Journal articles - Компьютерная оптика
All articles: 2609
Scientific article
На данный момент в связи с дефицитом радиочастотного спектра возникает необходимость в развитии технологий, позволяющих использовать этот спектр эффективнее. Одна из таких технологий предполагает применение радиоволн с орбитальным угловым моментом. В данной работе предложен новый количественный метод определения числа одиночных состояний пучка несущего орбитального углового момента, основанный на анализе S21 параметра системы. Это позволяет приемному устройству быть настроенным на прием лучей с определенным состоянием орбитального углового момента. Радиоволны, несущие орбитальный угловой момент, имеют частоту 80 ГГц. В качестве передающей антенны был применен пирамидальный рупор, радиоволну от которого закручивала спиральная фазовая пластина. Приемные антенны, расположенные в матрице, представляли из себя диполи. Исследованы ограничения данного метода. Работа представляет собой эксперимент на компьютерной модели.
Free
Определение топологического заряда оптического вихря с помощью астигматического преобразования
Scientific article
В работе теоретически и экспериментально показано, что если внести цилиндрическую линзу в лазерный пучок с оптическим вихрем с целым топологическим зарядом n и с нулем интенсивности на оптической оси, то на расстоянии за линзой, равном ее двойному фокусному расстоянию, n -кратно вырожденный ноль интенсивности разделяется на n изолированных нулей интенсивности, которые лежат на прямой в поперечной плоскости под углом плюс или минус 45 градусов к оси цилиндрической линзы в зависимости от направления спиральности оптического вихря (или от знака топологического заряда). Экспериментально показано, что таким методом можно определить топологический заряд с большим номером n = 100.
Free
Scientific article
Проведено определение условий интенсификации лазерным воздействием процессов массопереноса в твёрдой фазе металлических материалов. Исследовались процессы взаимной диффузии железа и меди. Воздействие лазерным излучением проводили с равномерной плотностью мощности и с частотой следования импульсов 100; 1000; 5000 Гц. Лазерное излучение было преобразовано в световое пятно с равномерной плотностью мощности с помощью дифракционного оптического элемента, выполняющего необходимую его фокусировку. Определено, что для проявления обобщённой термодинамической движущей силы, обеспечивающей интенсификацию массопереноса в неравновесных условиях, необходимым условием является нестационарная локальная деформация, вызываемая лазерным воздействием.
Free
Определение шероховатости поверхности с помощью поля направлений
Scientific article
В данной работе описывается метод измерения шероховатости поверхности. Поскольку задача прямого измерения шероховатости поверхности является трудновыполнимой при малой амплитуде шероховатости, проводятся косвенные измерения шероховатости за счет измерения плотности дислокаций на спекл-интерферограмме. Используется связь между плотностью дислокаций и амплитудой шероховатости исследуемой поверхности. Для поиска дислокаций используется поле направлений спекл-интерферограммы.
Free
Scientific article
Предлагается схема многопланового, мультифокального 3D-дисплея, стимулирующего аккомодацию глаза, для применения в оптико-информационных системах коллаборации на основе стереоскопических виртуальных сред ретрорефлективного и иммерсивного типа. Рассмотрены основные концептуальные моменты использования методов автономной навигации и одометрии, основанные на измерении показаний датчиков, закрепленных непосредственно на движущемся объекте в составе: стереокамеры, оптико-информационной системы, инерциального измерительного устройства и спутниковой системы ГЛОНАСС/GPS с модулем GSM.
Free
Оптико-цифровой метод измерения радиуса кривизны сферических поверхностей
Scientific article
В статье исследуются и сравниваются методы бесконтактного определения радиуса кривизны сферической поверхности по изображению щели, сформированной на поверхности и зарегистрированной телекамерой. Разработана оптическая схема для ввода изображения в компьютер. По участку дуги эллипса длиной около 400 пикселов с прогибом около 50 пикселов определен радиус металлического шарика (6,55 мм) с точностью 2%.
Free
Оптико-цифровые методы анализа ансамбля микрочастиц по его пространственному спектру
Scientific article
Рассмотрены новые оптико-цифровые методы анализа пространственных ансамблей микрочастиц. Методы основаны на регистрации радиального распределения средней интенсивности пространственного Фурье-спектра когерентного излучения, рассеянного частицами, и последующей численной обработке измеренной интенсивности с целью определения функции распределения микрочастиц по размерам. Получены разные формы аналитического решения интегрального уравнения с ядром в виде функции Бесселя в квадрате. Приведены результаты численного моделирования и исследована устойчивость работы предложенных алгоритмов в присутствии шумов данных измерения.
Free
Оптимальная длительность импульсов в нелинейном волоконно-оптическом канале
Scientific article
Получена зависимость достижимой скорости передачи от длины линии и параметров сигналов на основе численного решения нелинейного уравнения Шредингера, описывающего эволюцию комплексной огибающей мощности короткого импульса в световоде. В зависимости от параметров задачи (коэффициента нелинейности, дальности передачи, формы и мощности импульсов) получены значения оптимальной длительности импульсов, обеспечивающей наивысшую скорость передачи информации. Приведено сравнение импульсов солитоноподобной и гауссовской форм при использовании в нелинейных волоконно-оптических каналах передачи данных.
Free
Оптимальное планирование операций роя подвижных объектов в условиях неопределённости
Scientific article
Рой роботов, как система относительно простых взаимосвязанных управляемых объектов, выполняет общую задачу в двумерном пространстве одновременно и распределённым образом. При планировании операций роя, связанных с созданием в зоне обслуживания сквозной фронтальной полосы из зон работы целевой аппаратуры - полезной нагрузки объектов роя, возникает задача учёта возможности его оперативной перегруппировки, так как на момент планирования точная цель операции роя или ещё не определена, или представляет секрет, или определяется рядом случайных обстоятельств. Поэтому исполнение операции роя целесообразно проводить в две фазы, и первую фазу начинать ещё до разрешения упомянутых неопределённостей путём создания базовой случайной сети с относительно малой концентрацией объектов роя в ней. На второй фазе операции путём локальной перегруппировки объектов роя формируется конкретный программируемый перколяционный путь, обеспечивающий целевое покрытие зонами работы целевой аппаратуры объектов роя определённой зоны обслуживания. В этом случае можно существенно сократить время проведения операции. Решение этой задачи проводится методами теории программируемой перколяции. Численно с использованием результатов статистического моделирования двухфазных операций и аналитически получено значение концентрации объектов роя на первой фазе, обеспечивающее минимум суммарных затрат двухфазной операции. Рассмотрена синергетика информационного взаимодействия роя объектов при реализации программируемого перколяционного пути.
Free
Оптимальное управление фазой световых пучков в системе микроЭВМ - пространственный модулятор света
Scientific article
Реализован управляемый от микроэвм фокусатор излучения в прямоугольную область с равномерным распределением интенсивности в плоскости фокусировки. Фокусатор представляет собой оптически управляемый жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света. Управляющее распределение интенсивности рассчитано на ЭВМ с помощью градиентного метода оптимизации функционала невязки. Для управления модулятором используется система ввода-вывода изображения в микроэвм "Электроника-60" с пространственным разрешением 256 х 256 элементов. С помощью описанной системы синтезирован фокусатор излучения в кольцевую область. Показана возможность динамического управления фокусаторами.
Free
Scientific article
В данной работе представлен новый оптимизационный метод для расчёта осесимметричных оптических элементов светодиодов, формирующих заданные узкоугольные распределения освещённости. Метод основан на использовании разработанной процедуры быстрой трассировки лучей, в которой используется аппроксимация оптических поверхностей набором усечённых конусов. В качестве примера рассчитан оптический элемент, формирующий равномерно освещённую круглую область с угловым размером 60° для ламбертовского протяжённого источника излучения 1x1 мм. Световая эффективность рассчитанного оптического элемента составляет около 91,5 %, среднеквадратичное отклонение сформированного распределения освещённости от заданного – менее 5 %.
Free
Оптимизационный метод расчета оптических элементов при протяженном источнике излучения
Scientific article
Рассмотрен метод расчёта оптического элемента с двумя поверхностями свободной формы, формирующего заданное распределение освещенности для протяженного источника излучения. Метод основан на представлении поверхностей оптического элемента бикубическими сплайнами и последующей оптимизации их параметров с помощью квазиньютоновского метода, реализованного в пакете Matlab. Для расчета целевой функции предложен вариант метода трассировки лучей. С использованием предложенного метода рассчитан оптический элемент, имеющий рекордные характеристики: отношение высоты элемента к размеру источника излучения - 1,6; световая эффективность - 89,1 %; равномерность формируемого распределения (отношение минимальной и средней освещенности) в заданной квадратной области - 0,92.
Free
Оптимизация ДОЭ, фокусирующего гауссов пучок в прямоугольную фокальную область
Scientific article
Данная работа посвящена применению известной генетической итерационной процедуры нахождения экстремума функции многих переменных к расчету квантованного ДОЭ, фокусирующего Гауссов пучок в прямоугольник.
Free
Оптимизация бинарного ДОЭ для формирования "световой бутылки"
Scientific article
Предложена и исследована численная процедура оптимизации бинарных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования световых распределений типа "световая бутылка". Предложенная численная процедура основана на модификации генетического алгоритма оптимизации функции многих переменных. Приведены результаты вычислительных экспериментов.
Free
Оптимизация бинарных ДОЭ для формирования продольных распределений интенсивности
Scientific article
Рассмотрен стохастический подход к оптимизации квантованных дифракционных оптических элементов (ДОЭ), предназначенных для формирования заданных продольных распределений интенсивности.
Free
Оптимизация дисперсионных свойств кольцевого микрорезонатора
Scientific article
Работа посвящена проблеме создания интегральных однофотонных источников на основе спонтанного четырёхволнового смешения в кольцевых микрорезонаторах. На примере резонатора из нитрида кремния рассчитана дисперсия групповой скорости в широком диапазоне длин волн для случая, когда кольцевой резонатор состоит из прямых и изогнутых участков, и показано, что для различных длин волн излучения накачки можно найти оптимальное соотношение высоты и ширины волновода, при котором достигается нулевая дисперсия групповой скорости при минимальной высоте резонатора. Такие волноводы, обеспечивающие нулевую дисперсию и обладающие минимальной высотой, являются оптимальными для создания кольцевых микрорезонаторов, позволяющих генерировать однофотонные состояния в режиме невырожденного спонтанного четырёхволнового смешения.
Free
Оптимизация интерполятора многомерного сигнала в пространстве уменьшенной размерности
Scientific article
Разрабатываются адаптивные интерполяторы многомерного сигнала, учитывающие наличие и направление границ гладких областей сигнала в каждой локальной окрестности за счёт автоматического выбора интерполирующей функции для каждого отсчёта сигнала. Выбор интерполирующей функции производится посредством параметризованного правила, оптимизация которого производится в параметрическом пространстве уменьшенной размерности. Уменьшение размерности выполняется с использованием ранговой фильтрации локальных разностей в окрестности каждого отсчёта сигнала. Интерполирующие функции адаптивных интерполяторов записываются для многомерного, трёхмерного и двумерного случаев. Также рассматривается применение адаптивных интерполяторов в задаче компрессии многомерных сигналов. Приводятся результаты экспериментального исследования адаптивных интерполяторов на реальных многомерных сигналах различных типов.
Free
Оптимизация качества распознавания выбором допусков при обучении нейронной сети
Scientific article
Рассматривается алгоритм обучения многослойного персептрона с использованием равномерного критерия. Исследуется возможность улучшения характеристик распознавания путем настройки параметров критерия с использованием дополнительной информации о достижимом качестве распознавания, получаемой в процессе обучения. Приводится пример реализации алгоритма применительно к задаче распознавания арабских цифр.
Free
Оптимизация метода прямой записи при изготовлении ДОЭ с непрерывным профилем
Scientific article
Разработан новый метод представления данных описывающих топологию дифракционных оптических элементов для сканирующих устройств записи изображения. Предлагаемый векторно-градиентный формат данных основан на кусочно-линейной аппроксимации профиля дифракционной зоны. Разработан программируемый векторно-градиентный генератор, поддерживающий этот формат. Изготовлены экспериментальные образцы дифракционных оптических элементов.
Free
