Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2629
Статья научная
Предложен помехоустойчивый алгоритм post-обработки видеофайлов, записанных в условиях отсутствия виброизоляции оптической схемы цифрового спекл-интерферометра с непрерывным лазерным излучателем и диффузно-рассеивающим оптическим элементом, установленным перед объектом исследования. Проведено сопоставление результатов работы предложенного алгоритма с известным методом обработки видеопотока в реальном времени, основанным на последовательном определении разностных изображений с последующим их накоплением. Показана возможность увеличения контраста результирующих спекл-интерферограмм, полученных способом post-обработки на 19 – 48 % по сравнению с базовым методом. Апробация разработанного алгоритма осуществлена при исследовании форм собственных колебаний вибрирующей лопатки вентилятора газотурбинного двигателя.
Бесплатно
Сравнительное моделирование амплитудной и фазовой зонных пластинок
Статья научная
В работе с помощью FDTD-метода проведено сравнительное моделирование острой фокусировки лазерного света с помощью бинарных фазовой и амплитудных (тонкие металлические плёнки толщиной 20 - 30 нм) зонных пластинок Френеля. Вблизи колец зонной пластинки из серебра обнаружены субволновые локальные максимумы, интенсивность которых сравнима с интенсивностью в фокусе и которые объясняются возбуждением плазмонов.
Бесплатно
Сравнительное моделирование двумя методами острой фокусировки зонной пластинкой
Статья научная
Промоделирована фокусировка радиально-поляризованной моды двумя методами: FDTD и с помощью формул Ричардса-Вольфа. Показано, что оба метода демонстрируют возможность преодоления зонной пластинкой с радиусом R = 20(лямбда) дифракционного предела при освещении её модой R-TEM01 с радиусом (омега) = 10(лямбда). При расчёте методом FDTD преодоление дифракционного предела наблюдается для числовой апертуры, большей NA = 0,97, а по РВ-формулам - большей NA = 0,96. Относительная погрешность результатов вычисления ширины фокального пятна этими двумя методами при этом не превышает 6%.
Бесплатно
Сравнительный анализ аналитических и итерационных методов решения задачи фокусировки в отрезок
Статья научная
Проведен сравнительный анализ решений задачи фокусировки в отрезок. Проведен анализ работоспособности геометрооптических фокусаторов в отрезок и фокусаторов с дифракционными поправками, рассчитанных с использованием дифракционной аппроксимации оператора распространения света. Проведено сравнительное исследование работоспособности итерационных элементов, рассчитанных по алгоритму Герчберга-Секстона, и фокусаторов с дифракционными поправками. Исследован квазипериодический элемент для фокусировки в отрезок, устойчивый к искажениям интенсивности освещающего пучка. Предложен метод расчета тепловых фокусаторов, позволяющих сформировать заданный температурный профиль вдоль отрезка прямой.
Бесплатно
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
Сравнительный анализ нейросетевых моделей для задачи обнаружения беспилотных летательных аппаратов
Статья научная
В статье проведен сравнительный анализ моделей YOLO и вариантов их тонкой настройки для задачи обнаружения беспилотных летательных аппаратов в реальном времени. Представлены оценки качества и вычислительной производительности различных семейств моделей от YOLOv3 до YOLO12 и версий от нано- до сверхбольшой. Проанализированы их преимущества и недостатки на основе широкого спектра мер, включая точность, полноту, F1-меру, среднюю точность, время вывода и размер модели. Исследованы варианты тонкой настройки предварительно обученных на корпусе CommonObjectsinContextмоделей при разных разрешениях входных изображений и скорости обучения. Выполнен анализ ошибок обнаружения беспилотных летательных аппаратов малых размеров в сложных условиях с использованием специализированных наборов данных. Исследование показало, что семейство YOLO11 является оптимальным по совокупности оцениваемых параметров, обеспечивая баланс между качеством и вычислительной производительностью. Наиболее высокие оценки качества обнаружения беспилотных летательных аппаратов на тестовом наборе данных были получены с использованием тонко настроенной модели yolo11m с увеличенным разрешением входных изображений и достигли значений F1 = 0,970, AP50 = 0,981, AP50-95 = 0,765.
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
