Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2629
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
Статья научная
Описывается методика структурного анализа данных дистанционного зондирования, основанная на декомпозиции области значений спектральных признаков и разработке алгоритма оценивания принадлежности контрольных ситуаций обнаруженным классам. Для декомпозиции области значений спектральных признаков используются компоненты коэффициента корреляции, которые определяются произведением нормированных значений пары спектральных признаков. На основе знаков составляющих компонент коэффициента корреляции определяются четыре класса, которым соответствуют нормированные значения спектральных признаков: положительные, отрицательные и знакопеременные. Обнаруженные классы характеризуются зависимостью между спектральными признаками. На этой основе по исходным статистическим данным формируется решающее правило для оценивания принадлежности спектральных признаков контрольной ситуации к одному из четырёх классов. Приводятся и анализируются оценки плотностей вероятностей компонентов коэффициента корреляции в классах. Рассматриваются методика оптимизации непараметрических оценок плотностей вероятностей. Эффективность предлагаемой методики подтверждается результатами декомпозиции данных дистанционного зондирования лесного массива по двум спектральным признакам (красный, ближний инфракрасный NIR). В этих условиях обосновывается декомпозиция лесного массива на лиственные, хвойные, повреждённые древостои и участки с их отсутствием. Анализируются непараметрические оценки плотностей вероятностей компонент коэффициента корреляции в обнаруженных классах.
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
Субволновая фокусировка лазерного излучения смешанной азимутально-линейной поляризации
Статья научная
В данной работе был рассмотрен четырёхсекторный пропускающий преобразователь поляризации для длины волны 633 нм, с помощью которого можно получить азимутально-поляризованный пучок из линейно-поляризованного. Численно показано, что, поместив непосредственно за преобразователем поляризации зонную пластинку Френеля с фокусным расстоянием 532 нм, можно сфокусировать свет в субволновое фокусное пятно с размерами по полуспаду интенсивности меньше дифракционного предела (размеры по полуспаду интенсивности равны 0,28 и 0,45 от длины волны фокусируемого света). Если же после прохождения четырёхсекторного пропускающего преобразователя свет сначала распространяется в свободном пространстве на расстояние 300 мкм и только потом фокусируется зонной пластинкой, то размер фокусного пятна составляет 0,42 и 0,81 от длины волны фокусируемого света (при этом размер пятна, сформированного только поперечной составляющей напряженности электрического поля, был равен 0,42 и 0,59 от длины волны). Последний численный результат был проверен экспериментально, полученные размеры пятна были равны 0,46 и 0,57 от длины волны.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью бинарного микроаксикона с периодом 800 нм
Статья научная
С помощью сканирующего микроскопа ближнего поля NT-MDT c кантиливером с отверстием 100 нм на расстоянии 100 нм от поверхности микроаксикона с диаметром 13,6 мкм периодом 800 нм и глубиной 465 нм, изготовленного совместно ИСОИ РАН и Университетом Сэнт-Эндрюса (Шотландия) по технологии электронной литографии на резисте ZEP520A, измерено фокусное пятно линейно-поляризованного лазерного света с длиной волны 532 нм, которое имело диаметр по полуспаду интенсивности равный 320 нм, что составляет 0,61 от длины волны. Глубина фокусировки по полуспаду интенсивности была равна 3 мкм, причём экспериментальные точки осевой интенсивности в фокусном отрезке с хорошей точностью (с.к.о. 13%) наложились на расчётную кривую осевой интенсивности, а приближённая оценка и строгое моделирование дают диаметр фокусного пятна по полуспаду интенсивности равный 0,54 от длины волны. Интенсивность в максимуме на оптической оси в 7 раз больше, чем интенсивность освещающего пучка.
Бесплатно
Субволновая фокусировка с помощью зонной пластинки Френеля с фокусным расстоянием 532 нм
Статья научная
Изготовлена и исследована фазовая бинарная зонная пластинка с фокусным расстоянием 532 нм, радиусом 7,7 мкм и глубиной рельефа 510 нм. С помощью ближнепольного микроскопа показано, что при освещении пластинки линейно поляризованным Гауссовым пучком с длиной волны 532 нм формируется фокусное пятно с диаметром интенсивности по полуспаду, равным 0,44 от длины волны.
Бесплатно
Статья научная
Для определения ориентации по изображению звёздного поля, полученному цифровой камерой, необходимо обнаружить изображения отдельных звёзд и определить их координаты с субпиксельным разрешением. Эта задача относительно легко решается, если изображение получено неподвижной камерой, наблюдающей ясное ночное небо. Затруднение возникает при наблюдении звёзд поворачивающейся камерой на фоне дневного неба, когда смазанные изображения звёзд практически невозможно обнаружить в фоновом шуме в одном кадре. Из этого затруднения можно выйти за счёт накопления некоторого количества последовательных кадров, в которых предварительно выполнена согласованная фильтрация смаза. В работе рассматривается алгоритм накопления последовательности кадров, реализованный в виде многоканального накопителя, состоящего из нескольких однотипных накопительных каналов, работающих параллельно. Плоскость накопленного изображения в каждом канале совпадает с плоскостью первого кадра накапливаемой последовательности. Субпиксельное разрешение в определении координат обнаруженных изображений звёзд достигается за счёт введения внутрипиксельной дискретизации в первом кадре. Ориентация текущего кадра относительно первого кадра вычисляется из измерений гироскопов астроинерциального датчика. При синтезе импульсных реакций фильтров, согласованных со смазом в очередном кадре, учитываются ориентация этого кадра и расположение узлов внутрипиксельной дискретизации первого кадра. Приводятся расчётные формулы для определения числа накапливаемых кадров в зависимости от угловой скорости вращения камеры, интенсивности фона и яркости наблюдаемых звёзд. Результаты моделирования показывают возможность обнаружения смазанных изображений относительно тусклых звёзд на фоне дневного неба и определения их координат с субпиксельным разрешением.
Бесплатно
Суперпозиция вихревых световых пучков для захвата и перемещения биологических микрообъектов
Статья научная
В статье рассматривается возможность формирования модифицированной оптической ловушки для биологических микрообъектов из суперпозиции вихревых световых пучков. Представлены результаты экспериментов с использованием таких пучков.
Бесплатно
Суперпозиция двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса
Статья научная
В работе найдены топологические заряды суперпозиции двух симметрично-смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса с номерами (0, m ) и (0, n ). Показано, что если m = n , тотопологический заряд суперпозиции равен n . То есть два одинаковых смещенных с оптической оси пучка Лагерра-Гаусса имеют топологический заряд, как один пучок Лагерра-Гаусса. Если m 1 = ( m + n ) / 2, TC2 = TC1 + 1, TC3 = TC1 + 1/2 и TC4 = TC1 - 1/2. Правила выбора одного из 4 значений топологических зарядов также установлены. При отсутствии смещения с оптической оси двух пучков Лагерра-Гауссатопологический заряд суперпозиции равен большему из двух топологических зарядов, то есть n . А при любом сколь угодно малом смещении с оптической оси топологический заряд суперпозиции либо остается таким же, как до смещения, либо уменьшается на четное число. Это объясняется тем, что из бесконечности «приходит» четное число оптических вихрей с топологическим зарядом- 1, которые компенсируют такое же число оптических вихрей в суперпозиции с топологическим зарядом + 1. Интересно также, что при сложении двух смещенных с оптической оси пучков Лагерра-Гаусса с определенными наклонами к оптической оси, такими, чтобы суперпозиция являлась структурно-устойчивым пучком, на некоторой линии формируется бесконечное число винтовых дислокаций с топологическим зарядом + 1. Полный топологический заряд такой суперпозиции бесконечный.
Бесплатно
Суперструктурированные адресные волоконные брэгговские структуры
Статья научная
Представлены результаты теоретического исследования возможностей многоадресных волоконно-оптических брэгговских структур, сформированных на базе комбинации массива из однородных слабоотражающих волоконных решеток Брэгга и специально структурированных дискретных фазовых сдвигов. Исследование проведено на основе математического аппарата матриц рассеяния и передачи. Полученные решения открывают новые перспективы для интеграции многоадресных волоконно-оптических брэгговских структур в устройства радиофотоники и волоконно-оптические сенсорные системы, обеспечивая формирование нового класса как радиофотонных устройств, так и базовых пассивных оптических элементов. Рассмотренные в работе многоадресные брэгговские структуры одновременно выполняют роль как формирователей радиофотонного излучения, так и чувствительных элементов, что обеспечивает выполнение ключевых требований, предъявляемых к компонентам радиофотонных систем в целом. Приведены принципы управления спектральными характеристиками многоадресных систем данного класса.
Бесплатно
Сухое травление поликристаллических алмазных пленок
Статья научная
Использование мощных СО2 лазеров в промышленности определяет актуальность создания силовых пропускающих дифракционных оптических элементов (ДОЭ) для дальнего ИК-диапазона. Последние достижения в области газофазного синтеза позволяют получать поликристаллические алмазные пленки (АП) с оптическими и теплофизическими свойствами, близкими к свойствам монокристаллов. В предлагаемой статье показана возможность формирования дифракционного микрорельефа на алмазных пленках методами сухого травления. Описана технологическая схема получения микрорельефа с помощью ионнохимического травления алмазной подложки. Приведенные результаты измерений сформированного микрорельефа подтверждают перспективность предлагаемого подхода.
Бесплатно
Схема Йи с улучшенными дисперсионными свойствами
Статья научная
Конечно-разностная схема Йи широко и успешно применяется для численного решения уравнений Максвелла. Но она не лишена недостатков, исправлению которых посвящена предлагаемая работа. Эти недостатки заключаются в неизотропности схемы при решении задачи в декартовой системе координат, отклонении положения фокуса от истинного вследствие погрешностей численного метода, понижении точности расчета при наличии контактной границы. В сложных задачах шаг разностной сетки ограничен доступными вычислительными ресурсами, а на грубых сетках упомянутые недостатки могут привести к недопустимо большим ошибкам численных решений. В настоящей работе предложена простая модификация схемы Йи, успешно решающая проблему неизотропии и в определённых, важных для практики задачах проблемы положения фокуса и описания контактной границы на грубых сетках.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается схема разделения секрета, использующая представление данных в виде n-мерного объекта и переход к его метрическим характеристикам. Рассматривается возможность применения и оптимизация данного алгоритма для защищенной передачи видеоданных. Описывается создание системы фильтров обработки видеоданных для защищенной передачи по сети Internet.
Бесплатно
Схема синтеза логических моделей изображений, допускаемых эффективными распознающими операторами
Статья
Бесплатно
Тематическая классификация гиперспектральных изображений по показателю сопряжённости
Статья научная
Исследуется алгоритм тематической классификации гиперспектральных изображений, основанный на применении в качестве меры близости показателя сопряжённости с подпространством, образованным векторами признаков заданного класса. Рассматриваемая мера близости по существу является обобщением метода спектрального угла (Spectral Angle Mapper), реализованного в пакете обработки гиперспектральных данных ENVI. В данном случае, вместо вычисления косинуса угла между двумя векторами, вычисляется косинус угла между распознаваемым вектором и подпространством. В работе описаны различные модификации предлагаемого метода: с разбиением класса на подклассы и с приведением векторов, представляющих все гиперпиксели изображения, к нулевому среднему. Приводятся результаты экспериментов на тестовых гиперспектральных изображениях, иллюстрирующие возможность достижения более высокого качества классификации по сравнению с методом спектрального угла.
Бесплатно
Теоремы о сохранении орбитального углового момента суперпозиций смещённых оптических вихрей
Статья научная
Доказаны две теоремы о сохранении орбитального углового момента (ОУМ) суперпозиции одинаковых оптических вихрей с произвольной радиально-симметричной формой и целым топологическим зарядом n, смещённых с оптической оси. Нормированный ОУМ такой суперпозиции при произвольном смещении центров пучков с оптической оси и при любых вещественных весовых коэффициентах равен ОУМ каждого отдельного пучка, входящего в суперпозицию. Если центры пучков находятся на одной прямой, проходящей через начало координат, то даже при комплексных весовых коэффициентах нормированный ОУМ суперпозиции равен ОУМ каждого отдельного входящего в неё пучка. Эти теоремы позволяют формировать лазерные вихревые пучки с разным (не обязательно радиально-симметричным) распределением интенсивности, но обладающие одинаковым ОУМ. Приведены результаты численного моделирования для суперпозиций пучков Бесселя, Ханкеля-Бесселя, Бесселя-Гаусса и Лагерра-Гаусса с одинаковыми ОУМ.
Бесплатно
Статья научная
Ставится и решается задача автоматического распознавания изображений без учителя на основе метода направленного перебора. Исследована новая теоретико-вероятностная модель полутонового изображения. Её применение позволило синтезировать новый критерий распознавания с самообучением на основе оптимального байесовского правила проверки статистических гипотез. Представлены программа и результаты экспериментального исследования для идентификации личности по фотографии лица. Показано, что применение предложенной модели совместно с методом направленного перебора характеризуется существенным сокращением объёма вычислений при сохранении высоких показателей точности распознавания изображений.
Бесплатно
