Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2590
Технология выделения лейкоцитов на изображениях препаратов крови
Статья научная
В работе представлена технология выделения лейкоцитов на изображениях препаратов крови на основе представления изображения в цветовом пространстве HSL. Описаны результаты экспериментальных исследований качества технологии в зависимости от различных искажений на эталонных и реальных изображениях.
Бесплатно
Технология изготовления непрерывного микрорельефа дифракционных оптических элементов
Статья научная
Предлагается реализация фазовой функции дифракционных оптических элементов (ДОЭ) в виде непрерывного рельефа на плоской поверхности. Для создания такого рельефа был использован эффект массопереноса в слоях жидких фотополимеризующихся композиций (ЖФПК) /1-3/. Разработанная технология позволяет создавать "квазидифракционные" оптические элементы (с высотой рельефа пропорциональной 10-100 "лямбда", где "лямбда" - длина волны). сохраняющие преимущества дифракционной оптики (минимальные массогабаритные характеристики; уникальные прикладные возможности, достигаемые за счет компьютерного проектирования микрорельефа) с работой в широком спектральном диапазоне. Авторами целенаправленно был проведен поиск записывающих сред, которые бы позволили получать оптически гладкий, нерассеивающий свет микрорельеф с непрерывным профилем в диапазоне от единиц до десятков микрон. На базе этого эффекта была разработана технология по-лучения фокусаторов лазерного излучения для длины волны 10,6 мкм. Приводятся профилограммы рельефа, полученного на ЖФПК с использованием массопереноса.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложена технология отбора эффективных признаков для локализации индивидуальных особенностей анатомических и патологических структур на глазном дне человека. Она позволила провести интеллектуальный анализ признаков с использованием цветовых подпространств для решения задачи выделения областей интереса. Данная задача является актуальной для повышения эффективности проведения операции лазерной коагуляции. В основу технологии положен текстурный анализ определённых паттернов изображений. Исходные текстурные признаки производятся из разных статистических дескрипторов изображений, вычисленных с использованием библиотеки MaZda (гистограмма изображения, градиент изображения, матрицы длины серий и смежности). Анализ информативности пространства признаков и выбор наиболее эффективных осуществляется с использованием дискриминантного анализа данных. Определены наилучшие значения размеров окна фрагментации изображений для проведения кластеризации глазного дна и наборы признаков, обеспечивающих необходимую точность идентификации областей интереса при анализе следующих 4 классов изображений: экссудаты, толстые сосуды, тонкие сосуды и здоровые участки...
Бесплатно
Технология оперативной реконструкции трёхмерных сцен по разноракурсным изображениям
Статья научная
Разработан быстродействующий алгоритм построения карты диспарантности по разноракурсным изображениям. Предложено ввести этап начального совмещения изображений, а также процедуры учёта эпиполярных ограничений и формирования пирамиды изображений с различным разрешением. Технология реализована в CUDA-среде. Приводятся результаты экспериментальных исследований, иллюстрирующие высокое быстродействие при сохранении высокого качества восстановления 3D-сцен.
Бесплатно
Технология определения восстанавливающего фильтра и обработки цветных изображений
Статья научная
Рассматривается задача улучшения качества цветных изображений. Для определения параметров БИХ-фильтра решается задача идентификации на формируемых тестовых фрагментах на примере сквозной технологии определения восстанавливающего устойчивого фильтра и обработки изображений в оттенках серого. Идентификация фильтра и обработка цветного изображения осуществляется в цветовом пространстве Lab.
Бесплатно
Технология оптимизации трехмерных ДОЭ с заданными фокусирующими свойствами в дальней зоне
Статья
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты разработки и апробирования на реальных данных технологии оценки эмиссии диоксида азота и углекислого газа источниками на территории Западной Сибири. Определение содержания NO2 в тропосфере региона проведено с использованием данных спектрорадиометра TROPOMI спутника Sentinel-5 Precursor. Методика вычислительных экспериментов по получению количественных оценок эмиссии CO2 крупными промышленными объектами региона заключается в совместном анализе данных TROPOMI / Sentinel-5P по содержанию NO2 и данных орбитальной карбоновой обсерватории OCO-2 по содержанию CO2. Основной процедурой анализа данных является аппроксимация распределений содержания газов вдоль траектории движения спутника OCO-2 вектор-функцией распределения Гаусса. Параметры аппроксимации (полуширина и амплитуда), а также данные о направлении и скорости ветра (получены из реанализа ERA5) используются для количественных оценок эмиссии CO2. Технология, разработанная авторами для получения количественных оценок антропогенной эмиссии CO2 для промышленных центров Западной Сибири без использования данных OCO-2, основана на эмпирически установленной связи параметров аппроксимации распределений газов. Результатами работы являются количественные оценки содержания диоксида азота в атмосфере и нижней тропосфере Западной Сибири, годовой ход и межгодовая изменчивость NO2 в тропосфере, полученные с использованием данных спектрорадиометра TROPOMI / Sentinel-5P, а также технология получения количественных оценок эмиссии CO2 крупными промышленными центрами региона.
Бесплатно
Технология повышения детализации изображений с нелинейной коррекцией высокоградиентных фрагментов
Статья научная
Статья посвящена проблеме улучшения качества изображений, регистрируемых с помощью оптических приборов низкого разрешения, в том числе дифракционных регистрирующих приборов. Предлагается двухэтапная технология коррекции изображений. На первом этапе осуществляется коррекция с использованием линейного КИХ-фильтра с центрально-симметричным частотным откликом в виде отрезков квадратичной и экспоненциальной функций. Полученное изображение затем подвергается обработке нелинейным фильтром, который осуществляет компьютерное ретуширование участков изображений, характеризующихся заметным перепадом яркости. Преобразованию подвергаются лишь отсчёты, в которых модуль среднего значения градиентов в различных направлениях достаточно высокий, то есть находятся на границах областей с различным уровнем яркости. Это позволяет избежать усиления шумов в области фона, что характерно для традиционных фильтров. Приводятся примеры реализации, показывающие возможность достижения высокой резкости и иллюстрирующие простоту настройки фильтра по визуальному восприятию.
Бесплатно
Технология реализации нейросетевого алгоритма в среде CUDA на примере распознавания рукописных цифр
Статья научная
На примере сверточной нейронной сети продемонстрированы особенности реализации нейросетевого алгоритма распознавания образов на видеокарте (GPU) в среде NVIDIA CUDA. Длительность обучения нейронной сети на видеоадаптере уменьшена в 5,96, а распознавания набора тестовых образцов - в 8,76 раза по сравнению с оптимизированным алгоритмом, выполняющим вычисления только на центральном процессоре (CPU). Показана перспективность реализации нейросетевых алгоритмов на графических процессорах.
Бесплатно
Технология создания фотонной интегральной схемы на подложке из ниобата лития
Статья научная
Предложена новая технология изготовления фотонной интегральной схемы на подложке из ниобата лития. Показано, что необязательно легировать верхний слой ниобата лития для создания волноводной системы и управления излучением. Достаточно нанести на поверхность ниобата лития слой материала с большим, чем у ниобата лития показателем преломления. Таким образом, получается несимметричный волновод, излучение в котором в основном проникает в глубину ниобата лития. За счёт этого, проложив металлические электроды вдоль волноводного слоя, можно управлять скоростью распространения излучения в волноводе и, соответственно, создавать управляемые фотонные схемы, например амплитудный модулятор Маха–Цендера или фазовый модулятор. Экспериментально была создана и исследована технология напыления слоя двуокиси титана на поверхность ниобата лития. Также была отполирована торцевая сторона пластины ниобата лития и показано, что после финишной полировки излучение выходит с торцевого конца пластины. Это позволит создавать фотонные интегральные схемы с линейкой близкорасположенных волноводов, из которых излучение может быть выведено в пространство и попадать в объектив фото- или видеокамеры для дальнейшей обработки.
Бесплатно
Типовые средства реализации распределенных комплексов автоматизации физических экспериментов
Статья научная
Рассматриваются функциональные возможности и особенности реализации аппаратно-программных комплексов широкого применения для построения распределенных комплексов мини- и микроЭВМ. Проводится сопоставление нескольких отечественных и зарубежных систем. Делаются выводы о целесообразности использования подобных средств для реализации распределенных комплексов автоматизации физических экспериментов.
Бесплатно
Тонкая металинза с высокой числовой апертурой
Статья научная
Изготовлена и исследована тонкая металинза в плёнке аморфного кремния диаметром 30 мкм c фокусным расстоянием, равным длине волны 633 нм, с периодом субволновой структуры 220 нм и глубиной рельефа 110 нм. Линза одновременно управляет поляризацией и фазой падающего на неё лазерного света. Она преобразует линейную поляризацию в радиальную и осуществляет острую фокусировку света. Такая металинза была изготовлена по технологии электронной литографии и ионного травления. Фокусное пятно, сформированное такой линзой, при освещении её Гауссовым пучком с линейной поляризацией имело размеры по декартовым осям и по полуспаду интенсивности, равные 0,49 и 0,55 длины волны. Это фокусное пятно меньше всех других фокусных пятен, полученных с помощью металинз. Экспериментальные результаты согласуются с результатами моделирования: размеры фокусного пятна 0,46 и 0,52 мкм соответственно.
Бесплатно
Тонкая структура отображений структурированного пучка Лагерра–Гаусса на орбитальную сферу Пуанкаре
Статья научная
Теоретически найдены и экспериментально измерены элементы 4D симплектической матрицы моментов интенсивности второго порядка P для параксиальных структурированных пучков Лагерра–Гаусса с двумя управляющими параметрами – амплитудным ε и фазовым θ. Показано, что только три элемента матрицы P из десяти являются независимыми и измеряемыми в эксперименте. Остальные элементы определяются через них после дополнительных измерений. Симплектические свойства матрицы позволили получить 2D эрмитову матрицу (аналогичную матрице когерентности в оптике) и рассчитать орбитальные параметры Стокса (S1, S2, S3). Сумма квадратов орбитальных S-параметров образует инвариант S оптической системы первого порядка. В терминах элементов матрицы P орбитальные параметры Стокса параметризуются параметром θ структурированного пучка Лагерра–Гаусса. Инвариант S рассматривается как радиус сферы (орбитальная сфера Пуанкаре) в декартовых координатах (S1, S2, S3). Эти координаты указывают на состояние структурированного пучка Лагерра–Гаусса на сфере в виде пространственных траекторий с самопересечениями. Вариация амплитудного параметра контролирует площадь, охваченную траекторией, ее форму и положение точек самопересечения.
Бесплатно
Тонкий коллиматор для светодиодов
Статья научная
Предложена конструкция коллиматора для светодиодов, обладающего малой толщиной. Коллиматор состоит из рефлектора и преломляющего оптического элемента, работающего по принципу полного внутреннего отражения. Представлен расчёт коллиматора с полной толщиной 5 мм и диаметром 30 мм. Согласно результатам моделирования, для ламбертовского источника с размером 1x1 мм2 коллиматор обеспечивает формирование пучка с расходимостью по полуспаду интенсивности менее 4 градусов при эффективности 84%. Проведён анализ рабочих характеристик коллиматора в зависимости от размеров источника и от ошибок позиционирования элементов коллиматора.
Бесплатно
Тонкопленочная медь как маскирующий слой в процессе плазмохимического травления кварца
Статья научная
В работе рассматривается методика формирования микрорельефов дифракционных оптических элементов плазмохимическим травлением с применением в качестве материала маскирующего слоя меди.
Бесплатно
Топологическая стабильность оптических вихрей при дифракции на случайном фазовом экране
Статья научная
Теоретически показано, что распределение средней интенсивности в фокусе сферической линзы Гауссова оптического вихря, рассеянного фазовым случайным экраном (диффузором), имеет вид кольца с отличным от нуля значением на оптической оси. Радиус кольца средней интенсивности зависит как от топологического заряда оптического вихря, так и от рассеивающей силы диффузора. Поэтому по радиусу средней интенсивности нельзя однозначно судить о величине топологического заряда. Однако о величине топологического заряда оптического вихря можно судить по числу сингулярных фазовых точек, которые можно определить датчиком Шака - Гартмана. Показано также, что если использовать линейную комбинацию двух оптических вихрей, то распределение средней интенсивности будет иметь локальные максимумы, число которых равно разности топологических зарядов двух исходных вихрей. Число этих максимумов уже не будет зависеть от степени рассеяния диффузора и может служить индикатором для идентификации оптического вихря. Моделирование и эксперимент подтверждают теоретические выводы.
Бесплатно
Статья научная
В работе с помощью интеграла Рэлея-Зоммерфельда и формулы Берри рассчитан топологический заряд Гауссова оптического вихря с начальным дробным топологическим зарядом. Показано, что при разной дробной части топологического заряда в пучке присутствует разное число винтовых дислокаций, которые определяют топологический заряд всего пучка. При малой дробной части пучок топологического заряда состоит из основного оптического вихря с центром на оптической оси с топологическим зарядом, равным ближайшему целому числу (пусть n ), и двух краевых дислокаций, расположенных на вертикальной оси (выше и ниже центра). При увеличении дробной части начального топологического заряда из верхней краевой дислокации формируется «диполь», состоящий из двух вихрей с топологическим зарядом + 1 и - 1. При дальнейшем увеличении дробной части дополнительный вихрь с топологическим зарядом + 1 смещается к центру пучка, а вихрь с топологическим зарядом - 1 смещается на периферию. При дальнейшем увеличении дробной части топологического заряда из нижней краевой дислокации формируется другой «диполь», у которого, наоборот, вихрь с топологическим зарядом - 1 смещается к оптической оси (к центру пучка), а вихрь с топологическим зарядом + 1 смещается на периферию пучка. Когда дробная часть топологического заряда становится равна 1 / 2, «нижний» вихрь с топологическим зарядом - 1, который смещался к центру пучка, начинает смещаться на периферию, а «верхний» вихрь с топологическим зарядом + 1 все ближе и ближе смещается к центру пучка и сливается с основным вихрем при приближении дробной части к 1. Такая динамика дополнительных вихрей с топологическим зарядом + 1 сверху и с топологическим зарядом - 1 снизу определяет, какой целый топологический заряд будет у пучка ( n или n + 1) при разных значениях дробной части из отрезка [ n , n + 1].
Бесплатно
Топологический заряд оптических вихрей без радиальной симметрии
Статья научная
Теоретически получены значения топологических зарядов для вихревых лазерных пучков, не обладающих радиальной симметрией: асимметричных пучков Лагерра - Гаусса, Бесселя-Гаусса и Куммера, а также для вихревых пучков Эрмита - Гаусса. Все эти пучки являются суперпозицией обычных мод Лагерра - Гаусса, Бесселя - Гаусса и Эрмита - Гаусса соответственно. Но, несмотря на это, топологический заряд у всех этих мод одинаков и равен топологическому заряду одной моды n. Орбитальные угловые моменты, нормированные на мощность пучка, у всех этих пучков разные и по-разному изменяются при изменении степени асимметрии пучка. Но топологический заряд при любой степени асимметрии этих пучков остаётся постоянным и равным n. При сложении всего двух мод Эрмита - Гаусса с соседними номерами (n , n + 1) и с задержкой по фазе на p / 2 получается модовый пучок, топологический заряд которого равен - (2n + 1). Моделирование подтверждает теоретические предсказания.
Бесплатно
Топологический заряд оптических вихрей и их суперпозиций
Статья научная
Показано, что целый топологический заряд оптического вихря сохраняется при искажении оптического вихря любой амплитудной диафрагмой (но без точек с нулевым пропусканием) и при смещении оптического вихря с оси любого несущего осесимметричного пучка. Если в пучке имеется конечное число смещённых с оси оптических вихрей с разными топологическими зарядами одного знака, то суммарный топологический заряд всего пучка будет равен сумме всех топологических зарядов. Топологический заряд осевой суперпозиции, состоящей из конечного числа мод Лагерра-Гаусса с номерами ( n , 0), равен номеру моды с максимальным топологическим зарядом (вместе со знаком). Если максимальные положительный и отрицательный топологические заряды мод в комбинации равны, то «побеждает» тот топологический заряд, у которого весовой коэффициент по модулю больше. Если эти коэффициенты равны, то топологический заряд пучка равен нулю. При осевом сложении двух Гауссовых оптических вихрей с разными топологическими зарядами и разными амплитудами топологический заряд суперпозиции будет равен топологическому заряду Гауссова вихря с большим по модулю весовым амплитудным коэффициентом, независимо от соотношения топологических зарядов каждого пучка.
Бесплатно
Топологический заряд осевой суперпозиции Гауссовых оптических вихрей
Статья научная
Рассмотрен топологический заряд конечной суперпозиции оптических вихрей с гауссовой огибающей. Теоретически и численно показано, что в начальной плоскости у такой суперпозиции топологический заряд равен числу нулей комплексного многочлена степени n, где n -- максимальный топологический заряд оптических вихрей в суперпозиции, находящихся в круге единичного радиуса вместе с границей. А при распространении в свободном пространстве топологический заряд такой суперпозиции всегда равен n. Если модуль коэффициента члена суперпозиции с топологическим зарядом, равным k, больше суммы модулей всех остальных коэффициентов суперпозиции, то в круге единичного радиуса лежат k нулей и топологический заряд всей суперпозиции в начальной плоскости равен k (k ≤ n). Если все коэффициенты суперпозиции равны по модулю, то в начальной плоскости топологический заряд равен половине (n/2), но при распространении топологический заряд равен опять n. В этом случае дополнительные нули суперпозиции оптических вихрей формируются почти сразу на расстоянии, много меньшем длины волны от начальной плоскости, и на расстоянии от оптической оси большем, чем радиус ограничивающей апертуры начального поля.
Бесплатно
