Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
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
Вихревые моды Айнса–Гаусса как суперпозиции мод Эрмита–Гаусса
Статья научная
В работе теоретически и численно исследуются вихревые моды Айнса–Гаусса hIGp,q(x, y, ε). Получены явные аналитические выражения, описывающие зависимость орбитального углового момента вихревых мод Айнса–Гаусса при p=2, 3, 4, 5 от параметра эллиптичности ε. При этом были использованы полученные ранее разложения мод Айнса–Гаусса по модам Эрмита–Гаусса. Показано, что в общем случае орбитальный угловой момент является чётной функцией от ε и не обладает монотонным поведением при изменении ε от нуля до бесконечности. При нулевом ε орбитальный угловой момент равен индексу q моды Айнса–Гаусса, а при ε=∞ – величине [q(p–q+1)]1/2. Топологический заряд вихревой моды Айнса–Гаусса зависит от ε и равен индексу q при ε=0 и индексу p при ε=∞.
Бесплатно
Статья научная
В статье анализируются деградация характеристик радиолокационных изображений трансионосферных РЛС с синтезированной апертурой (РСА), возникающая вследствие эффектов распространения радиоволн в атмосфере Земли. Предлагается методика расчета характеристик изображений и, в частности, азимутального разрешения РСА. Приводятся результаты расчета потенциального пространственного разрешения на радиолокационных изображениях с учетом влияния атмосферы.
Бесплатно
Влияние дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства
Статья научная
Приведены результаты исследования влияния дискретности синтезированных и цифровых голограмм на их изображающие свойства, т.е. на структуру и качество восстанавливаемого с их помощью изображения. Установлены и обоснованы требования, обеспечивающие идентичность структур объекта и восстановленного изображения и предъявляемые к соотношениям между основными параметрами синтеза или регистрации дискретной голограммы - рабочей длиной волны, углом падения опорной волны, минимальным размером элемента, структурой объекта и периодом дискретизации голограммы. Рассмотрена возможность смягчения указанных требований, обеспечиваемая либо модификацией структуры голограммы, либо использованием характерного для дискретных структур эффекта подмены частот.
Бесплатно
Влияние дифракции на изображения, согласованные с вытянутыми сфероидальными волновыми функциями
Статья научная
Рассмотрены свойства вытянутых сфероидальных волновых функций нулевого порядка, важные для дифракционной оптики: инвариантность к преобразованию Фурье, устойчивость к диафрагмированию в оптических системах, самовоспроизведение на некотором расстоянии в свободном пространстве. Исследованы влияние размеров диафрагмы на точность передачи сигнала, согласованного с вытянутыми сфероидальными волновыми функциями линзовыми системами. Проведено сравнение с функциями Гаусса-Эрмита.
Бесплатно
Влияние длины волны на распространение мощных фемтосекундных лазерных импульсов в алмазе
Статья научная
Проведено численное моделирование распространения мощных фемтосекундных лазерных пучков в кристалле алмаза в режиме самофокусировки. Длина волны моделируемых пучков варьировалась в широком диапазоне (400 нм, 532 нм, 800 нм и 1064 нм), который охватывает наиболее распространённые ультракороткие лазерные системы. Для всех длин волн обнаружено ограничение роста плотности лазерной энергии внутри алмазного кристалла при увеличении энергии импульса. Данный эффект имеет определенное сходство с эффектом оптического лимитирования в лазерных филаментах, однако проявляется вне зоны формирования филамента и способен приводить к выравниванию плотности лазерной энергии, а также электронной плотности внутри обширной предфокальной области.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлены результаты измерения характеристик дополнительной фазовой модуляции серийного амплитудного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора света HoloEye LC 2002. Получена зависимость величины вносимого фазового сдвига данного жидкокристаллического пространственно-временного модулятора от поданного на него сигнала, определяющего амплитудное пропускание. Выполнено математическое моделирование работы инвариантного дифракционного оптико-цифрового коррелятора на базе жидкокристаллического пространственно-временного модулятора с фазовым сдвигом, зависящим от амплитуды в соответствии с измеренными ранее данными. Для обеспечения инвариантности корреляционного распознавания использованы два типа корреляционных фильтров - оптимальный компромиссный фильтр с максимальной средней высотой корреляционного пика и фильтр с минимумом шума и энергии корреляции. Предложен метод оптимизации корреляционных фильтров с целью компенсации ошибки распознавания, обусловленной наличием дополнительной фазовой модуляции, позволяющий в ряде случаев не только компенсировать, но и уменьшить ошибку распознавания.
Бесплатно
Статья научная
В работе с помощью пакета Zemax исследовались аберрации волнового фронта, возникающие в изображении при изменении кривизны поверхности роговицы человеческого глаза. Использовалась модель глаза Лиоу-Бреннана. Кривизна поверхностей и аберрации волнового фронта в данной работе описывались полиномами Цернике. Показана возможность компенсации аберраций дефокусировки и астигматизма путём внесения в кривизну передней поверхности роговицы соответствующих полиномов.
Бесплатно
Статья научная
Проведён анализ пространственной селективности вырожденного четырёхволнового преобразователя излучения в прозрачной двухкомпонентной среде с учётом электрострикции и эффекта Дюфура в зависимости от коэффициента отражения. Показано наличие корреляции зависимостей коэффициента отражения и полуширины полосы не отражённых таким преобразователем пространственных частот от интенсивности волн накачки.
Бесплатно
Статья научная
Приведены результаты исследования влияния метода синтеза голограмм, а также используемого при описании объектной волны распределения фазы в плоскости объекта на качество восстановленного изображения. Работа выполнена методом численных экспериментов применительно к синтезу голограмм-проекторов двумерных амплитудных бинарных транспарантов - фотошаблонов, предназначаемых для использования при реализации метода голографической фотолитографии. Рассмотрены два метода синтеза голограмм: метод, основанный на принципе Гюйгенса, и метод таблиц соответствия. Продемонстрировано влияние фазовых масок, установленных в освещающую объект волну, на качество восстановленного изображения.
Бесплатно
Статья научная
Исследована угловая зависимость дифракционной эффективности динамической голограммы в растворе красителя, моделируемом трех- и четырехуровневой схемой энергетических уровней, с учетом расходимости опорной волны. Получено выражение, связывающее ширину полосы углов динамической голограммы с ее оптимальной толщиной и угловой расходимостью опорной волны, и определены границы его применения.
Бесплатно
Влияние намагниченности слоёв магнитооптической структуры на отражение электромагнитных волн
Статья научная
Рассматривается взаимодействие света с многослойной магнитооптической структурой, каждый слой которой имеет индивидуальное направление вектора намагниченности. Используется матричный метод расчёта коэффициентов прохождения и отражения света с учётом неоднородности параметров среды. Проведена оценка влияния неоднородности намагниченности на спектральные характеристики коэффициентов отражения и прохождения.
Бесплатно
