Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2629
Рождение оптических вихрей при распространении поля с начальным дробным топологическим зарядом
Статья научная
Топологический заряд параксиального оптического вихря при распространении в свободном пространстве в общем случае не сохраняется, в отличие от орбитального углового момента, который сохраняется. В работе на примере Гауссова пучка с дробным топологическим зарядом в начальной плоскости показано численно, как меняется топологический заряд при распространении. Имеется четыре сценария эволюции оптического вихря с начальным дробным топологическим зарядом, в зависимости от близости дробного топологического заряда к целому чётному или нечётному числу. Для простых оптических вихрей (моды Лагерра-Гаусса или Бесселя-Гаусса) топологический заряд сохраняется и при распространении, и при слабом фазовом искажении. Экспериментально показано, что целый топологический заряд оптического вихря сохраняется при рассеянии на фазовом случайном экране вплоть до величины случайного искажения разности хода на половину длины волны. Поэтому при слабой турбулентности имеет смысл измерять топологический заряд, так как он меняется дискретно, а орбитальный угловой момент пучка, который меняется непрерывно.
Бесплатно
Российская база изображений автодорожных знаков
Статья научная
Представлена новая открытая база изображений дорожных знаков. База предназначена для обучения и тестирования алгоритмов распознавания дорожных знаков. Описывается структура и правила работы с базой, проводится сравнение с другими базами дорожных знаков. На базе проведена экспериментальная оценка современных алгоритмов выделения и классификации дорожных знаков, которая показала, что существующие алгоритмы распознавания большого класса знаков не достигают требуемой для ряда практических приложений полноты и точности.
Бесплатно
Рыбась Влияние оптической активности гироанизотропных кристаллов на пучки Бесселя
Статья научная
На примере пучка Бесселя показано, что такой пучок с начальной круговой поляризацией, распространяясь через оптически активную среду без линейного двулучепреломления, порождает оптический вихрь в ортогонально поляризованной компоненте. Показано, что среда с истинной оптической активностью позволяет осуществлять взаимное преобразование пучков с радиальным и азимутальным распределениями поляризации. Показано также, что достаточно слабое возмущение оптической среды с истинной оптической активностью и линейным двулучепреломлением приводит к разрушению изотропной точки. В окрестности данной точки оптическая активность подавляется линейным двулучепреломлением, так что среда с комбинированным типом анизотропии реагирует как среда с истинно линейным двулучепреломлением. Структура полей собственных мод пучков Бесселя в двулучепреломляющем одноосном кристалле с оптической активностью аналогична структуре мод среды с истинной оптической активностью. Предполагается, что результаты настоящего исследования расширят понимание физических процессов в развивающейся области поляризации и фазовой профилометрии материалов.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены самовоспроизводящиеся пучки с особыми свойствами. Расширено понятие самовоспроизведения для световых пучков. Рассмотрены различные приложения самовоспроизводящихся световых пучков с особами свойствами. Особенно подробно описывается использование самовоспроизводящихся пучков в задачах манипулирования микрообъектами.
Бесплатно
Самовосстановление поляризационной структуры в векторных пучках при секторных возмущениях
Статья научная
В работе проведено теоретическое и экспериментальное исследование влияния секторного возмущения на поляризационную структуру векторных TE- и TM-мод. Для количественного анализа предложена интегральная характеристика степени восстановления поляризации, основанная на нормированных параметрах Стокса. Численным моделированием показано, что при малых углах сектора поляризационная структура восстанавливается на расстояниях, превышающих длину Рэлея. При увеличении угла секторного возмущения происходит частичное восстановление поляризационной структуры. Несмотря на локально более устойчивое поведение TM-моды, интегральная степень восстановления не отличается от TE-моды. Результаты подтверждаются экспериментально и согласуются с теоретической моделью.
Бесплатно
Саморемонт изображений периодического транспаранта в плоскостях Тальбота
Статья научная
В работе экспериментально рассмотрен эффект самореставрации изображения периодического объекта в плоскостях Тальбота. Путем сравнительного исследования параметров изображения в параксиальной области и в боковых лепестках дифракции показано, что изображения в боковых лепестках более устойчивы к повреждениям исходного транспаранта. На основании этих исследований, проанализированы механизмы, влияющие на ухудшение качества изображения в параксиальной области и в боковых лепестках.
Бесплатно
Самофокусировка гипергеометрических лазерных пучков
Статья научная
В непараксиальном приближении получены явные аналитические выражения для трёх проекций вектора напряжённости электрического поля гипергеометрического лазерного пучка (ГГ-пучка). Для ГГ-пучков с топологическим зарядом n = 0, 1 получены явные формулы осевой интенсивности, из которых следует, что положение перетяжки зависит от параметров ( gamma, m) ГГ-пучка и смещено от начальной плоскости z = 0. Такое смещение максимальной осевой интенсивности названо самофокусировкой ГГ-пучка, и найдены формулы для расчёта величины этого смещения (фокусное расстояние). FDTD-методом проведено моделирование распространения ГГ-пучка при n = 0 и показано, что величина смещения перетяжки и осевое значение интенсивности в фокусе согласуются с предсказанными по приближенным формулам.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагаются алгоритмы консервативного сведения задач факторизации, дискретного логарифмирования и логарифмирования на эллиптической кривой к задаче "ВЫПОЛНИМОСТЬ", проводится анализ работы современных алгоритмов решения задачи "ВЫПОЛНИМОСТЬ" (SAT - решателей) на полученных КНФ. Исследуется стойкость рассматриваемых задач к восстановлению полного ключа по его известным фрагментам.
Бесплатно
Сверхбыстрый высокочувствительный гибкий детектор инфракрасного излучения
Статья научная
Проведен сравнительный анализ гибких фотодетекторов на основе листов TiS2 и функционализированных нитратом серебра листов TiS2. Листы TiS2 синтезированы методом химического транспорта, обработаны ультразвуком в течение 1 ч и осаждены между хромовыми встречно-штыревыми электродами на поверхности гибкой подложки из полиэтилентерефталата. Характеристики изготовленных фотодетекторов определены путём их равномерного освещения 1064 нм лазерным излучением с перестраиваемой мощностью. Явно прослеживается значительное влияние частиц нитрата серебра, рассеянных в объеме чувствительного материала фотодетектора, на его эффективность. Продемонстрировано превосходство фотодетектора на основе функционализированных листов TiS2. Данный фотодетектор демонстрирует значительный отклик для всех использованных мощностей излучения (11,6, 19,6, 51, 100 и 150 мВт/см2), показывает малое время отклика (0,23 ± 0,01 с) и восстановления (0,49 ± 0,02 с) вкупе с высокой чувствительностью ((260 ± 7)∙103 А/Вт), квантовой эффективностью ((303 ± 8)∙103 А/Вт∙нм) и обнаружительной способностью ((3,10 ± 0,09)∙1013 Джонс) при мощности падающего излучения 11,6 мВт/см2. Полученные результаты могут быть использованы для разработки и оптимизации современных оптоэлектронных устройств.
Бесплатно
Сверхширокоугольный микрообъектив для капсульного медицинского эндоскопа
Статья научная
Обобщены требования к оптическому тракту капсульной медицинской эндоскопической системы с фронтальным расположением объекта исследования. Показано, что компоновка оптической схемы микрообъектива на основе современных технологичных пластиков позволяет не только удовлетворить обобщённые требования, но и открывает возможность получения у простых по конструкции объективов существенно более высокого качества изображения, чем у известных аналогов. Это подтверждено представленными результатами расчета микрообъектива с относительным отверстием 1:2,4 и угловым полем зрения 170°, формирующего изображение диаметром 2,7 мм с разрешением не менее 188 мм -1 при контрасте 0,5.
Бесплатно
Светодиодные матричные экраны для отображения визуальной информации
Статья научная
Анализируются возможности и перспективы использования светодиодных матричных экранов в устройствах отображения визуальной информации оптических компьютеров. Приводятся основные параметры таких экранов, оцениваются возможности их оптимизации.
Бесплатно
Свойства внеосевых каустик автофокусирующихся чирп-пучков
Статья научная
В данной статье теоретически и численно исследуются автофокусирующие свойства чирп-пучков с произвольной степенной зависимостью от радиуса. Рассмотрены двух- и трёхпараметрические чирп-пучки, вариации параметров которых позволяют эффективно управлять автофокусирующими свойствами. Полученные результаты обладают потенциалом для различных приложений в оптике и фотонике.
Бесплатно
Связь фазовой проблемы в оптике, фокусировки излучения и задачи Монжа-Канторовича
Статья научная
Статья посвящена использованию вариационных принципов для решения фазовой проблемы в оптике. В работе рассмотрена связь четырёх фундаментальных задач: фазовой проблемы в оптике, обратной задачи фокусировки когерентного излучения, задачи оптимального перемещения масс Монжа - Канторовича и вариационных методов решения модифицированного уравнения Монжа - Ампера. Показано, что решение фазовой проблемы в оптике в рамках асимптотического подхода тесно связано с решением задачи оптимального перемещения масс с неквадратичной функцией стоимости.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается комплекс задач обнаружения различных дефектов дорожного полотна автомобильных дорог и современные методы их решения. Представленное сравнение общедоступных наборов данных позволяет сделать вывод о сложности и малой разработанности задачи сегментации дефектов дорожного покрытия по изображению общего вида автомобильных дорог. Для решения данной проблемы разработаны алгоритмы генерации синтетического набора данных для сегментации дефектов классов трещин и выбоин на основе методов компьютерной графики и генеративно-состязательных сетей. Проведено сравнение точности сегментации дефектов дорожного покрытия полносверточной нейронной сетью U-Net на реальном и комбинированных наборах данных.
Бесплатно
Сегментация изображений кластерным методом и алгоритмом случайных скачков: сравнительный анализ
Статья научная
Представлены результаты сравнительного исследования эффективности алгоритмов сегментации на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой и алгоритма кластерного анализа путем имитационного моделирования изображений с коррелированными и независимыми элементами. Установлено, что при сегментации изображений алгоритмами на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой внутренние области изображений одного класса обрабатываются со значительно меньшим количеством ошибок по сравнению с алгоритмом последовательной кластеризации. Приведен пример обработки реального изображения.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен способ решения задачи сегментации органов забрюшинного пространства на томографических изображениях на основе функции уровня. Показан метод предварительной обработки изображения на основе нелинейного фильтра анизотропной диффузии, сглаживающего изображение при сохранении границ между сегментами. Синтезирован алгоритм сегментации томографического изображения на основе функции уровня.
Бесплатно
Сегментация когерентно-локационных изображений со статистически независимыми элементами
Статья научная
Представлены результаты исследования эффективности алгоритмов сегментации на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой в применении к когерентно-локационным изображениям со статистически независимыми элементами после сглаживания на них спекл-шума локальными методами пространственной фильтрации. Полученные характеристики позволяют определить ошибку сегментации при заданных параметрах локатора и подстилающей поверхности, сравнить ошибки при выполнении предварительной фильтрации и без ее выполнения.
Бесплатно
Сегментация сосудов склеры глаза для системы биометрической аутентификации
Статья научная
В настоящее время достаточно широко применяются технологии биометрической аутентификации, причем все чаще необходимо автономное решение, требующее реагирования на месте без передачи данных на сервер или в «облако» для обработки. В работе предложены три алгоритма аутентификации по сосудам склеры глаза. Основой алгоритмов является сегментация области склеры и рисунка сосудов склеры с использованием легковесной нейронной сети HalfUNet. Отличительной особенностью первых двух алгоритмов является использование дескрипторов Dense-SIFT, BRIEF для выделения признаков, а для их сопоставления — метода k-ближайших соседей. Оба алгоритма имеют высокую точность классификации и вероятность распознавания при заданном уровне количества ошибочных допусков системой неавторизованных лиц. Точность классификации для первых двух алгоритмов составляет по метрике AUC = 0,986 и 0,981, а вероятность средней ошибки EER = 0,038 и 0,033. Эти алгоритмы не требовательны к вычислительным ресурсам и могут быть использованы в устройствах, имеющих ограничения на энергоресурсы. При отсутствии ограничений на вычисленные мощности может быть использован третий алгоритм, который отличается применением нейросетевых алгоритмов SuperPoint и SuperGlue для поиска дескрипторов и последующего сопоставления признаков и за счет этого имеет более высокую точность классификации и меньшую вероятность ошибок (AUC = 0,998; EER = 0,022).
Бесплатно
Секвентные сигналы в зондировании поглощающих сред
Статья научная
Рассмотрена возможность диагностики поглощающей среды по отклику секвентного импульса. Дан анализ нетрадиционной особенности фазового профиля Фурье-гармоник отраженного сигнала. Получены простые аналитические выражения, характеризующие деформацию профиля отраженного сигнала для случая, когда длительность импульса велика по сравнению с характерными временами релаксации среды. Приведены численные данные описания деформации профиля при произвольной длительности секвентного импульса. Полученные результаты могут применяться в инженерных задачах диагностики состояния плазмоподобных сред.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследовано преобразование структуры поля вихревых пучков, подверженных секторному возмущению. В основу был положен анализ спектра вихрей, c помощью которого исследовался орбитальный угловой момент и энтропия Шеннона (информационная энтропия). Компьютерное моделирование для малых, средних и больших углов секторного возмущения показало, что число вихрей, возникающих при секторном возмущении, не изменяет исходный топологический заряд. Это позволило предположить, что исходный топологический заряд будет сохраняться при любых углах секторного возмущения. Рост числа вихрей при возмущении связан с оптическим принципом неопределённости между углом секторного возмущения и орбитальным угловым моментом. Причём в спектре вихрей формируется два максимума, в положительной и отрицательной области топологических зарядов мод. В результате орбитальный угловой момент практически не меняется в широком интервале секторных углов от 0 до 90°. Однако при больших углах возмущения, когда энергия почти одинаково распределяется между модами с противоположными знаками топологического заряда, орбитальный угловой момент быстро уменьшается. В то же время энтропия Шеннона монотонно возрастает с увеличением угла секторного возмущения. Это связано с тем, что энтропия зависит только от числа вихревых состояний, вызванных внешним возмущением.
Бесплатно
