Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
Статья научная
В статье предлагается новый метод детектирования пассивного цветового маркера по последовательности видеокадров. Предлагаемая технология позволяет восстанавливать положение маркера с субпиксельной точностью в реальном времени. Такая точность имеет высокую ценность для решения ряда прикладных задач, в том числе в задачах анализа дорожной ситуации.
Бесплатно
Высокоэффективные рельефно-фазовые дифракционные элементы на криволинейных поверхностях вращения
Статья научная
Приведены уравнения рельефов микроструктур однослойных дифракционных оптических элементов, размещённых на криволинейных поверхностях раздела двух сред, которые обеспечивают совпадающую с расчётной форму формируемого волнового фронта и 100% дифракционную эффективность на одной длине волны независимо от числа зон Френеля. Даны рекомендации по использованию приведённых уравнений при изготовлении двухслойных двухрельефных структур, обеспечивающих высокую дифракционную эффективность в пределах заданного спектрального диапазона.
Бесплатно
Высокоэффективный оптический элемент для светодиодных систем подсветки дисплеев
Статья научная
Предложен преломляющий оптический элемент светодиода для систем подсветки дисплеев. Оптический элемент рассматривается в качестве альтернативы к линейным источникам света в виде люминесцентных ламп с холодным катодом и предназначен для равномерного освещения двух отрезков на поверхности диффузного отражателя. Расчёт оптического элемента сведён к интегрированию системы двух обыкновенных дифференциальных уравнений, разрешённых относительно производной. Представлены результаты моделирования работы модуля системы подсветки, соответствующего матрице оптических элементов, формирующих набор отрезков на диффузной отражающей поверхности. Плоскость расположения элементов совпадает с плоскостью диффузного отражателя. Результаты моделирования показывают равномерное освещение прямоугольной области, расположенной на расстоянии 12-16 мм от плоскости источников. Световая эффективность рассчитанной системы (доля излучённого светодиодами светового потока, попавшая в выходную плоскость) составляет более 94 %
Бесплатно
Вычисление момента импульса электромагнитного поля внутри волновода с абсолютно проводящими стенками
Статья научная
В работе получены явные выражения импульса и момента импульса из теоремы Нётер ( ab initio ), содержащие квадраты модулей коэффициентов разложения по модам волновода, взвешенные на присутствующие порядки вихревой сингулярности. Полученные выражения полезны для квантования электромагнитного поля в волноводе.
Бесплатно
Вычисление преобразований Фурье-Галуа в редуцированных бинарных системах счисления
Статья научная
В работе предлагается новый метод вычисления преобразований Фурье-Галуа (теоретико-числовых преобразований), являющихся модулярным аналогом дискретного преобразования Фурье. Ряд специфических проблем, связанных с вычислением преобразований в конечном поле, удаётся решить с помощью представления элементов этих полей в «экзотических» системах счисления, являющихся редукциями канонических систем счисления И. Катаи при отображении соответствующего кольца целых квадратичного поля в поле классов вычетов по простому модулю. Подробно исследуется случай бинарных редуцированных систем счисления. Доказывается, что такие системы счисления существуют для любого простого числа.
Бесплатно
Вычисление собственных функций ограниченного дробного преобразования Фурье
Статья научная
В данной работе рассмотрено одномерное дробное преобразование Фурье в приложении к градиентным оптическим волноводам. Выполнен расчёт собственных функций преобразования с учётом ограниченности интервала как в пространственной, так и в спектральной областях.
Бесплатно
Статья научная
В работах [1, 2] получены результаты по вычислительной и аппроксимационной сложности задачи MASC о минимальном аффинном разделяющем комитете для конечных множеств A, B Q". В частности, показано, что эта задача NP трудна и не принадлежит классу Apx (в предположении, что P ≠ NP). Тем не менее, открытыми оставались вопросы получения оценок порога ее эффективной аппроксимируемости и оценки вычислительной сложности ряда важных для приложений частных случаев задачи, получаемых наложением дополнительных ограничений, например, фиксации размерности пространства. В настоящей статье приводится нижняя оценка порога полиномиальной аппроксимируемости задачи в общем случае и обосновывается труднорешаемость задачи в пространствах фиксированной размерности, большей единицы. В частности, показывается, что задача о комитетной отделимости остается труднорешаемой, даже будучи сформулированной на плоскости (т. е. в наиболее простом нетривиальном случае). Справедливость этого факта следует из полиномиальной сводимости к исследуемой задаче известной задачи PC о покрытии прямыми конечного множества на плоскости, труднорешаемость которой доказана [3]. Методика сведения представляет собой модификацию методики, описанной в [4], использовавшейся в этой работе для обоснования труднорешаемости задачи о кусочно-линейной отделимости конечных множеств на плоскости.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены подходы к решению системы уравнений, обеспечивающей заданные параксиальные и аберрационные характеристики оптической системы. Показаны пути выделения из этой системы уравнений ряда подсистем, которые могут быть решены аналитически. Обсуждается практическая реализация итерационных методов решения системы компенсационных уравнений высокого порядка.
Бесплатно
Вычислительный эксперимент с линзой Френеля
Статья научная
Разработаны математические методы и программное обеспечение для исследования характеристик аксиально-симметричных фокусирующих оптических элементов. В вычислительном эксперименте воспроизведена тонкая структура света в фокальной области исследуемого фокусатора. При этом учтены эффекты дискретизации и квантования фазовой функции фокусатора. Средствами машинной графики проиллюстрированы распределения света в зоне дифракции Френеля от круглого отверстия и зонной линзы Френеля.
Бесплатно
Вычислительный эксперимент с фокусатором гауссова пучка в прямоугольник с постоянной интенсивностью
Статья научная
Рассмотрен метод дифракционного расчета поля от фокусатора гауссова пучка в прямоугольник с постоянной интенсивностью. В вычислительном эксперименте воспроизведена структура поля в фокальной области исследуемого фокусатора, получены ограничения на физические параметры, требования к дискретизации и квантованию геометрооптической фазовой функции фокусатора, при которых возможна фокусировка.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается задача повышения точности обнаружения живых объектов в здании, описываемых пространством экологических факторов. Для решения поставленной задачи реализована модель логистической регрессии при условии неустойчивости оценок параметров для почти линейно разделимых классов. Создан алгоритм выявления аномалий, разрешающий компромисс между наличием выбросов и точностью распознавания. Эффективность предложенного алгоритма и целостность теоретических обоснований получили подтверждение при проведении вычислительных экспериментов.
Бесплатно
Статья научная
В данной статье рассматривается идея совместного анализа изображений компьютерной томографии лёгких и текстовых радиологических данных для повышения качества автоматизированной диагностики эмфиземы. Сравнивается качество классификации изображений без учёта локализации патологии, упомянутой в радиологических отчётах, и с её учётом. Исследование произведено на наборах реальных изображений компьютерной томографии лёгких, полученных при клинических исследованиях в Самарском государственном медицинском университете. Установлено, что использование информации о локализации патологии, содержащейся в радиологических отчётах, приводит к повышению F-меры обнаружения эмфиземы с 0,55 до 0,73.
Бесплатно
Гармоническая линза с кольцевой апертурой
Статья научная
Рассмотрена конструкция компактного изображающего объектива на основе отражающей кольцевой гармонической линзы. Проведено моделирование такого объектива в системе ZEMAX. Рассчитана функция рассеяния точки. Получен ряд соотношений, описывающих связь ключевых параметров такого объектива. Показано, что в этом случае возможно создание компактного изображающего объектива, длина которого может быть на порядок меньше, чем его фокусное расстояние.
Бесплатно
Генератор LSFR-CNS: аналитическое исследование равномерности распределения
Статья научная
В работе предлагается метод аналитического исследования качества равномерного распределения многомерной псевдослучайной последовательности на выходе генератора LFSR-CNS, даны асимптотические оценки отклонения генерируемого распределения от равномерного на неполном периоде генератора.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен простой способ формирования закрученных Бесселевых пучков субтерагерцевого (субТГц) диапазона с орбитальным угловым моментом l = 1 на основе отражающих металлических дифракционных оптических элементов с непрерывным спиральным микрорельефом, изготовленных методом микрофрезерования на дюралевой полированной подложке и литьем из олова. Элементы были протестированы с помощью излучения лампы обратной волны (длина волны λ = 855 мкм). Для элемента, изготовленного микрофрезерованием, пучки формировались и сохраняли Бесселев профиль интенсивности на расстоянии от отражающего элемента 20 – 50 мм, что хорошо согласуется с результатами численного моделирования. Экспериментальная оценка энергетической эффективности данного элемента составила 63 %. Для элемента, изготовленного методом литья, пучки в области формирования имели искаженный профиль вследствие наличия остаточных деформаций олова, обладающего пластичностью. Благодаря высокой проводимости, металлические отражающие элементы могут использоваться при работе с источниками субТГц-излучения с высокой плотностью мощности, такими как лазеры на свободных электронах и гиротроны.
Бесплатно
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
Геоинформационная система для оценки взаимного расположения векторных пространственных объектов
Статья научная
Предложен новый подход (метод и алгоритм) к оценке взаимного расположения векторных геопространственных объектов произвольной геометрии в геоинформационных решениях. Основой подхода является концепция пространственных доменов и интерполяции значений атрибутивных параметров, что в совокупности позволяет анализировать пересечения даже для геопространственных объектов с нерегулярной и разреженной структурой, таких как изолинии и точечные слои. Для формализации подхода предложена математическая модель, характеризующая процесс формирования промежуточных геопространственных примитивов и оценки их атрибутов с использованием интерполяции. Для оценки работоспособности предложенного решения разработан исследовательский прототип веб-приложения на базе Python и GeoPandas. Проведенные вычислительные эксперименты показали эффективность применения предложенного подхода как в контексте точности соответствующих значений, так и с точки зрения производительности итогового веб-приложения.
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
