Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Двухфазные операции в больших сетях наноспутников
Статья научная
Рассматривается решение задачи дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ) кластерами простых наноспутников (НС), объединённых в сеть, не обладающих автономным управлением движения центра масс и случайным образом распределённых в заданной зоне обслуживания межвиткового интервала трассы орбиты. При данной постановке получения информации от совокупности НС требуется не только изучение свойств каждого НС, но и рассмотрение свойств больших случайных кластеров объектов, образующих «сложную сеть». Вводится понятие управляемой перколяции зоны обслуживания, которая реализуется в две фазы: на первой создаётся стохастическая основа с относительно небольшой концентрацией НС, не обеспечивающей стохастическую перколяцию, а на второй в межкластерные интервалы оптимальным образом вводятся дополнительные наноспутники с целью получения кратчайшего перколяционного пути через стохастически образованные кластеры НС при сравнительно низком общем количестве НС и минимизации общих затрат.
Бесплатно
Двухэтапное формирование пространственного преобразования для совмещения изображений
Статья научная
В статье рассматривается задача совмещения изображений. Анализируется случай совмещения пары изображений одной сцены, зарегистрированной разными сенсорами. Обсуждаются проблемы, возникающие в случае, когда на изображении имеется малоинформативная область, в которой часто возникают ошибки при определении соответствующих точек. Предлагается технология, в которой по надёжным соответствующим точкам в информативной области изображения строится проективное преобразование, которое затем используется для задания и уточнения соответствующих точек. Приводятся результаты экспериментов, иллюстрирующие эффективность технологии.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается двухэтапный алгоритм обнаружения объектов на изображении со случайной формой границы в присутствии аддитивного шума. На первом этапе с использованием статистически оптимального или нейросетевого алгоритма анализируются локальные участки изображения с целью обнаружения и оценивания параметров перепада яркости. На втором этапе путем анализа результатов первичной обработки локальных участков с использованием алгоритма максимального правдоподобия принимается окончательное решение о наличии объекта на изображении и о локализации его целостной границы. Для ускорения процесса обнаружения объектов предложен алгоритм, реализующий нахождение максимума функционала правдоподобия путем поиска минимального пути на графе методом динамического программирования.
Бесплатно
Двухэтапный трансформационный метод кодирования изображений
Статья научная
Описан метод кодирования, основанный на том, что амплитудная часть спектра изображений в ортогональных базисах обладает существенной избыточностью по сравнению с фазовой частью, позволяющей путем дополнительного кодирования амплитудной части увеличить коэффициент сжатия видеосигнала без ухудшения его качества. Изложены подходы к дополнительному кодированию амплитудной части спектра в базисах двумерного и одномерного косинусного преобразования. Проведено сравнение с классическим трансформационным кодированием, подтверждающее эффективность предложенного метода.
Бесплатно
Статья научная
Резонансные эффекты, аналогичные расщеплению Аутлера - Таунса, электромагнитно-индуцированной прозрачности и резонансам Фано, продемонстрированы в волноводном резонаторе Фабри - Перо, образованном изогнутым одномодовым световодом с металлизированными торцами. Показано, что данные эффекты возникают вследствие сильной связи между фундаментальной модой сердцевины и оболочечной модой шепчущей галереи. Полученные результаты открывают новые возможности в области построения функциональных элементов фотоники, использующих оболочечные моды изогнутых световодов, в частности, волоконно-оптических рефрактометров для био- и хемосенсорных применений.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматриваются задачи детектирования бликов артефактов, затрудняющих работу видеосистем обеспечения безопасности на транспорте, а также задачи распознавания дорожных знаков в видеосистемах. Предложены алгоритмы решения указанных задач на основе методов фрактального анализа. Экспериментально показана эффективность разработанных алгоритмов детектирования в сравнении с алгоритмами на основе метода активных контуров.
Бесплатно
Детектирование книг на книжных полках при помощи глубоких нейронных сетей
Статья научная
Глубокие нейронные сети в настоящее время получили широкое распространение в различных сферах деятельности человека, в том числе тех, где требуется работа с большим объемом данных, а также операции по получению и обработке информации из окружающего мира. В данной статье рассмотрено создание сверточной нейронной сети на основе архитектуры YOLO по детектированию книг в режиме реального времени. Описаны процесс создания собственного набора данных и обучение на нем глубокой нейронной сети. Приведена структура полученной нейронной сети, и рассмотрены наиболее часто используемые метрики для оценки качества ее работы. Также сделан краткий обзор существующих видов архитектур нейронных сетей. Выбранная в качестве основы для нейросети архитектура обладает рядом преимуществ, позволяющих ей в значительной мере конкурировать с другими моделями нейросетей и делающих ее наиболее подходящим вариантом для создания сети, нацеленной на детектирование объектов, так как при ее разработке были значительно снивелированы некоторые часто встречающиеся недостатки подобных сетей (проблемы с распознаванием схожих по оформлению, имеющих одинаковый цвет обложек или расположенных под наклоном книг). Результаты, полученные в ходе обучения глубокой нейронной сети, позволяют использовать ее в качестве основы для дальнейшей разработки приложения, целью которого будет являться детектирование книг по книжным корешкам.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается метод адаптивного управления сигналами/фазами светофоров в интеллектуальных транспортных и геоинформационных системах, основанный на детерминированной прогнозной модели. Под детерминированной прогнозной моделью в работе понимается набор явных аналитических закономерностей и / или операций, связывающих информацию о движении транспортных средств в окрестности конкретного перекрёстка, с данными о прогнозируемом «потоке» транспортных средств через перекрёсток за одну конкретную фазу светофорного цикла. Предлагаемый метод управления основывается на выборе фазы светофорного цикла, прогнозируемый поток для которой оказывается максимален. Таким образом, метод обеспечивает управление сигналами / фазами светофоров на основе данных о движении транспорта, включая данные с подключенных и автономных транспортных средств. Экспериментальные исследования были проведены в системе микроскопического моделирования транспортных потоков SUMO. Представлено сравнение предложенного метода с решениями, обладающими лучшими в своём классе показателями эффективности: эмпирическими алгоритмами управления и методами управления на основе обучения с подкреплением. Показано преимущество предложенного метода, определены направления дальнейших исследований.
Бесплатно
Статья научная
Представлен анализ влияния освещения с широким временным спектром на свойства расфокусированного интерференционного сигнала и численно сфокусированной визуализации в интерференционной микроскопии. Показано, что отличия во влиянии дефокусировки на различные спектральные компоненты сигнала с широким временным спектром могут приводить к ухудшению изображений расфокусированных частей объекта, несмотря на использование численной фокусировки. Величина этих эффектов зависит от ширины временного спектра, числовой апертуры изображающей системы и величины дефокусировки. Рассмотрено влияние этих эффектов на свойства численно сфокусированной визуализации в оптической когерентной томографии/микроскопии в фурье-области.
Бесплатно
Диаметр светового пятна в ближней зоне бинарного дифракционного микроаксикона
Статья научная
В работе исследовались бинарные аксиконы с периодом 4, 6 и 8 микрометров, изготовленные по технологии фотолитографии с разрешением 1 мкм, глубиной 500 нм и диаметром 4 мм. Экспериментально показано, что в ближней зоне дифракции вдоль оптической оси на расстоянии до 40 мкм от аксикона появляются фокальные пятна с диаметром от 3,5lambda до 4,5lambda (для аксикона с периодом T=4 мкм) и от 5lambda до 8lambda (для аксикона с T=8 мкм), lambda - длина волны света (lambda=0,532 мкм). Причем первый фокус возникает на расстоянии 2 мкм (T=4 мкм), а фокальные пятна появляются с периодом 2 мкм (T=4 мкм) и 4 мкм (T=8 мкм). Проведено моделирование дифракции плоской и расходящейся линейно-поляризованных световых волн с помощью программы FullWAVE (RSoft) и оригинальной программы R-FDTD, реализующих разностные методы решения 3D уравнений Максвелла в декартовой и цилиндрической системах координат. Полученные численные значения диаметров фокальных пятен на оптической оси в ближней зоне дифракции для аксикона с периодом T=4 мкм согласуются с экспериментальными данными.
Бесплатно
Диаметр фокусного пятна для негауссовых пучков с конечной энергией
Статья научная
Аналитически и с помощью моделирования показано, что радиально-симметричные негауссовы параксиальные пучки с конечной энергией позволяют в несколько раз уменьшить диаметр фокусного пятна по сравнению с диаметром фокусного пятна, сформированного соответствующим Гауссовым пучком. Кроме того, рассмотренные негауссовы пучки имеют соотношение неопределённостей, взятое по полуспаду интенсивности пучков, в 4 раза меньше, чем для Гауссова пучка. Моделирование острой фокусировки таких негауссовых пучков с линейной поляризацией также показало возможность уменьшения в 2 раза диаметра фокусного пятна по сравнению с диаметром фокусного пятна соответствующего Гауссова пучка.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты расчёта зеркала с поверхностью свободной формы для формирования постоянной освещённости в прямоугольной области с угловыми размерами 30°×15°. Метод расчёта основан на формулировке задачи расчёта «лучевого отображения» как задачи Монжа - Канторовича о перемещении масс и её сведении к решению линейной задачи о назначениях. Приведены описание процесса изготовления зеркала методом фрезерования и результаты экспериментальных измерений формируемого зеркалом светового распределения. Результаты экспериментальных исследований находятся в хорошем соответствии с результатами численного моделирования и подтверждают «технологичность» использованного метода расчёта.
Бесплатно
Динамика двухкубитной модели Тависа–Каммингса при наличии взаимодействия кубитов изинговского типа
Статья научная
Рассмотрена динамика перепутывания системы двух сверхпроводящих кубитов, нерезонансно взаимодействующих с тепловым полем копланарного резонатора без потерь, с учетом прямого взаимодействия кубитов изинговского типа. Найдено точное выражение для зависящего от времени статистического оператора полной системы. С его помощью была вычислена редуцированная матрица плотности кубитов и рассчитан количественный критерий перепутывания двухкубитной системы ‒ параметр Переса–Хородецких. Показано, что для резонансной модели и сепарабельного начального состояния кубитов, в котором один из них возбужден, а второй находится в основном состоянии, включение прямого взаимодействия кубитов ведет к возрастанию степени их перепутывания. Выявлено также, что для рассматриваемой модели влияние расстройки на перепутывание кубитов значительно эффективнее, нежели прямое взаимодействие. Для перепутанного начального белловского состояния кубитов наиболее интересным представляется вывод о том, что учет прямого взаимодействия приводит к исчезновению явления мгновенной смерти перепутывания в случае резонансного взаимодействия кубитов и поля и, напротив, к возникновению указанного эффекта для нерезонансного взаимодействия.
Бесплатно
Динамика несолитонных импульсов в нелинейном информационном канале
Статья научная
Найдены колебательные и монотонные режимы эволюции максимума интенсивности и полуширины огибающих несолитонных сигналов при нелинейных режимах распространения импульсов в одномодовом световоде.
Бесплатно
Динамика перепутывания атомов с двухфотонными переходами, индуцированного тепловым полем
Статья научная
В настоящей работе мы исследуем атом-атомное перепутывание двух двухуровневых атомов (кубитов), нерезонансно взаимодействующих с тепловым полем одномодового идеального резонатора посредством эффективных вырожденных двухфотонных переходов. На основе точного решения для зависящей от времени матрицы плотности рассматриваемой системы мы вычислили отрицательность как меру перепутывания атомов. Показано, что для сепарабельных начальных состояний атомов включение малой расстройки частот атомов и поля приводит к существенному увеличению максимальной степени перепутывания атомов. Установлено также, что для нерезонансного взаимодействия атома с полем перепутывание, индуцированное нелинейным двухфотонным взаимодействием, меньше перепутывания, вызванного однофотонным взаимодействием, в отличие от модели с резонансным взаимодействием, где имеет место обратный эффект. Для перепутанного начального атомного состояния белловского типа увеличение расстройки приводит к уменьшению амплитуд осцилляций Раби отрицательности, т.е. стабилизации атомного перепутывания. В работе также показано, что включение расстройки приводит к устранению эффекта мгновенной смерти перепутывания.
Бесплатно
Дискретизация в эталонных модовых элементах компьютерной оптики
Статья научная
Теоретически исследовано влияние дискретизации функции комплексного пропускания на работу оптических элементов, формирующих поперечно-модовый состав когерентного света. Построена модель дискретизации при синтезе оптических элементов методами компьютерной оптики при различных способах кодирования с несущей. Получены оценки энергетической эффективности оптических элементов при наличии дискретизации. Введены критерии точности формирования поперечно-модового состава излучения и найдена их связь с параметрами дискретизации и физическими параметрами светового пучка. Предложен алгоритм коррекции возмущений дискретизации при синтезе модовых оптических элементов на ЭВМ. Для мод Гаусса-Эрмита приведены аналитические выражения и числовые оценки энергетической эффективности и критериев точности формирования поперечно-модового состава.
Бесплатно
Дискретизация математической модели анализа контурных изображений на основе оптики спиральных пучков
Статья научная
В статье в кратком виде излагается математическая модель распознавания контуров объектов интереса на растровом изображении. Более детально раскрывается процесс ее дискретизации в рамках разработки численных методов, которые позволяют реализовать указанную модель на современных средствах вычислительной техники. Приведены явные математические выкладки, пригодные для написания кодов прикладного программного обеспечения, получена оценка вычислительной сложности, подтверждающая возможность достижения производительности режима реального времени. Представлены результаты численного эксперимента по восстановлению спиральных пучков света.
Бесплатно
Дискретизация непрерывных контуров изображений, заданных в комплекснозначном виде
Статья научная
Рассмотрены вопросы дискретизации непрерывных контуров изображений. Исследовано влияние дискретизации на распознавание непрерывных контуров изображений.
Бесплатно
Дискретное веерное преобразование радона в задаче выделения центров ветвей сетчатых структур
Статья научная
В статье рассматривается модифицированное преобразования Радона в применении к задаче выделения центров ветвей на изображениях сетчатых структур. Аналитическое выражение классического преобразования Радона приводится к виду, пригодному для анализа сетчатых структур, одной из главных характеристик которых является наличие точек разветвления и пересечения ветвей. Анализируются способы численного расчета выведенного преобразования для дискретных данных. Описывается способ выделения центров ветвей на изображениях сетчатых структур, использующий введенное преобразование.
Бесплатно
Дискретные ортогональные преобразования на решетках целых элементов квадратичных полей
Статья
В работе вводится новый класс (двумерных) дискретных ортогональных преобразований, определенных на решетках целых элементов квадратичных полей. Метод синтеза таких преобразований существенно использует специфику представления целых квадратичных элементов в так называемых квазиканонических системах счисления. В данной статье, представляющей результаты первой части исследований автора, рассматриваются дискретные ортогональные преобразования, связанные исключительно с бинарными системами счисления в квадратичных полях. Рассматриваются также вопросы синтеза быстрых алгоритмов введенных дискретных ортогональных преобразований и возможность их применения к анализу фрактальных (или самоподобных) объектов.
Бесплатно
