Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Статья научная
Представлен и описан способ корреляционного и амплитудно-частотного анализа данных наблюдения геомагнитных вариаций и космической погоды на основе концепции единого информационного пространства, моделей и методов вейвлет- и Фурье-анализа и геоинформационных технологий. Способ включает формализованные элементы математического и методического обеспечений для задач амплитудно-частотного и корреляционного анализа данных наблюдения геомагнитных вариаций и космической погоды и верифицируется посредством предложенного и разработанного авторами экспериментального образца платформонезависимой веб-ориентированной геоинформационной системы GEOMAGNET (http://www.geomagnet.ru). Для апробации способа использованы результаты наблюдений магнитных обсерваторий сети INTERMAGNET, а также данные космической погоды, регистрируемые искусственным спутником Земли ACE. Приводятся, обсуждаются и оцениваются полученные посредством системы GEOMAGNET результаты наблюдения, автоматизированного корреляционного и амплитудно-частотного анализа информационных сигналов, отражающих в режиме контрольного времени вариации параметров геомагнитного поля и космической погоды как на поверхности Земли, так и в околоземном пространстве.
Бесплатно
Статья научная
Основываясь на данных наблюдения магнитных обсерваторий и вариационных станций, публикуемых на портале SuperMAG, предлагается и верифицируется подход к построению специализированной веб-ГИС на базе микросервисной архитектуры, обеспечивающей аналитический контроль возмущенной составляющей вариаций геомагнитного поля. Реализованный в рамках данной системы метод пространственной интерполяции геомагнитных данных в совокупности с предложенной схемой их ранжировки и интерпретации, а также способом визуализации в виде изолиний позволяет отслеживать структуру, наблюдать динамику, выявлять вероятные регионы, длительность и временные интервалы возникновения экстремальных геомагнитных возмущений.
Бесплатно
Геометрически обоснованный метод формирования атомных кластеров Морса больших размеров
Статья научная
В статье предлагается геометрически обоснованный метод построения начальной конфигурации полной икосаэдрической структуры атомного кластера, обеспечивающий нахождение глобального минимума энергии кластера за счёт однократного выполнения процедуры локальной оптимизации. Основу метода составляет предложенный алгоритм послойного размещения центров атомов кластера, позволяющий формировать структурные конфигурации, часто встречающиеся среди кластеров с глобально-минимальной энергией взаимодействия его атомов. Данный алгоритм предоставляет возможность строить пространственные конфигурации плотной упаковки шаров при формировании икосаэдрических и декаэдрических структур, а также полных икосаэдров с большим количеством атомов. С помощью предложенного метода достигнуты минимальные значения энергии атомных кластеров Морса больших размеров ( N = 817, 923 и 1415), которые являются рекордными для кластеров Морса с r = 6.
Бесплатно
Геометрооптическая модель многомодового эрмито-гауссового пучка
Статья научная
Предлагается математическая модель пространственного распределения потока излучения в многомодовом Эрмито-Гауссовом пучке. В этой модели пространственное распределение потока излучения описывают лучи с нанизанными на них потоками излучения. Особенностью предлагаемой модели является то, что нанизанные на лучи потоки излучения складываются алгебраически.
Бесплатно
Статья научная
Получено общее аналитическое представление для эйконала дифракционного оптического элемента (ДОЭ) для фокусировки в произвольно ориентированную в пространстве плоскую кривую в непараксиальном случае. Эйконал записан в специальных криволинейных координатах. Расчет функции эйконала из условия фокусировки в линию с заданным распределением интенсивности сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, разрешенного относительно производной. Проведен расчет ДОЭ для фокусировки в отрезок. Результаты моделирования показывают высокое качество фокусировки в отрезок.
Бесплатно
Геометрооптический расчет оптических элементов для фокусировки в линию в непараксиальном случае
Статья научная
Расчет функции эйконала из условия фокусировки в произвольную кривую в непараксиальном случае сведен к решению обыкновенного дифференциального уравнения первого порядка, разрешенного относительно производной. Проведен расчет функций эйконала для фокусировки в отрезок и в дугу окружности. Функции эйконала использованы для расчета преломляющих оптических элементов. Результаты моделирования показывают высокое качество фокусировки в отрезок и дугу.
Бесплатно
Геометрооптический расчёт фокального пятна гармонической дифракционной линзы
Статья научная
Работа посвящена исследованию функции рассеяния точки гармонической дифракционной линзы, освещаемой немонохроматическим излучением, с использованием гибридного геометрооптического и волнового подхода.
Бесплатно
Статья научная
Предложена гибридная архитектура нейронной сети SegTwice для решения задачи семантической сегментации, которая сочетает в себе преимущества трансформеров и свёрточных нейронных сетей в рамках общей структуры кодер-декодер. Представлена оригинальная архитектура кодирующей сети TWICE-DA с иерархической структурой из четырех уровней. Вводятся и обосновываются новые архитектурные решения в блоках трансформера, имеющие отличие от известных аналогов. К ним относятся: модуль многомасштабного восприятия, модуль канального внимания, модуль деформируемого внимания и модуль свёрточной сети прямого распространения. Для задачи классификации изображений проведены эксперименты с целью оценки эффективности извлечения признаков TWICE-DA на разных по сложности наборах данных. Показано, что TWICE-DA демонстрирует высокое качество, превосходя большинство современных моделей по точности и вычислительной сложности. Осуществлена интеграция TWICE-DA в структуру сети семантической сегментации путём добавления легковесного MLP-декодера, что в итоге позволило реализовать заявленную архитектуру SegTwice. Эксперименты, проведённые на типовых аэрокосмических наборах данных LoveDA и Potsdam, показали, что предложенная сеть SegTwice демонстрирует конкурентоспособные показатели и не уступает в точности традиционным моделям и современным трансформерам, а в некоторых случаях превосходит их. Важно отметить, что SegTwice обучалась «с нуля», без предварительного обучения на больших наборах данных, что свидетельствует о её устойчивости к переобучению в условиях ограниченного объёма данных.
Бесплатно
Статья научная
Разработан и исследован гибридный рефракционно-дифракционный корректор волнового фронта (нулевая система) для высокоточного контроля светосильных (f/1.5) асферических поверхностей с помощью интерферометра Физо. Предложен и проверен простой новый метод для юстировки всех оптических компонентов оптической системы. Представлены экспериментальные результаты исследования оптической системы и проверки формы поверхности асферического зеркала
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены наиболее используемые на практике методы автоматизированной идентификации изменений ландшафтного покрова по данным дистанционного зондирования Земли. На их основе предложены подходы к формированию гибридных методов. Приведены результаты экспериментальных исследований методов в условиях шумов различного типа и интенсивности. По результатам экспериментов определены гибридные методы, позволяющие получать результаты лучшего качества по сравнению с известными методами при автоматизированном решении задачи идентификации изменений.
Бесплатно
Гибридный асимптотический метод анализа каустик оптических элементов в радиально-симметричном случае
Статья научная
В статье предложен новый подход к расчёту распределений световых полей в рамках геометрической оптики. Описан новый интегральный оператор для вычисления распределения интенсивности в рамках геометрической оптики. В рамках предложенного метода найдены распределения интенсивности от ранее изученных падающих пучков. Найдены особые точки этих распределений, и рассчитаны распределения интенсивности вблизи каустик. Разработанный метод применен для расчета формирования каустик гармоническими дифракционными оптическими элементами в радиально-симметричном случае.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложена гибридная модель прогнозирования, включающая рекуррентную схему штрафного P -сплайна с адаптацией параметров на основе алгоритмов эволюционной оптимизации. В задачах краткосрочного прогнозирования, особенно в системах реального времени, актуальной является задача повышения скорости прогноза без ухудшения его качества. Высокая скорость прогнозирования в данном подходе достигается экономичной вычислительной схемой рекуррентного P -сплайна при малой глубине предыстории. А одновременная адаптация нескольких параметров P -сплайна позволяет управлять точностью прогноза.
Бесплатно
Статья научная
В статье исследуются условия формирования астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков в случае простого астигматизма. Теоретически и экспериментально найдены условия астигматической инвариантности: фазовый параметр q структурированного Лагерр-Гауссова пучка равен арктангенсу отношения длины Рэлея z 0 и фокусного расстояния f cyl цилиндрической линзы для единичного e = 1 амплитудного параметра. Для остальных значений амплитудного параметра e ¹ 1 условие астигматической инвариантности задается равенством орбитального углового момента структурированного Лагерр-Гауссова и астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучков. Также обнаружены резкие всплески и провалы орбитального углового момента в астигматически инвариантных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках в области, где орбитальный угловой момент обращается в ноль. Высота и глубина всплесков и провалов значительно превышают максимальные и минимальные значения орбитального углового момента в обычных структурированных Лагерр-Гауссовых пучках при заданной параметризации. Показано, что возникновение всплесков и провалов орбитального углового момента вызвано радикальной перестройкой спектра Лагерр-Гауссовых мод в виде их жесткого упорядочения. Теоретический расчет, сопровождаемый компьютерным моделированием, и эксперимент хорошо согласуются друг с другом.
Бесплатно
Гиперболическая секансная линза со щелью для субволновой фокусировки света
Статья научная
Моделирование FDTD-методом показало, что бинарная фотонно-кристаллическая гиперболическая секансная микролинза в кремнии ( n 0 = 3,47) размером 2×5 мкм со щелью шириной 50 нм и длиной 250 нм фокусирует ТМ-поляризованную плоскую волну в фокусное пятно вблизи своей поверхности с шириной λ/23 и дифракционной эффективностью 44% и интенсивность в фокусе в 50 раз превышает интенсивность падающего света.
Бесплатно
Гиперболическая фотонная струя
Статья научная
С помощью моделирования FDTD-методом и ближнепольного микроскопа с металлическим кантилевером показано, что при дифракции плоской линейно-поляризованной волны на угловой стеклянной ступеньке высотой 2(lambda) ?, (lambda) - длина волны, формируется слаборасходящаяся искривлённая по гиперболе фотонная струя, с областью повышенной интенсивности длиной по полуспаду 9,5(lambda), с диаметром 1,8(lambda) на расстоянии 5,5(lambda) и максимумом, в 5 раз превышающим интенсивность падающей волны. Расчётные результаты отличаются от экспериментальных на 11%. Показано, что структуры интенсивности при дифракции плоской волны на угловой фазовой ступеньке и на непрозрачном экране с отверстием вместо ступеньки совпадают.
Бесплатно
Гипергеометрические лазерные пучки в параболическом волноводе
Статья научная
Получено выражение для комплексной амплитуды семейства параксиальных гипергеометрических лазерных пучков, распространяющихся в градиентном параболическом волокне. Найден широкий класс модовых решений уравнения Гельмгольца в цилиндрической системе координат для градиентной параболической среды. Эти решения пропорциональны функциям Куммера, но только те из них обладают конечной энергией (то есть физически реализуемы), которые совпадают с модами Лагерра-Гаусса. Отрезок определённой длины градиентного параболического волокна рассмотрен как параболическая линза, для которой получены выражения для числовой апертуры и диаметра фокуса по полуспаду интенсивности. Получена явная формула для радиусов колец бинарной линзы, аппроксимирующей градиентную параболическую линзу. Моделирование FDTD-методом показало возможность фокусировки линейно-поляризованного гауссова пучка бинарной параболической микролинзой с показателем преломления 1,5 в эллиптическое фокусное пятно почти без боковых лепестков и с меньшим диаметром по полуспаду интенсивности 0,45 длины волны.
Бесплатно
Гипергеометрические лазерные пучки общего вида и их известные частные случаи
Статья научная
Показано, что полученное недавно трехпараметрическое семейство точных решений параксиального волнового уравнения (типа Шредингера), которое названо гипергеометрическими лазерными пучками, включает в себя как частные случаи известные семейства лазерных пучков - гауссовые гипергеометрические лазерные пучки и элегантные пучки Лагерра-Гаусса.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено новое семейство параксиальных лазерных пучков, образующих ортогональный базис. При распространении в однородном пространстве эти пучки сохраняют свою структуру с точностью до масштаба. Распределение интенсивности в поперечном сечении таких пучков похоже на распределение интенсивности для мод Бесселя и представляет собой набор концентрических чередующихся светлых и темных колец. Комплексная амплитуда таких пучков пропорциональна вырожденной (конфлюэнтной) гипергеометрической функции, и поэтому мы назвали такие пучки гипергеометрическими модами. Мы сформировали такие моды с помощью жидко-кристаллического микродисплея.
Бесплатно
Гипергеометрические пучки в ближней зоне дифракции в рамках скалярной модели
Статья научная
В работе с использованием интеграла Релея-Зоммерфельда первого типа исследуется дифракция ограниченных гипергеометрических мод и обобщенных гипергеометрических пучков в ближней зоне дифракции (порядка нескольких длин волн). При рассмотрении частных случаев гипергеометрических пучков в рамках скалярной непараксиальной теории дифракции численно показана возможность преодоления дифракционного предела с помощью фазового логарифми-ческого аксикона. На основе представления фазовой функции логарифмического аксикона как набора линейных кольцевых аксиконов проведен анализ полученных результатов.
Бесплатно
Гиперспектральная визуализация патологий кожи в видимой области
Статья научная
Представлены данные анализа гиперспектральных изображений онкопатологий кожи человека. Изображения содержали данные спектров обратного рассеяния нормальной кожи и патологий. На основании данных о содержании основных хромофоров кожи предложен метод диагностики злокачественных пигментных образований кожи.
Бесплатно
