавлять менее информативные каналы и области изображения и усиливать более информативные каналы и области изображения. При этом весовые коэффициенты в модулях внимания автоматически адаптируются к обучающим данным. Проведена оценка влияния механизмов внимания в архитектуре сверточной нейронной сети на ее способность подавлять сложный фон (облака, тучи и объекты инфраструктуры) и сегментировать малоразмерные объекты. Результаты представлены в виде таблиц с тестовыми метриками, графиков precision-recall и ROC-кривых и тепловых карт, показывающих эффективность подавления фона. Полученные результаты позволяют эффективно внедрять описанные модули внимания в сверточные нейронные сети любой сложности для повышения точности распознавания объектов размером 10 – 40 пикселей на сложном фоне.
Free
Модуляционная неустойчивость волновых пакетов в неоднородных двухмодовых световодах
Scientific article
Исследованы условия возникновения модуляционной неустойчивости волнового пакета в двухмодовом световоде c экспоненциальным профилем неоднородности дисперсии групповых скоростей по длине световода. Получены аналитические выражения интегрального инкремента усиления гармонического возмущения и других важных характеристик, определяющих динамику модуляционной неустойчивости двух взаимодействующих мод в световоде с заданным типом неоднородности.
Free
Моды планарного градиентного гиперболического секансного волновода
Scientific article
Получены аналитические выражения для ТЕ- и ТМ- мод планарного гиперболического секансного (ГС) волновода, которые являются частным случаем более общих мод, распространяющихся в волноводах Эпштейна. Получено выражение для периода Тальбота (или фокусного расстояния) для ТЕ-мод в планарном ГС-волноводе, и показано, что для ТМ-мод не возникает периодичность и нет фокусировки в ГС-волноводе. Получены выражения для полной ширины по полуспаду интенсивности и нормированной интенсивности для основной ТЕ-моды в ГС-волноводе, и найдены параметры ГС-волновода, при которых ширина основной моды минимальна и равна 0,11 от длины волны. С помощью моделирования программой FullWAVE показано модовое распространение световых полей с начальными аналитически полученными амплитудами в ограниченных ГС-волноводах и периодическое повторение немодовых световых полей в волноводе с периодом Тальбота. С помощью моделирования также показано, что ГС-линза, являющаяся "куском" ГС-волновода, фокусирует плоскую ТЕ-волну в субволновое фокусное пятно шириной по полуспаду интенсивности 0,131 от длины волны.
Free
Моды шепчущей галереи в диэлектрическом цилиндре с круглым сечением
Scientific article
При дифракции плоской монохроматической ТЕ-волны на идеальном однородном диэлектрическом цилиндре с резонансным радиусом в несколько длин волн вблизи поверхности на выходе из цилиндра на оптической оси формируются два последовательных максимума интенсивности (два фокуса). Первый субволновый фокус формируется одним из лепестков моды шепчущей галереи, его интенсивность в 50 раз больше интенсивности падающего света, а ширина по полуспаду интенсивности может быть равна 0,155 длины волны. Второй фокус в 2 раза меньше по интенсивности и удлинён, его называют фотонной струей, он формируется на расстоянии около длины волны от поверхности цилиндра и имеет ширину 0,44, а длину - две длины волны. Численно исследованы возможности фокусировки света двухслойным цилиндром, и рассмотрено влияние поглощения материалов на результат фокусировки.
Free
Может ли радиальное число вихревых мод управлять орбитальным угловым моментом?
Scientific article
В общем случае стандартный пучок Лагерра-Гаусса, состояние которого задаётся двумя квантовыми числами - радиальным числом n и азимутальным числом l (или топологическим зарядом вихря, переносимым пучком Лагерра-Гаусса), является неустойчивым относительно слабых возмущений. Это нетрудно заметить, если разложить комплексную амплитуду пучка Лагерра-Гаусса по модам Эрмита-Гаусса, общее число которых равно N = 2 n + l +1. Изменяя амплитуды и фазы коэффициентов разложения с помощью возмущающих параметров, можно существенно трансформировать первоначальную радиально симметричную структуру пучка Лагерра-Гаусса. Мы назвали композицию мод Эрмита-Гаусса, зависящую от двух возмущающих параметров (амплитудный параметр e, фазовый параметр q), структурированным пучком Лагерра-Гаусса. При изменении этих параметров орбитальный угловой момент структурированного пучка Лагерра-Гаусса меняется в интервале (-l, l), а полный топологический заряд - в интервале (-2 n - l, 2 n + l). При n = 0 изменение орбитального углового момента в интервале (-l, l) является плавным, а с ростом n поведение орбитального углового момента становится всё более осциллирующим. Число минимумов (максимумов) осцилляций равно радиальному числу в интервале q = (0, p) и q = (p, 2p), а их амплитуда нелинейно зависит от разности l - n , за исключением точки q = p, где сЛГ-пучок становится вырожденным. Если же l = 0, то орбитальный угловой момент = 0 и в структуре структурированного пучка Лагерра-Гаусса возникает либо симметричный массив вихрей с противоположными знаками топологического заряда, либо узор краевых дислокаций, число которых равно радиальному числу n . Также мы обнаружили, что, несмотря на быстрые осцилляции орбитального углового момента, абсолютное значение полного топологического заряда структурированного пучка не изменяется при вариации как амплитудного e, так и фазового параметра q, но зависит исключительно от исходного состояния ( n , l) пучка Лагерра-Гаусса и равно модулю (2 n + l).
Free
Мониторинг реинтродуцированных редких растений на основе нейронной сети YOLO
Scientific article
Восстановление популяций редких видов растений (реинтродукция) – одна из важнейших мер сохранения биоразнообразия на планете. Реинтродуцированные растения нуждаются в постоянном мониторинге с целью изучения особенностей их развития и контроля за состоянием популяции. Для сокращения влияния человека на естественную среду обитания растений и упрощения процесса мониторинга мы предлагаем использовать беспилотные летательные аппараты и осуществлять автоматический анализ результатов их съёмки при помощи свёрточной нейронной сети. В рамках данной статьи описаны результаты, полученные при помощи сети YOLOv3. Рассматриваются вопросы настройки нейронной сети для обнаружения посадок пиона тонколистного, реинтродуцированного в Самарской области силами кафедры экологии, ботаники и охраны природы Самарского университета. Основным вопросом исследования являлось изучение возможности обучения нейронной сети по изображениям пиона в искусственной среде обитания с последующим применением на изображениях в естественной среде обитания. Проведенные исследования подтверждают возможность успешного обучения нейронной сети на изображениях пионов в искусственной среде обитания.
Free
Морфлеты: новый класс древовидных морфологических описаний формы изображений
Scientific article
В работе предложен новый класс морфологических древовидных описаний формы изображений. Дано формальное определение хаароподобных функций. Показано, что Пытьевская морфология центрированных изображений может быть описана в терминах Хааро-подобных базисов. Определены морфологии локализованных форм и соответствующие хаароподобные вейвлеты. Указан формальный способ построения иерархии локализованных форм и соответствующих деревьев хаароподобных вейвлетов. Введено понятие морфлетов как хаароподобных вейвлетов, согласованных по форме с изображением. Приведены некоторые схемы построения морфлетных описаний.
Free
Морфологическая фильтрация изображений на основе взаимного контрастирования
Scientific article
В статье предложен метод морфологической компаративной фильтрации на основе взаимного контрастирования изображений. Описана процедура нормализации фона на основе взаимного контрастирования с использованием пирамиды изображений, и предложен соответствующий алгоритм выделения отличий для изображений дистанционного зондирования. Проведено экспериментальное сравнение разработанного алгоритма выделения отличий с аналогом на тестовом наборе данных.
Free
