Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Быстрый способ вычисления интеграла Релея-Зоммерфельда первого типа
Статья научная
В данной статье описаны приёмы ускорения вычисления интеграла Кирхгофа за счёт использования аналитических преобразований и эффективной программной реализации. Показаны последовательные шаги увеличения быстродействия после каждого преобразования. Получены условия применения различных приближений. Отметим, что после применения всех преобразований время выполнения программы слабо зависит от расстояния между входной и выходной плоскостями.
Бесплатно
Быстрый способ построения моментных инвариантов на изображении с использованием аппроксимации
Статья научная
В данной работе описан быстрый способ построения характеристик изображения. В качестве признаков берутся моментные инварианты Ху. Предлагается использовать параллельнорекурсивный алгоритм для расчета обобщенных моментов в скользящем окне по изображению, а затем аппроксимировать по ним значения инвариантов. Данный метод вычислительно более эффективен, чем прямой расчет.
Бесплатно
Статья научная
Задача расчёта функции эйконала светового поля, заданной на некоторой поверхности, из условия формирования заданного распределения освещённости на некоторой другой заданной поверхности сформулирована как задача Монжа - Канторовича о перемещении масс. Получено, что функция стоимости в задаче о перемещении масс соответствует расстоянию между точкой исходной поверхности, на которой задана функция эйконала, и точкой поверхности, на которой требуется сформировать заданное распределение освещённости. Получено аналитическое выражение для градиента «функционала стоимости», описывающего задачу о перемещении масс. Это позволяет использовать для расчёта функции эйконала методы градиентного спуска.
Бесплатно
Вариационный подход к расчёту функции эйконала
Статья научная
Задача расчёта функции эйконала из условия фокусировки в заданную область сформулирована как вариационная задача и как задача Монжа-Канторовича о перемещении масс. Получено, что функция стоимости в задаче Монжа-Канторовича соответствует расстоянию между точкой исходной области, в которой задана функция эйконала, и точкой области фокусировки. Предложенный в работе формализм позволяет свести расчёт функции эйконала к решению задачи линейного программирования. При этом расчёт «лучевого отображения», соответствующего функции эйконала, сводится к решению линейной задачи о назначениях. Предложенные вариационные подходы проиллюстрированы на примере расчёта оптических элементов для фокусировки пучка круглого сечения в прямоугольную область.
Бесплатно
Векторизация метода распространяющегося пучка и его реализация по технологии CUDA
Статья научная
Разработан векторный алгоритм метода решения уравнения Гельмгольца (BPM подход), основанный на представлении вычислений в модели SIMD (Single Instruction, Multiple Data). Реализация данного алгоритма на графическом процессоре NVIDIA GeForce GTS 250 по технологии CUDA продемонстрировала ускорение вычислений в 22,5 раза по сравнению с расчетами на центральном процессоре Intel Core Duo E7500.
Бесплатно
Векторные лазерные пучки Ханкеля с орбитальным угловым моментом
Статья научная
Получены в явном виде амплитуды всех проекций векторов напряжённости электрического и магнитного полей для семейства векторных непараксиальных вихревых пучков Ханкеля с линейной поляризацией. Тем самым получены в замкнутой аналитической форме выражения для проекций вектора Умова-Пойнтинга и вектора углового момента. До сих пор только для непараксиальных векторных пучков Бесселя и параксиальных векторных пучков Лагерра-Гаусса были аналитически получены проекции этих векторов.
Бесплатно
Векторный анализ интерференции парных компланарных пучков с линейной или круговой поляризацией
Статья научная
В работе с помощью формализма фокусировки Ричардса–Вольфа численно исследована многолучевая интерференция двух и четырёх световых пучков с линейной или круговой поляризацией с различной ортогональностью и ориентацией вектора поляризации. Показана возможность формирования световых полей с периодически повторяющейся структурой поляризации. В частности, установлено, что при фокусировке четырёх равноудалённых от оптической оси пучков с изменяющейся ориентацией линейной поляризации, имитирующей изменение вектора поляризации в одиночном радиально или азимутально поляризованном пучке, формируются периодические световые поля. Поляризационное распределение таких полей фактически представляет собой набор поляризационных сингулярностей, соответствующих радиально и азимутально поляризованным пучкам. Предложенный подход не требует изготовления сложных субволновых решёток, элементов на их основе или модового сложения световых полей за счёт дифракционных оптических элементов или пространственных модуляторов света. Сформированные световые поля позволяют существенно ускорить процесс лазерной обработки тонких плёнок светочувствительных материалов с целью создания массивов различных упорядоченных нано- и микроструктур.
Бесплатно
Вероятностные свойства контурной модели радиолокационного изображения
Статья научная
Представлены результаты исследования статистических характеристик радиолокационного изображения и математическая модель процесса формирования отсчетов яркости применительно к задачам цифровой обработки изображений. Методом имитационного моделирования проведено исследование возможности использования свойств разрывности и однородности при формировании РЛИ. Полученные характеристики свидетельствуют о возможности использования предлагаемой модели в задачах цифровой обработки изображений.
Бесплатно
Взаимодействие двухсолитонных импульсов в нелинейноm многомодовом волноводе
Статья научная
В [1] проведено численное исследование эволюции амплитудных огибающих односолитонных лазерных импульсов, соответствующих модам с различными фазовыми скоростями, в нелинейном многомодовом волноводе. В данной работе приведены результаты для двухсолитонных импульсов, соответствующих различным модовым пакетам. Численно исследован эффект распада двухсолитонных импульсов на односолитонные.
Бесплатно
Статья научная
Для диапазона длин волн 0.200 - 0.486 мкм предложен высокоразрешающий метод визуализации когерентных световых полей с помощью экранных регистраторов рентгеновского излучения на основе щелочногалоидных кристаллов (LiF и NaCl). Данный метод позволяют осуществлять визуализацию в произвольных, в том числе и в продольных, срезах (сечениях) световых полей с предельным разрешением до долей микрона.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается задача навигации автономного необитаемого подводного аппарата. Изображения, получаемые бортовой стереокамерой, используются для построения облаков точек, привязанных к конкретным положениям аппарата. Квантованные дескрипторы точек хранятся в метрическом дереве для организации процедуры быстрого поиска с использованием алгоритма best bin first. Связи для нового облака точек ищутся в небольшой группе облаков, которые имеют наибольшее число похожих дескрипторов, сохранённых в дереве. Таким образом, новое облако может быть позиционировано относительно других облаков без какой-либо априорной информации о положении АНПА и точности, с которой это положение известно. Это приводит к повышению надежности системы навигации, делает систему нечувствительной к пропускам данных, однотонным участкам дна и длинным проходам без пересечений собственной траектории. В статье рассматриваются алгоритмы построения облаков точек, сопоставления этих облаков, построения групп потенциально связанных облаков для ускорения процедуры глобального поиска связей. Также предлагается основной алгоритм навигации, состоящий из трёх выполняемых параллельно подпрограмм: добавление изображений в систему, обновление дерева поиска, оптимизация. Предложенный алгоритм навигации тестируется как на реальных, так и на синтетических данных. Тесты на реальных данных показывают, что траектория может быть построена даже для последовательностей с 60 % пропущенных изображений и малым или нулевым перекрытием последовательных снимков. Тесты на синтетических данных демонстрируют, что построенная траектория близка к истинной даже для длительных миссий. Средняя скорость работы навигационной системы составляет 3 кадра в секунду на процессоре среднего ценового диапазона.
Бесплатно
Статья научная
Исследовано влияние побочных дифракционных порядков на визуально оцениваемое качество изображения, формируемого рефракционно-дифракционной оптической системой. Показано, что если микроструктура дифракционной линзы, используемой в оптической системе, имеет пилообразный профиль, а вариации яркостей регистрируемых системой сцен не являются экстремальными, то побочные дифракционные порядки практически не снижают частотно-контрастную характеристику системы, а гало не оказывает сколь-нибудь существенного негативного влияния на визуальное восприятие изображения.
Бесплатно
Вихревой Фурье-инвариантный пучок Лагерра-Гаусса в квадрате
Статья научная
Показано, что вихревой пучок Лагерра-Гаусса «в квадрате» является Фурье-инвариантным и сохраняет свою структуру в фокусе сферической линзы. В зоне дифракции Френеля такой пучок преобразуется в суперпозицию обычных пучков Лагерра-Гаусса, число которых равно числу колец у пучка Лагерра-Гаусса «в квадрате». Если кольцо всего одно, то пучок является структурно стабильным. Также рассмотрен более общий пучок, являющийся «произведением» двух пучков Лагерра-Гаусса. Такой пучок будет Фурье-инвариантным, если число колец у двух пучков Лагерра-Гаусса в «произведении» одинаковое. Рассмотренные пучки дополняют хорошо известный базис пучков Лагерра-Гаусса, которые интенсивно изучаются в связи с их устойчивостью при распространении в турбулентной среде.
Бесплатно
Вихревой поток энергии в остром фокусе безвихревого поля с круговой поляризацией
Статья научная
С помощью формул Ричардса - Вольфа показано, что при острой фокусировке безвихревого поля с осевой симметрией (например, пучка Гаусса или пучка Бесселя - Гаусса нулевого порядка) и круговой поляризацией в фокальной плоскости формируется субволновое фокусное пятно, вокруг которого поток энергии распространяется по спирали. Это объясняется преобразованием круговой поляризации (спиновый угловой момент поля) в орбитальный угловой момент вблизи фокуса, хотя на самой оптической оси орбитальный угловой момент равен нулю. Также показано, что оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и линейной поляризацией формирует вблизи фокальной плоскости на оптической оси обратный поток энергии (продольная компонента вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная), сравнимый с прямым потоком.
Бесплатно
Вихревые векторные пучки Ханкеля с круговой поляризацией
Статья научная
Рассмотрены векторные пучки Ханкеля с круговой поляризацией. Эти пучки являются обобщением сферической волны, в которую внедрен оптический вихрь. Получены явные аналитические выражения для всех шести проекций электрического и магнитного векторов напряженности электромагнитного поля. Эти выражения точно удовлетворяют системе уравнений Максвелла. Показано отличие в характере распространения в пространстве для пучков Ханкеля с левой и правой круговыми поляризациями. Получены также выражения в дальней зоне дифракции для проекций векторов Умова-Пойнтинга и углового момента.
Бесплатно
Вихревые дифракционные линзы для формирования вихревых световых пучков
Статья научная
Рассмотрено формирование вихревых световых пучков с помощью вихревой параболической линзы. Показано, что при формировании такого пучка складываются топологические заряды структуры вихревой линзы и топологические заряды отдельных зон вихревой линзы.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены вихревые пучки, комплексная амплитуда которых выражается в виде произведения функции Гаусса и двух функций Бесселя со сложной корневой зависимостью аргументов от цилиндрических координат и постоянного параметра, который определяет вид распределения интенсивности. Такие пучки можно назвать пучками Бесселя–Бесселя–Гаусса. Найден явный вид комплексной амплитуды таких пучков на любом расстоянии от перетяжки. Показано, что пучки Бесселя–Бесселя–Гаусса обладают аномально большой скоростью вращения: на расстоянии много меньшем длины Рэлея интенсивность поворачивается почти на 45 градусов. Показано также, что с помощью параметра можно управлять величиной топологического заряда пучка Бесселя–Бесселя–Гаусса: с увеличением положительного значения параметра топологический заряд пучка увеличивается скачками на четное число. Рассмотрены еще два других варианта пучков Бесселя–Бесселя–Гаусса.
Бесплатно
