Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2572
Два метода адаптивной медианной фильтрации импульсного шума на изображениях
Статья научная
В статье предложены два новых метода адаптивной медианной фильтрации импульсного шума в изображениях. Первый метод основан на совместном применении итеративной обработки и преобразования результата медианной фильтрации на основе распределения Лоренца. Второй метод использует альтернативные маски медианного фильтра, рассчитанные с использованием метрики Евклида. Такой подход позволил уменьшить размер обрабатываемой области без потери качества обработки для шумов с низкой интенсивностью. В экспериментальной части статьи приведены результаты сравнения качества работы предложенных методов с известными. Для моделирования были использованы 3 различных изображения, искаженные импульсным шумом с вероятностями искажения пикселей от 1 % до 99 % включительно. Численная оценка качества очистки изображений от шума на основе пикового отношения сигнала к шуму (PSNR) и индекса структурного сходства (SSIM) показала, что предложенные методы показывают лучший результат обработки во всех рассмотренных случаях по сравнению с известными подходами. Полученные в статье результаты могут найти широкое практическое применение в обработке спутниковых и медицинских изображений, геофизических данных и других приложениях цифровой обработки изображений.
Бесплатно
Статья научная
Показано, что двойные пучки Лагерра-Гаусса, комплексная амплитуда которых в начальной плоскости равна произведению амплитуд двух пучков Лагерра-Гаусса, можно представить как конечную суперпозицию обычных пучков Лагерра-Гаусса с определенными коэффициентами. Это позволяет получить явный вид для комплексной амплитуды двойных пучков Лагерра-Гаусса в зоне дифракции Френеля. Если оба пучка Лагерра-Гаусса одинаковые, то как частный случай получается пучок Лагерра-Гаусса «в квадрате», который является Фурье-инвариантным. Другой частный случай двойных пучков Лагерра-Гаусса получается тогда, когда азимутальные числа многочленов Лагерра равны n - m и n + m . Для такого пучка найдено явное выражение для комплексной амплитуды в Фурье-плоскости. Двойные пучки Лагерра-Гаусса можно так же, как и обычные пучки Лагерра-Гаусса, использовать для передачи информации, так как функции их комплексных амплитуд ортогональны по азимутальному числу и пучки несут орбитальный угловой момент, равный топологическому заряду.
Бесплатно
Статья научная
Исследованы свойства двухканального акустооптического фильтра пространственных частот, отклоняющего оптические лучи в два симметричных порядка. Выявлено, что неоднородное распределение поля в каждом порядке дает возможность выполнять обработку изображений по двум каналам с использованием различных передаточных функций. Формирование двумерного контура в двух дифракционных порядках подтверждено экспериментально на длине волны 0,63 мкм. В качестве двухканального фильтра пространственных частот использована АО-ячейка из ТеО2, работающая на частоте звука 26 МГц.
Бесплатно
Двумерные ускоряющиеся бесселевы пучки
Статья научная
Все известные непараксиальные ускоряющиеся двумерные световые пучки распространяются по кривым траекториям, которые не могут изгибаться более, чем полуокружность (полукольцо). В недавней работе Optics Express 22, 7124 (2014) предложено с помощью дополнительного зеркала формировать траекторию ускоряющегося пучка, изгибающуюся больше полуокружности, но меньше целой окружности. В этой работе показано, как сформировать двумерное световое поле, в котором поток мощности будет циркулировать по окружности (или по кольцу). Также рассмотрены ускоряющиеся непараксиальные асимметричные двумерные пучки Бесселя, которые получаются из обычного двумерного пучка Бесселя смещением центра пучка в комплексную плоскость. Численно показано, что с ростом параметра асимметрии искривлённая траектория пучка Бесселя укорачивается, но одновременно уменьшается относительная величина боковых лепестков по сравнению с центральным.
Бесплатно
Двухдиапазонная дифракционная решетка для спектрометра на основе схемы Оффнера
Статья научная
Рассмотрена возможность использования двухдиапазонной дифракционной решётки на выпуклом зеркале в изображающем гиперспектрометре в схеме Оффнера. Проведено моделирование в системе Zemax. Показано, что использование двухдиапазонной дифракционной решётки позволяет использовать гиперспектрометр на основе схемы Оффнера в двух диапазонах: видимом и среднем ИК.
Бесплатно
Двухкомпонентные нанорезонаторы на основе регулярных гребенчатых фотонно-кристаллических волноводов
Статья научная
В работе предложена и численно исследована модель двухкомпонентного оптического резонатора. Такой резонатор состоит, во-первых, из гребенчатого фотонно-кристаллического волновода, в котором период структуры не изменяется. Во-вторых, резонатор содержит фрагмент дополняющего материала площадью несколько периодов фотонного кристалла. При совмещении двух компонентов формируется дефект, в котором может быть возбуждена резонансная мода. Рассмотрены преимущества предложенной модели резонатора. В частности, простота формирования массивов резонаторов и создания динамических нанофотонных элементов. Рассчитаны допустимые погрешности изготовления предложенного резонатора. Показано, что величины допустимых погрешностей позволяют использовать существующие технологии совмещения структурных слоёв.
Бесплатно
Двухмерные аппроксиманты фотонных квазикристаллов, полученные методом голографической литографии
Статья научная
В данной работе исследован переход от периодической к квазипериодической структуре, используя аппроксиманты квазикристаллов, для того чтобы определить недостатки и преимущества структуры квазикристаллов. Рассмотрение ограничено структурами, которые могут быть получены методом голографической литографии. Исследованы квазикристаллы восьмого и двенадцатого порядка, также проведено сравнение с квадратной и гексагональной решетками.
Бесплатно
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
Детектирование характеристик эллиптической поляризации с помощью металинзы
Статья научная
В работе предложена и промоделирована металинза, способная детектировать эллиптичность поляризации падающего пучка. Данная металинза состоит из блоков дифракционных решеток высотой 140 нм при периоде 220 нм. Металинза представляет собой поляризатор, зависящий от одной поперечной координаты, и фокусатор. Металинза способна как разделять линейно-поляризованное излучение в два фокусных пятна с круговыми поляризациями разного знака, так и детектировать направление и степень эллиптичности поляризации. Металинза работает в широком диапазоне длин волн от 0,55 до 0,837 мкм, причем в диапазоне от 0,64 до 0,837 мкм ее можно использовать для оценки длины волны падающего излучения за счет почти линейного смещения фокусного пятна в поперечной плоскости в зависимости от длины волны света.
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
