Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Обработка изображений и синдромный анализ признаков для улучшения интерпретации изображений
Scientific article
В работе предлагаются методы, позволяющие усилить диагностические возможности врача в распознавании медицинских изображений. С помощью цифровой обработки были выделены информативные детали и структуры изображений. В результате их анализа экспертом были сформированы описания изображений в виде наборов признаков, которые использовались для статистического анализа связи выделенных признаков с патологиями различной природы и построения формального решающего правила. Рассмотрен подход к замене (или дополнению) отдельных визуальных оценок признаков, сделанных экспертом, на формализованные числовые показатели (статистики), измеряемые на изображении. Разработанные методы были опробованы в задаче дифференциальной диагностики шаровидных образований легких, и позволили эффективно решать сложные диагностические задачи, как профессионалу, так и специалисту, имеющему ограниченные знания в данной предметной области.
Free
Обработка изображений с помощью процессоров табличных преобразований
Scientific article
Выделен класс алгоритмов обработки растровых изображений - алгоритмы первичной обработки изображений (ПОИз). Рассмотрен метод эффективной (по быстродействию) аппаратной реализации алгоритмов ПОИз с помощью табличных преобразователей, позволяющий строить высокопроизводительные процессоры ПОИз из перепрограммируемых функциональных модулей.
Free
Scientific article
В работе рассмотрена задача восстановления параметров физических полей с использованием распределённых волоконно-оптических измерительных систем для случаев неполных схем укладки измерительных линий. Представлен новый комбинированный алгоритм, который заключается в "оптимизации геометрии" измерительной сети с целью дальнейшего применения комплекса нейронных сетей. Исследована возможность выбора и использования подходящей нейронной сети из комплекса нескольких заранее обученных нейронных сетей радиально-базисного типа.
Free
Обработка сигналов термического зеркала при стационарном возбуждении
Scientific article
В работе рассмотрены особенности сигналов термического зеркала при стационарном лазерном возбуждении, следующие из модели возникающих тепловых, механических и дифракционных эффектов. Получены и апробированы выражения для начального наклона и стационарного значения сигнала. Предложена методика обработки экспериментальных сигналов термического зеркала, основанная на предварительном определении начального наклона сигнала и его стационарного значения. Выполнено сравнение параметров экспериментальных сигналов термического зеркала в случае люминесцирующих стекол, определенных с помощью предложенной и стандартной методик. Показано, что предложенная методика приводит к значительному сокращению вычислительных затрат для определения параметров модели термического зеркала при сопоставимом уровне погрешностей.
Free
Scientific article
Обратимые целочисленные преобразования имеют большое значение для алгоритмов сжатия без потерь. Для выполнения обратимой декорреляции цветовых каналов предложен алгоритм вычисления параметров обратимого целочисленного преобразования, аппроксимирующего такие непрерывные отображения, как дискретное преобразование Карунена-Лоэва. Предложен способ оценивания ошибок аппроксимации, позволяющий выбрать оптимальную аппроксимацию исходного преобразования, минимизирующую эти ошибки. На примере формата файлов MRG, предназначенного для хранения больших объёмов целочисленных растровых данных, показано, что после применения декорреляции получается повысить степень сжатия многоканальных растровых изображений при использовании алгоритма сжатия без потерь.
Free
Обратный канонический поток энергии в ближней зоне пучка Лагерра—Гаусса
Scientific article
В работе показано, что для скалярного однокольцевого пучка Лагерра-Гаусса при больших значениях топологического заряда канонический поток энергии вблизи перетяжки на внутренней стороне светового кольца отрицательный (обратный), а на внешней стороне - положительный. А на расстоянии от перетяжки больше длины Рэлея наоборот: канонический поток энергии на внутренней стороне кольца положительный, а на внешней стороне - отрицательный. Причем положительный и отрицательный потоки на кольце примерно равны по модулю. При малых значениях топологического заряда малые отрицательные значения канонического потока энергии также имеют место быть в сечении пучка Лагерра-Гаусса в дальней зоне на больших расстояниях от оптической оси, где интенсивность почти нулевая.
Free
Обратный поток энергии в векторных модах световодов
Scientific article
В данной работе с помощью программного обеспечения RSoft Fullwave промоделировано распространение цилиндрического векторного пучка второго порядка в градиентном и микроструктурированном волокнах. Показано, что векторные пучки второго порядка являются векторными модами данных волокон. В вычисленных основных модах наблюдаются области, в которых поток энергии направлен в сторону, противоположную направлению распространения пучка (области обратного потока энергии). Абсолютная величина продольной составляющей обратного потока энергии была много меньше величины прямого потока.
Free
Обратный поток энергии в фокусе цилиндрического векторного пучка
Scientific article
С помощью формул Ричардса-Вольфа доказано, что при острой фокусировке апланатической системой лазерного пучка с произвольной функцией аподизации и азимутально-радиальной поляризацией m-го порядка на оптической оси в плоскости фокуса имеет место обратный поток световой энергии (при m = 2) или на оптической оси в фокусе обратный поток равен нулю, а вблизи оси обратный поток растёт по модулю квадратично от расстояния до оси (при m = 3). Азимутально-радиальный пучок m-го порядка является примером поляризационного вихря. Ранее обратный поток энергии в фокусе был обнаружен только для вихревых лазерных пучков с топологическим зарядом m и круговой поляризацией. Численно с помощью FDTD-метода и формул Ричардса-Вольфа показано, что в фокусе зонной пластинки для таких лазерных пучков имеются области, в которых направление вектора Пойнтинга противоположно направлению распространения пучка.
Free
Scientific article
С помощью формул Ричардса - Вольфа для дифракционной линзы показано, что при острой фокусировке произвольного оптического вихря с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией в плоскости фокуса на оптической оси имеет место обратный поток световой энергии (осевая проекция вектора Пойнтинга отрицательная). Такой же результат мы получили численно с помощью строгого расчёта FDTD-методом дифракции плоской волны с левой круговой поляризацией на вихревой зонной пластинке с топологическим зарядом 2 и числовой апертурой около 1. Причём величина обратного потока сравнима с прямым потоком энергии. Мы также показали, что обратный поток энергии в рассматриваемом случае имеет место на всей оптической оси, но максимальное по модулю значение имеет в плоскости фокуса и быстро спадает при удалении от него. Длина отрезка вдоль оптической оси, на которой значение модуля обратного потока спадает в два раза (глубина обратного потока), почти совпадает с глубиной фокуса, а поперечный кружок, в котором поток энергии обратный, примерно совпадает с диском Эйри.
Free
Обратный поток энергии для оптического вихря с произвольным целым топологическим зарядом
Scientific article
Для произвольного оптического вихря с целым топологическим зарядом m и круговой поляризацией получены явные выражения для всех проекций векторов напряженности электрического и магнитного поля вблизи фокуса, а также выражения для интенсивности (плотности энергии) и потока энергии (проекции вектора Пойнтинга) в плоскости фокуса в апланатической оптической системе. Из полученных выражений следует, что вблизи оптической оси в плоскости фокуса оптического вихря c m > 2 и левой круговой поляризацией обратный поток энергии на самой оптической оси равен нулю и растет по модулю как степень 2(m - 2) радиальной координаты. Также из полученных формул следует, что вблизи плоскости фокуса обратный поток энергии вращается вокруг оптической оси.
Free
Обратный поток энергии у непараксиального оптического вихря в ближней зоне
Scientific article
В работе на основе разложения по плоским волнам получены все шесть проекций векторов напряжённости электрического и магнитного поля для оптического вихря с произвольным целым топологическим зарядом с эллиптической поляризацией. Получены также выражения для распределения интенсивности и проекций вектора Пойнтинга в начальной плоскости этого оптического вихря. В частном случае узкого углового спектра плоских волн (пучок Бесселя) и круговой поляризации показано, что при наличии в начальном световом поле неоднородных затухающих волн вблизи оптической оси может возникать обратный поток световой энергии. Также показано, что в начальной плоскости имеет место эффект «углового трактора», когда на разных радиусах относительно оптической оси поперечный поток энергии вращается по часовой и против часовой стрелки. С помощью полученных общих выражений можно анализировать особенности светового потока и для других известных точных решений уравнения Максвелла.
Free
Scientific article
Рассматривается топологический заряд суперпозиции параллельных одинаковых вихревых пучков произвольной формы – пучков Лагерра–Гаусса или Бесселя–Гаусса или других вихревых пучков с радиально-симметричным распределением интенсивности. Известно, что если фазы всех пучков в суперпозиции одинаковые, то топологический заряд всей суперпозиции равен топологическому заряду отдельного пучка n. В работе показано, что если пучки расположены на окружности и их фазы линейно возрастают на ней так, что разность фаз между соседними пучками на окружности равна 2πp/N, где N – число пучков, р – целое число, то топологический заряд суперпозиции будет равен n+p.
Free
Scientific article
Рассматривается задача дифракции плоской электромагнитной волны ТМ-поляризации на двумерном (цилиндрическом) прозрачном объекте, размеры которого могут быть сравнимы с длиной волны. Для приближенного решения этой задачи разработан объединенный метод конечных элементов Галеркина и граничных элементов. Метод граничных элементов применяется к граничным точкам объекта, а метод Галеркина применяется к внутренним и граничным точкам объекта. Решение ищется в базисе кусочно-линейных функций. Рассчитанное данным методом поле дифракции на цилиндре с круглым сечением хорошо согласуется с полем дифракции, рассчитанным по известным аналитическим формулам.
Free
Scientific article
Рассматривается применение объединенного метода на основе конечных элементов и граничных элементов для анализа задачи дифракции электромагнитной волны на цилиндрическом периодическом объекте, период которого сравним с длиной волны. Результаты моделирования диэлектрических дифракционных решеток с различным периодом были сравнены с аналогичными результатами, полученными известным методом связанных волн.
Free
Объектив с дифракционным корректором для лазерного проигрывателя
Scientific article
Рассмотрены характеристики комбинированного объектива для лазерного проигрывателя с использованием одного из элементов компьютерной оптики - дифракционного корректора. Дан теоретический анализ сферохроматизма и децентрировки в объективе. Показано хорошее совпадение теоретических выводов с численными расчетами. Приведены экспериментальные результаты макетирования объектива.
Free
Ограниченные ID пучки Эйри: лазерный веер
Scientific article
Недавно был физически реализован еще один тип лазерных пучков [Siviloglou G. A., et al, Physical Review Letters 99, 213901 (2007)] - экспоненциальный световой пучок Эйри, который при распространении в свободном пространстве приблизительно сохраняет свой вид до некоторого расстояния и траектория распространения основного максимума при этом изгибается. Картина интенсивности распространения такого одномерного пучка напоминает радугу. В данной работе предложен к рассмотрению другой тип ограниченных пучков Эйри, который формируется в поперечном сечений мод резонаторов «шепчущей галереи». Проведено численное сравнение его распространения с экспоненциальными и Эйри-Гауссовыми пучками и показано, что предлагаемый тип пучка демонстрирует лучшую устойчивость к дифракции и сохранение осциллирующей структуры идеального распределения. Однако картина интенсивности распространения такого пучка больше напоминает не радугу, а веер.
Free
Одномерный фотонный кристалл на основе нанокомпозита: металлические наночастицы - диэлектрик
Scientific article
В работе исследован одномерный фотонный кристалл на основе нанокомпозита: металлические наночастицы - диэлектрик. Предсказано возникновение эффекта расщепления единой зоны на поляритонную и структурную фотонную запрещенную зону. Найдено различие в поведении структурной фотонной запрещенной зоны при изменении концентрации металлических наночастиц, в зависимости от ее положения относительно поляритонной фотонной запрещенной зоны. Рассмотренные эффекты позволяют расширить возможности создания новых фотонных кристаллов с заданными свойствами.
Free
Однослойные киноформные элементы для фото- и видеокамер мобильных устройств
Scientific article
Скорректированы условия, гарантирующие отсутствие визуально наблюдаемого гало в изображении, формируемом камерой мобильного электронного устройства, объектив которого включает дифракционную линзу с однослойной пилообразной рельефно-фазовой микроструктурой. На примере пластмассово-линзового объектива, предназначенного для смартфона, продемонстрированы целесообразность и эффективность включения в его схему дифракционной линзы с однослойной микроструктурой, не приводящей к возникновению визуально наблюдаемого гало.
Free
Одноэтапный детектор лиц и особых точек на цифровых изображениях
Scientific article
Поиск особых точек лица является важной подзадачей в решении ряда задач лицевой биометрии. В системах распознавания лиц построение биометрического шаблона происходит по предварительно выровненному (нормализованному) изображению лица, этап нормализации включает в себя задачу поиска основных точек лица. Актуальной в подобной задаче является проблема баланса между качеством работы детектора особых точек и скоростью. В данной статье предложен одноэтапный детектор лиц и особых точек на базе глубоких конволюционных нейронных сетей, работающий в режиме реального времени и достигающий высокого качества на ряде известных тестовых выборок (AFLW2000, COFW, Menpo2D). Предлагаемый детектор лиц и особых точек основан на идее одноэтапного детектора объектов SSD, зарекомендовавшего себя как алгоритм, обеспечивающий высокую скорость работы и высокое качество обнаружения объектов. В качестве базовой архитектуры глубоких конволюционных нейронных сетей используется сеть ShuffleNet V2. Важной особенностью предлагаемого алгоритма является то, что обнаружение лица на изображении и поиск ключевых точек делается за один проход глубоких конволюционных нейронных сетей, что позволяет значительно экономить время на этапе внедрения. Также подобная многозадачность позволяет снизить процент ошибок в задаче поиска особых точек, что позитивно сказывается на качестве работы итогового алгоритма распознавания лиц.
Free
Scientific article
Исследована возможность применения кольцевого преобразования Радона (КПР), введенного в рассмотрение авторами в их предыдущих работах, для решения таких оптических задач, как оконтуривание фазы и визуализация точек фазовой сингулярности световых полей. Проведено сравнение с существующими методами визуализации фазы. Получены аналитические выражения и проведены численные расчеты, подтверждающие эффективность применения КПР для решения указанных оптических задач.
Free
