Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Статья научная
В статье исследуются свойства быстрых алгоритмов слияния, применяющихся для итеративной полигональной аппроксимации контурных цепей и различающихся критериями оптимизации. Исследуемые критерии оптимизации - максимум периметра, минимум максимальной и среднеквадратической погрешности. Алгоритмы сравниваются с точки зрения предпочтительности для локализации углов, по численным критериям (длине периметра, максимальной и среднеквадратической погрешности) и вычислительной сложности.
Бесплатно
Сравнительный анализ методов аппроксимации функций в задачах обработки изображений
Статья научная
Рассматриваются различные нелинейные методы аппроксимации многомерной регрессии (нейронные сети, линейные по параметрам функции, иерархическая аппроксимация) в применении к задачам фильтрации изображений на основе априорной информации в виде пары изображений («идеальное» - «искаженное»). Проводится сравнение эффективности рассмотренных методов аппроксимации.
Бесплатно
Статья научная
С помощью численного моделирования проведено сравнение двух типов дифракционных аксиконов - линейного и логарифмического - по характеристикам формируемых распределений интенсивности как продольных, так и поперечных. При этом оценивались: глубина осевой фокусировки и ширина формируемого светового пятна или центрального светового кольца (для вихревых аксиконов). Показаны преимущества логарифмического аксикона перед линейным аксиконом не только по равномерности распределения интенсивности вдоль оптической оси, но и существенный выигрыш в удлинении фокальной зоны при формировании узких осевых световых нитей и трубок.
Бесплатно
Сравнительный анализ хроматизма дифракционных и рефракционных линз
Статья научная
Приведены результаты сравнительного анализа хроматизма дифракционных и однородных рефракционных линз. Обсуждены возможности коррекции сферохроматизма третьего и пятого порядков таких линз. Даны рекомендации по эффективному использованию линз различного типа в гибридных рефракционно-дифракционных оптических системах.
Бесплатно
Статистическая оценка вероятности правильного обнаружения веществ в ИК Фурье-спектрометрии
Статья научная
В работе рассмотрена задача идентификации веществ по инфракрасным спектрам. В качестве метода идентификации используется последовательное сравнение исследуемого спектра с эталонными спектрами веществ из базы данных. В качестве меры схожести между двумя спектрами используется статистический коэффициент корреляции Пирсона. Рассмотрен случай, когда исследуемый спектр является спектром некоторого вещества в виде заданного спектра из базы данных с аддитивной добавкой белого δ-коррелированного шума с Гауссовым распределением. В этом случае найдены вероятностные характеристики статистического коэффициента корреляции. Введено понятие правильного обнаружения вещества, и найдены теоретические выражения для вероятности правильного обнаружения. Разработана методика определения пороговых значений коэффициента корреляции по заданной вероятности правильной идентификации. В численных экспериментах показана применимость описанных методик.
Бесплатно
Статья научная
Экспериментально установлено, что случайная составляющая разности фаз развитого спекл-поля в двух его точках имеет неравномерную плотность распределения вероятности с максимумами для значений 0 и р рад. Описан и экспериментально реализован метод восстановления изображения объекта по зарегистрированной спекл-структуре рассеянного им когерентного поля. Для восстановления утерянной при записи информации о фазе дифракционного поля предложено фазы соседних спеклов считать отличающимися на р радиан. Данный метод применим к объектам, распределение средней интенсивности по которым описывается четной функцией координат.
Бесплатно
Статистическое кодирование при компрессии изображений на основе иерархической сеточной интерполяции
Статья научная
Исследуются алгоритмы статистического кодирования при компрессии изображений. Предлагается подход к повышению эффективности кодов переменной длины при компрессии изображений с потерями. Разрабатывается алгоритм статистического кодирования, предназначенный для использования в составе методов компрессии изображений, осуществляющих кодирование декоррелированного сигнала с неравномерным распределением вероятностей. Производится экспериментальное сравнение предложенного алгоритма с алгоритмами ZIP и ARJ при кодировании специфических данных иерархического метода компрессии. Кроме того, проводится экспериментальное сравнение иерархического метода компрессии изображений, включающего разработанный алгоритм кодирования, с методом JPEG и методом на основе вейвлет-преобразования.
Бесплатно
Стохастическая оптимизация фазы радиально-симметричного ДОЭ
Статья научная
С ростом производительности вычислительной техники широкое распространение приобрел итерационный расчет дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Хорошо известные процедуры поиска (процедуры типа Фьенапа и градиентные процедуры) принципиально не обладают сходимостью к глобальному экстремуму. Если решение прямой задачи не требует больших вычислительных затрат (например, в случае радиальносимметричного ДОЭ) целесообразно применение стохастических алгоритмов для глобальной оптимизации фазы ДОЭ. В данной работе рассматривается применение известной генетической процедуры нахождения экстремума функции многих переменных к расчету бинарных ДОЭ, обладающих радиальной симметрией. Радиально-симметричный характер фазы ДОЭ позволил эффективно проводить расчет на обычном персональном компьютере. Приведены результаты численных и натурных экспериментов.
Бесплатно
Стоячие волны в невзаимных гиротропных средах
Статья научная
Рассмотрены особенности интерференции невзаимных прямых и обратных волн в продольно намагниченном ферримагнетике. Показано, что невзаимность параметров структур существенно влияет на характер резонансного процесса, в частности, приводит к отсутствию синфазности колебаний в разнесённых точках пространства, расположенных между узлами.
Бесплатно
Статья научная
Приведены аналитические выражения для расчета количества элементарных вычислительных операций, требуемых для формирования по двум альтернативным стратегиям нескольких персональных областей интереса пользователей панорамной обзорной системы технического зрения с распределённой апертурой: стратегия 1 - формирование полного панорамного кадра с последующим выделением персональных областей интереса, стратегия 2 - непосредственное формирование области интереса для каждого пользователя. Параметрами аналитических выражений являются количество камер распределённой системы, количество пользователей, разрешение кадров панорамы и пользователя. Полученные формулы для заданных параметров позволяют определить оптимальную по критерию минимума количества элементарных операций стратегию для формирования нескольких персональных областей интереса. Формирование области интереса основано только на априорной информации о внутренних и внешних параметрах камер, полученной в результате их фотограмметрической калибровки по универсальному тест-объекту, и не учитывает информации о сюжетных соответствиях на пересечениях их полей зрения.
Бесплатно
Структура комплекса программ синтеза элементов компьютерной оптики
Статья научная
Отмечается, что возможности лазерных систем и систем обработки изображений могут быть значительно расширены с применением элементов компьютерной оптики (ЭКО), реализующих большой класс функций амплитудно-фазового пропускания. ЭКО представляют собой транспаранты с пространственно-модулированными амплитудами и фазовым коэффициентом пропускания. Особое значение имеют фазовые ЭКО. Синтез ЭКО сводится к расчету матрицы отсчетов ЭКО по заданной функции пропускания и выводу этой матрицы на внешний носитель в качестве данных для станка-автомата. При этом над каждой точкой матрицы отсчетов производится ряд единообразных операций: квантование отсчетов, кодирование их в киноформ, наложение несущей и др. На основе анализа особенностей синтеза на ЭВМ ЭКО рассматривается реализация унифицированной процедуры вычисления, освобождающая от разработки повторяющихся этапов расчета ЭКО.
Бесплатно
Структура нормальных мод в параллельных идеальных оптических волокнах с сильной связью
Статья научная
В данной работе исследовано влияние сильной эванесцентной связи на структуру нормальных мод системы параллельных идеальных многомодовых оптических волокон. С использованием формализма теории возмущений с вырождением на основе скалярного волноводного уравнения для этой системы получены аналитические выражения супермод высших порядков и определены их постоянные распространения. Показано, что структура мод в случае сильной эванесцентной связи совпадает с аналогичной структурой нормальных мод для слабо связанных параллельных волокон. Продемонстрировано, что наличие сильной связи приводит к модификации выражений для поляризационных поправок к скалярной постоянной распространения, для которых получены соответствующие аналитические выражения.
Бесплатно
Структурная устойчивость спиральных пучков и тонкая структура потока энергии
Статья научная
Проблема структурной устойчивости волновых систем с многими степенями свободы непосредственно касается вопроса перераспределения потоков энергии в структурированных вихревых пучках, обеспечивающих их устойчивость при распространении и фокусировке. Особое место в этом многообразии занимают спиральные вихревые пучки, способные отображать сложные фигуры, буквы и даже слова. Спиральные пучки содержат бесконечное множество пучков Лагерра-Гаусса со строгой последовательностью топологических зарядов и радиальных чисел, их амплитуды и фазы жестко согласованы. Используя сочетание теории и компьютерного моделирования, подкрепленное экспериментом, мы проанализировали структуру критических точек в потоках энергии для двух основных типов спиральных пучков: треугольные пучки с нулевым радиальным числом и треугольные пучки со сложным обрамлением их граней и с обоими квантовыми числами. Структурная устойчивость обеспечивается триадами критических точек, как внутри, так и во внешней области треугольника, которые направляют световой поток вдоль треугольной образующей и удерживают обрамление при вращении пучка. Эксперимент показал, что простой треугольный спиральный пучок оказывается устойчивым даже при небольших неточностях юстировки, тогда как сложный треугольный пучок с обрамлением требует тщательной юстировки.
Бесплатно
Статья научная
При решении ряда задач космической навигации возникает вопрос об определении параметров движения космического аппарата и элементов ориентирования целевой аппаратуры, установленной на борту, по получаемым координатам зарегистрированных изображений звёзд. При этом в поле зрения съёмочной системы могут попадать посторонние объекты, снижающие вероятность правильного распознавания: активные спутники, естественный и искусственный космический мусор. Отсюда возникает необходимость фильтрации изображений звёздного неба от подобных помех. Если же объектами распознавания являются находящиеся в околоземном пространстве тела, то в данном случае сами изображения звёзд выступают в роли помех. Кроме того, поскольку обнаружение и каталогизация этих объектов с Земли затрудняется их малыми размерами, влиянием атмосферы, а также другими техническими трудностями, целесообразно использовать уже имеющуюся аппаратуру на борту космических аппаратов для решения подобной задачи. В работе представлены существующие алгоритмы распознавания групп звёзд, а также их классификация. Предложен структурно-топологический подход идентификации групп небесных светил, основанный на свойствах огибающих многоугольников, используемых при построении топологических конфигураций звёзд. Описаны особенности при построении топологических конфигураций на анализируемом множестве точек, а также принципы обнаружения динамического космического объекта в их пределах. Показаны результаты численных экспериментов, выполненные с применением разработанного алгоритма на картах звёздного неба и модельных сценах.
Бесплатно
Структурно-устойчивые трёхмерные и двумерные лазерные половинные пучки Пирси
Статья научная
Получено новое решение параксиального уравнения Гельмгольца, описывающее семейство структурно-устойчивых трёхмерных и двумерных половинных пучков Пирси (ПП-пучки). ПП-пучки обобщают пучки Пирси, полученные в Opt. Express, 20, 18955 (2012), так как известные пучки Пирси равны сумме двух ПП-пучков первого порядка. Угловой спектр плоских волн трёхмерных ПП-пучков отличен от нуля на половине параболы. Установлены свойства ортогональности функций, описывающих комплексные амплитуды ПП-пучков. Для двумерного ПП-пучка показано наличие ускорения в области до фокальной плоскости и замедление за фокусом.
Бесплатно
Структурно-функциональный анализ и синтез глубоких конволюционных нейронных сетей
Статья научная
Предложен общий поход к структурно-функциональному анализу и синтезу глубоких конволюционных нейронных сетей, который позволяет регулярным образом определить: из каких типовых структурно-функциональных элементов могут строиться конволюционные нейронные сети; каковы необходимые математические свойства структурнофункциональных элементов; какие комбинации структурно-функциональных элементов являются допустимыми; каковы возможные пути построения и обучения глубоких сетей для анализа и распознавания нерегулярных, неоднородных или сложно структурированных данных (таких как нерегулярные массивы, данные различного размера и различной природы, деревья, скелеты, графовые структуры, 2D-, 3D- и ND-облака точек, триангулированные поверхности, аналитические описания данных и т.п.). Определён необходимый набор структурно-функциональных элементов. Предложены методики решения задач структурнофункционального анализа и синтеза конволюционных нейронных сетей на основе структурно-функциональных элементов и правил их комбинации.
Бесплатно
Структурные и оптические характеристики тонких пленок CdTe в видимом и инфракрасном диапазонах
Статья научная
Проведено исследование характеристик тонких плёнок CdTe, сформированных методом термовакуумного испарения из гранул CdTe на нагретые подложки. Структурные свойства CdTe были изучены с помощью растровой электронной микроскопии, рамановской спектроскопии. Исследование оптических свойств проводилось методом эллипсометрии, фурье-спектроскопии. Выявлены области низкого поглощения изготовленных плёнок в инфракрасном диапазоне. Для проверки возможности применения плёнок в сенсорике было проведено исследование структур металл/диэлектрик/диэлектрик на основе волноводного слоя CdTe для сред на основе воды, этанола и изопропанола, заключенных между плёнками CdTe и золота. В спектрах отражения этих структур наблюдаются резонансы в диапазонах длин волн, соответствующих локальным максимумам поглощения материалов. Выявлена зависимость положения резонансов в спектрах отражения от значений коэффициента поглощения растворителей. Полученные результаты могут быть использованы для разработки устройств фотоники инфракрасного диапазона.
Бесплатно
Субволновая локализация света в волноводных структурах
Статья научная
Моделирование с помощью программ FullWAVE и Fimmwave показало, что в градиентных планарных кремниевых секансных волноводах фундаментальная TE-мода может иметь ширину 0,09"lambda", "lambda" - длина волны; гибридная HE11 мода в полом кварцевом круглом ступенчатом волокне может иметь диаметр 0,03"lambda"; фундаментальная TM-мода в нанощели в кремниевом планарном волноводе имеет ширину 0,065"lambda"; планарная секансная градиентная микролинза разрешает два источника на расстоянии 0,15"lambda"; градиентная планарная линза "рыбий глаз" в зеркальном резонаторе изображает точечный источник в пятно шириной 0,18"lambda"; планарная секансная градиентная микролинза 6,5x5,34 мкм, использованная в качестве кольцевого резонатора, связывает два планарных субволновых волновода шириной 386 нм с эффективностью 79% (аналогичный кольцевой кремниевый резонатор имеет эффективность - 71%); в планарном металлическом волноводе световая мода (плазмон) распространяется вдоль краев волновода, проникая в сам волновод на величину 0,039"lambda" для серебра; в нанощели в серебряной пленке распространяется TM-мода (плазмон), полностью заполняющая эту щель шириной 50 нм (ширина моды 0,111"lambda").
Бесплатно
Субволновая фокусировка лазерного излучения с помощью зонной пластинки из хрома
Статья научная
Проведено исследование характеристик фокусного пятна, формируемого зонной пластинкой диаметром 15 мкм из пленки хрома на стеклянной подложке и фокусным расстоянием в одну длину волны λ = 532 нм, в зависимости от высоты рельефа. Исследование показало, что высота рельефа 70 нм позволяет достичь оптимального соотношения размеров фокусного пятна по полуспаду интенсивности и максимальной интенсивности. С использованием сканирующего ближнепольного оптического микроскопа показано, что зонная пластинка с указанными параметрами фокусирует линейно поляризованный Гауссов пучок в эллиптическое пятно с размерами по полуспаду интенсивности вдоль декартовых координат FWHMx = 0,42λ и FWHMy = 0,64λ.
Бесплатно
