Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Статья научная
Рассмотрены подходы к построению макета системы фокусировки лазерного излучения на удаленные объекты с использованием как элементов адаптивной оптики, так и методов нелинейно-оптического обращения волнового фронта, обеспечивающих компенсацию турбулентных искажений. Предварительно выполнены численные расчеты, в которых в качестве численного метода решения скалярного волнового уравнения в частных производных 2-го порядка для комплексной амплитуды волнового поля лазерного пучка использовался метод расщепления (split-step method). Этот метод в сочетании с методами спектрально-фазовых Фурье-преобразований и статистических испытаний является самым эффективным на сегодняшний день способом получения надёжных количественных результатов при решении инженерных задач волновой оптики атмосферы. Получены количественные данные по влиянию турбулентных искажений на атмосферных трассах на основные параметры когерентных пучков излучения - фокусировку, эффективный средний радиус и относительную долю энергии пучка в его дифракционном пятне. Получены предварительные результаты работы макета, подтверждающие выводы теории.
Бесплатно
Совместное разностное решение уравнений Даламбера и Максвелла. Двумерный случай
Статья научная
Предложена методика отыскания совместного разностного решения волнового уравнения и системы уравнений Максвелла, позволяющая использовать достоинства и избежать недостатков обоих упомянутых численных методов нанофотоники (сократить затраты памяти и применить известные методики задания падающей волны и наложения поглощающих слоёв). В двумерном случае на тестовых примерах продемонстрированы сходимость такого решения, возможность наложения PML-слоёв и задания падающей волны по технологии TF/SF.
Бесплатно
Совместное разностное решение уравнений Даламбера и Максвелла. Одномерный случай
Статья научная
Предложена методика отыскания совместного разностного решения волнового уравнения и системы уравнений Максвелла, позволяющая совместить достоинства и избежать недостатков обоих упомянутых численных методов нанофотоники. В одномерном случае на тестовых примерах продемонстрированы сходимость такого решения, возможность наложения PML-слоёв и задания падающей волны по технологии TF/SF.
Бесплатно
Совместное решение уравнения Клейна–Гордона и системы уравнений Максвелла
Статья научная
Статья посвящена описанию взаимодействия электромагнитного поля с квантово-механической системой, представляющей заряженную бесспиновую частицу, двигающуюся в некотором потенциале, создаваемом другими заряженными частицами. Примером такой системы служит атом, молекула, квантовая точка, находящаяся во внешнем электромагнитном поле. Впервые получена система связанных уравнений, в которую в качестве неизвестных функций входят волновая функция заряженной частицы и компоненты электромагнитных полей. Работа будет полезна для специалистов, занимающихся решением задач взаимодействия электромагнитного поля со структурами пониженной размерности – квантовыми точками, квантовыми ямами. Полученная система уравнений может быть использована для описания взаимодействия структур пониженной размерности, находящихся в нанорезонаторе.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается задача валидации радиологических медицинских протоколов и изображений компьютерной томографии для автоматизированного анализа состояния головного мозга. Предлагается два метода решения задачи: метод на основе мультимодальной модели ruCLIP и метод, основанный на совместном использовании двух отдельных классификаторов - для текстового отчета и для изображения КТ головного мозга. Обсуждаются способы оценки полученных результатов. Предложенные подходы позволяют верно классифицировать на 15 возможных диагнозов 99,6 % радиологических отчётов из контрольной выборки.
Бесплатно
Современные Фурье-спектрометры - новая ветвь компьютеризированной оптической техники
Статья научная
Рассмотрены основные принципы Фурье-спектроскопии, быстроразвивающейся области современной спектроскопии, охватывающей субмиллиметровый, инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый диапазоны спектра. Показаны преимущества Фурье-спектрометров перед классическими (дисперсионными) и лазерными спектрометрами. Основная особенность Фурье-спектрометров - непосредственная связь измерительного блока интерферометра с ЭВМ, которая выполняет Фурье-преобразование интерферограммы (или альтернативную операцию по оценке спектра), а также управляет всеми измерительными и вспомогательными операциями и представлением данных в нужной форме. Рассмотрены задачи, решаемые ЭВМ в Фурье-спектрометре. Описаны основные типы Фурье-спектрометров (высокого и среднего разрешения, временного разрешения, специализированные), направления и тенденции их развития.
Бесплатно
Современные подходы к проектированию многослойных оптических систем
Статья научная
Рассматриваются современные подходы к решению задач синтеза многослойных оптических покрытий с заданными спектральными характеристиками. Обсуждается постановка различных задач и проблема выбора наиболее рациональных методов их решения. Рассмотренная в статье совокупность методов представляет, по мнению авторов, наиболее эффективный в настоящее время инструмент решения всего многообразия задач синтеза оптических покрытий. На конкретных примерах даются рекомендации по численному решению задач синтеза на ЭВМ.
Бесплатно
Современные технологии автоматического распознавания средств общения на основе визуальных данных
Статья научная
Общение представляет собой широкий спектр различных действий, связанных с приёмом и передачей информации. Процесс общения складывается из вербальных, паравербальных и невербальных компонентов, содержащих информационную часть передаваемого сообщения и его эмоциональную окраску соответственно. Комплексный анализ всех компонентов общения позволяет оценить не только содержательную составляющую, но и ситуативный контекст сказанного, а также выявлять дополнительные факторы, относящиеся к психическому и соматическому состоянию говорящего. Существует несколько методов передачи вербального сообщения, среди которых устная и жестовая речь. Речевые и околоречевые компоненты общения могут содержаться в различных каналах данных, таких как аудио- или видеоканалы. В данном обзоре рассматриваются системы анализа видеоданных ввиду того, что аудиоканал не способен передать ряд околоречевых компонентов общения, вносящих в передаваемое сообщение дополнительную информацию. Проводится анализ существующих баз данных статических и динамических образов и систем, разрабатываемых для распознавания вербальной составляющей в устной и жестовой речи, а также систем, оценивающих паравербальные и невербальные компоненты общения. Обозначены сложности, с которыми сталкиваются разработчики подобных баз данных и систем. Также сформулированы перспективные направления разработок, связанные в том числе с комплексным анализом всех компонентов общения с целью наиболее полной оценки передаваемого сообщения.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассмотрено распространение монохроматических световых пучков в среде с малыми неоднородностями показателя преломления, в частности в среде с параболическим профилем показателя преломления. Проведено обоснование метода моделирования распространения светового пучка в параболическом волокне, основанного на его распространении в однородной среде через периодическую последовательность тонких линз. С помощью предельного перехода к бесконечному числу линз, находящихся на бесконечно малых расстояниях друг от друга, получен интегральный оператор распространения в параболической среде в параксиальном приближении, проведен анализ его свойств. Проведено исследование действия параксиального интегрального оператора на моды Гаусса - Лагерра.
Бесплатно
Согласованные полиномиальные признаки для анализа полутоновых биомедицинских изображений
Статья научная
В работе в общем виде вводятся полиномиальные признаки, представляющие собой многочлены на множестве отсчётов изображения. Показывается, что при наложении естественных ограничений предложенные полиномиальные признаки обращаются в линейные комбинации отсчётов автокорреляционной функции изображения. Предлагается ряд подходов к согласованию этих признаков с текстурными свойствами изображений из обучающей выборки. С помощью вычислительных экспериментов на трёх наборах реальных диагностических изображений демонстрируется эффективность рассмотренных признаков, выражающаяся в снижении вероятности ошибочного распознавания рентгеновских изображений костной ткани с 0,10 до 0,06 по сравнению с ранее изученными методами.
Бесплатно
Соединение опорных линий с использованием поля направлений
Статья научная
В данной статье рассматривается задача восстановления связности опорных линий на квазипериодических изображениях. При этом выполняется условие сохранения формы кривой. Описываются три метода: модифицированное протягивание линии вдоль поля направлений и два варианта решения вариационной задачи - конечно-разностный метод и использование уравнения Эйлера-Лагранжа.
Бесплатно
Создание ДОЭ для формирования точечных эталонных изображений в оптических системах
Статья научная
Обоснована возможность формирования изображения в виде пяти расположенных крестообразно точек при помощи дифракционного оптического элемента (ДОЭ), содержащего пять работающих во втором порядке дифракции при наклонном падении света фазовых дифракционных решёток с прямоугольным профилем, занимающих суммарно не более 1% площади ДОЭ. Рассмотрены возможности изготовления ДОЭ с использованием установки плазмохимического травления «Caroline 15 PE». Установлено, что при глубине поверхностного микрорельефа до 1,4 мкм и наклонном падении света достигается дифракционная эффективность ДОЭ до 0,3 – 0,35 во втором порядке дифракции.
Бесплатно
Создание и фокусировка векторного пучка второго порядка с помощью субволнового оптического элемента
Статья научная
В данной статье предложен вид субволновых аксиконов для создания и фокусировки векторных цилиндрических пучков второго порядка. При этом показано, что с помощью предложенных субволновых аксиконов можно создавать фокусные пятна с обратным потоком энергии. С помощью программы Comsol Multiphysics проведено моделирование работы субволновых аксиконов с различным углом закрутки. Показано различие получаемых распределений плотности потока мощности при различных углах закрутки спирали аксикона.
Бесплатно
Сокращение пространства признаков по критерию сопряженности с нуль-пространством
Статья научная
Часто при формировании признакового пространства намеренно задают избыточное число признаков, а затем, исключают малоинформативные. Этот прием известен как задача редукции признакового пространства [1]. При этом возникает проблема выбора показателя информативности и порогового значения выбранного показателя. В работах [2, 3] исследовалась возможность использования в качестве критерия информативности признака показателя сопряженности соответствующего этому признаку вектора с нуль-пространством транспонированной матрицы, составленной из оставшихся векторов-признаков. Эта методика предполагает задание некоторого порога для показателя сопряженности и исключение признаков, у которых он меньше заданной. Однако вопрос обоснованного выбора порога для получения оптимального набора признаков из исходного множества остается открытым. В настоящей работе предлагается и исследуется способ задания количественного значения порога на основе вычисления критерия сопряженности составляющей признакового пространства, которая вводится для учета смещения разделяющей гиперплоскости.
Бесплатно
Сопоставительный анализ линзы Френеля и киноформной линзы
Статья научная
На основе единого подхода в лучевом приближении рассмотрены и сопоставлены фокусирующие свойства линз Френеля и киноформных линз. Особое внимание обращено на энергетическую эффективность, хроматизм и разрешающую способность этих элементов. Показано, что линза Френеля с равноглубокими кольцевыми поясами представляет собой гармоническую киноформную линзу, работающую в высоких дифракционных порядках. Проанализирован механизм формирования картины дифракции в фокальной плоскости линзы Френеля с равноширокими кольцевыми поясами, и показано, что она отличается от соответствующей картины обычной рефракционной линзы падением энергии в главном максимуме и переносом значительной части энергии в побочные максимумы. Статья адресована студентам и аспирантам, а также специалистам в тех областях науки и техники, в которых оптические методы и приборы играют всё более возрастающую роль.
Бесплатно
Сортировка пучков Лагерра-Гаусса по радиальному числу посредством моментов интенсивности
Статья научная
Предложен и воплощён на эксперименте новый метод цифровой сортировки мод Лагерра-Гаусса, возникших в результате возмущения исходного пучка Лагерра-Гаусса или их суммы тонкой круглой диафрагмой с различными радиусами отверстия, по радиальному числу при постоянном топологическом заряде. В основу метода был положен цифровой анализ моментов интенсивности высших порядков. Рассмотрены два типа возмущённых пучков: невырожденные и вырожденные по радиальному числу пучки Лагерра-Гаусса. Полученный цифровой спектр амплитуд позволяет восстановить реальные моды Лагерра-Гаусса и определить меру неопределённости, внесённую возмущением, посредством информационной энтропии. Мы обнаружили, что возмущение сложного пучка приводит к возникновению вырожденного спектра амплитуд, когда одной спектральной линии соответствует множество мод, рождённых исходными пучками Лагерра-Гаусса с различными радиальными числами. Для расшифровки спектра потребовались ключи, в качестве которых использовались спектры амплитуд невырожденных возмущённых пучков. Степень корреляции рассортированных пучков составляет не ниже 0,92.
Бесплатно
Составной световой пучок и микровзрывы для оптической микроманипуляции
Статья научная
Описан метод перемещения относительно крупных микрообъектов путём использования энергии микровзрывов полистироловых микрочастиц в ультрафиолетовом световом пучке с длиной волны 355 нм. Предварительное позиционирование полистироловой микрочастицы осуществлялось лазерным пучком с длиной волны 532 нм, который распространялся в том же направлении, что и ультрафиолетовый пучок. Представлен эксперимент по управляемому перемещению биологического микрообъекта диаметром 30 мкм.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются методы двухэкспозиционной спекл-фотографии с цифровой записью спекл-структуры дифракционного поля в дальней области дифракции и метод голографической интерферометрии с записью цифровой фурье-голограммы для измерения микросмещений отражающих рассеивающих объектов. Выполнено компьютерное моделирование процессов записи спеклограмм, формирования дифракционных гало с модулирующими интерференционными полосами, отражающими смещение объекта. Показано, что численная нормировка распределения интенсивности в дифракционном гало позволяет увеличить точность измерений. Сравнительный анализ метрологических возможностей рассматриваемых методов показывает более низкий порог чувствительности метода спекл-фотографии по сравнению с методом голографической интерферометрии. Установлено, что нелинейная обработка цифровых спеклограмм, расширяющая дифракционное гало, позволяет существенно снизить порог чувствительности методов. Выполнены натурные эксперименты с использованием цифровых методов спекл-фотографии и голографической интерферометрии с записью дифракционного поля в фурье-плоскости.
Бесплатно
