Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2609
Статья научная
Однопиксельная визуализация является перспективным методом получения изображений, представляющим альтернативу традиционным методам визуализации с помощью многопиксельных матриц. Однако алгоритмическое восстановление изображения из измерений однопиксельной камеры является нетривиальной вычислительной задачей, для решения которой недавно стали применяться методы машинного обучения. В данной работе исследовалась возможность восстановления изображения в методе однопиксельной визуализации с помощью генеративных состязательных нейронных сетей. Для этого с использованием компьютерного моделирования однопиксельной камеры оценивалась эффективность восстановления изображений при помощи двух архитектур генеративных сетей – глубокой сверточной генеративной состязательной сети и генеративной состязательной сети наименьших квадратов. Было установлено, что генеративная состязательная сеть наименьших квадратов демонстрирует лучшее качество восстановления изображения по сравнению с глубокой сверточной генеративной состязательной сетью, однако при учете оптических искажений глубокая сверточная состязательная сеть стабильнее обучается до более высокого качества по сравнению с генеративной состязательной сетью наименьших квадратов. Полученные в работе результаты могут послужить основой для создания программного обеспечения, требуемого при практическом применении однопиксельной камеры.
Бесплатно
Статья научная
Эффективность и безопасность функционирования космических платформ оптикоэлектронного наблюдения во многом зависит от программного обеспечения (ПО) встроенных в них цифровых вычислительных машин (ЦВМ). Моделирование работы ПО таких ЦВМ совместно с имитационной математической моделью внешней среды - сравнительно новая роль математического моделирования, которая обеспечивает чрезвычайно эффективную среду для отладки ПО. На основе анализа задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла сложных технических систем, показывается возможность и целесообразность использования данной математической модели внешней среды на этапе эксплуатации и проектирования системы.
Бесплатно
Имитационная модель многоканального гиперспектрометра Оффнера
Статья научная
Проведено исследование современной гиперспектральной системы аэрокосмического базирования, основанной на схеме Оффнера, достоинством которой является компактность при сохранении высоких оптических характеристик. Составлен алгоритм, позволяющий подобрать наиболее эффективные конструктивные параметры; представлена принципиальная конструкция и имитационная модель многоканального гиперспектрометра.
Бесплатно
Импульсная терагерцовая голография с разрешением во времени в дисперсионных средах
Статья научная
Рассмотрена математическая модель голографического восстановления рельефа фазового объекта из дифракционных картин импульсного терагерцового излучения, записанных в дисперсионной среде. Дополнены алгоритмы численного распространения волнового фронта для учёта дополнительного фазового набега на каждой частотной компоненте, возникающего из-за распространения в дисперсионной среде. Проведено сравнение восстановленных фазовых изображений для случаев учёта и неучёта дисперсии среды. Показано, что для суммированного по частотам двумерного изображения нормированное среднеквадратичное отклонение при неучёте дисперсии среды составляет 0,3 при распространении волнового фронта на расстояние 10 мм и увеличивается до 0,45 с увеличением расстояния до 70 мм.
Бесплатно
Инвариантные свойства элементов дифракционной квазиоптики
Статья научная
Изучены фокусирующие и частотные свойства элементов дифракционной квазиоптики, выполненных на произвольной поверхности вращения второго порядка. Получены инварианты для частотных свойств и продольного разрешения, связывающие характеристики рассматриваемых элементов со свойствами подобных по относительному отверстию и относительному диаметру зонных пластин.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и численно показано, что при острой фокусировке оптического вихря с круговой поляризацией происходит инверсия продольной составляющей вектора спинового углового момента. При этом если на входе в оптическую систему свет имел левую круговую поляризацию, то в фокусе вблизи оптической оси он будет иметь правую круговую поляризацию. Так как данный эффект происходит вблизи фокуса, где имеет место обратный поток энергии, то такую инверсию спинового углового момента можно использовать для обнаружения обратного потока энергии.
Бесплатно
Инверсия циркулярной поляризации в анизотропных оптических волокнах с крутильной акустической волной
Статья научная
В данной статье изучена акустооптическая трансформация циркулярно-поляризованной фундаментальной моды в циркулярном одномодовом анизотропном оптическом волокне с бегущей крутильной акустической волной основного порядка. Впервые получены аналитические выражения для резонансных оптических мод и спектра постоянных распространения путем применения резонансной теории возмущений к скалярному волновому уравнению. Это позволило последовательно описать экспериментально продемонстрированную взаимную трансформацию линейно-поляризованных LP0-мод волокна с учетом сдвига оптической частоты. Предсказан новый эффект акустически управляемой инверсии знака спинового углового момента фундаментальной моды. Установлена возможность генерации запутанных оптических состояний, в которых запутанными являются направление поляризации и частота оптического пучка.
Бесплатно
Индекс сингулярности и орбитальный угловой момент пучка с гибридной поляризационной сингулярностью
Статья научная
Кроме скалярных оптических вихрей, имеющих топологический заряд, спиральный волновой фронт и несущих орбитальный угловой момент, который может передаваться частицам и вращать их по круговым траекториям, известны и поляризационные оптические вихри, у которых состояние поляризации в сечении пучка изменяется с изменением азимутального угла. У таких вихрей есть точки поляризационной сингулярности, которые описываются индексами, аналогичными топологическому заряду. Но до сих пор не рассматривались поляризационные орбитальные угловые моменты для поляризационных вихрей. Хотя лазерные пучки с неоднородной поляризацией могут осуществлять спиральный перенос вещества в средах, чувствительных к поляризации. В данной работе рассмотрены два возможных определения поляризационных орбитальных угловых моментов. Один орбитальный угловой момент пропорционален азимутальной скорости изменения направления вектора линейной поляризации, а второй (гибридный орбитальный угловой момент) пропорционален азимутальной скорости изменения степени эллиптичности эллипса поляризации. Например, нормированный поляризационный орбитальный угловой момент равен порядку цилиндрического векторного пучка и также равен порядку пучка Пуанкаре.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе для разных векторных и гибридных световых полей, в том числе для полей с многими точками поляризационной сингулярности, найдены индексы поляризационной сингулярности по известной формуле М. Берри, которая применяется обычно для нахождения топологического заряда скалярных вихревых световых полей. Показано, что у полей, состояние поляризации которых зависит только от полярного угла в сечении пучка, могут быть либо линии поляризационной сингулярности, исходящие из центра, либо одна точка поляризационной сингулярности, находящаяся в центре сечения пучка. Если состояние поляризации поля зависит только от радиальной переменной, то такие поля не имеют точек поляризационной сингулярности и их индекс равен нулю. Если поляризационное состояние векторного поля зависит от обеих полярных координат, то такое поле может иметь несколько точек поляризационной сингулярности, расположенных в разных местах в сечении пучка. Также мы рассмотрели векторное поле с радиальной поляризацией высокого порядка и с действительным параметром. Такое поле при разных значениях параметра имеет либо несколько линий поляризационной сингулярности, исходящих из центра, либо особую точку в центре. При этом индекс поляризационной сингулярности такого поля при разных параметрах может быть либо полуцелым, либо целым, либо нулевым.
Бесплатно
Статья научная
Представлены результаты выявления многолетних изменений в растительном покрове оставленных аграрных угодий лесостепной зоны Центрального Черноземья на основе рядов вегетационного индекса NDVI. Значения спектрального показателя вычислены на основе изображений MOD13Q1. Исследованы особенности динамики вегетационного индекса в зависимости от величины проективного покрытия крон древесных сообществ, формирующихся на залежах. Установлено, что значения индекса периода середины августа наиболее информативны для анализа доли лесных насаждений, присутствующих на оставленных аграрных угодьях. Для залежей с хвойными породами характерны более высокие корреляции с NDVI, чем для залежей с лиственными сообществами. В период 2000 - 2018 гг. для всех типов залежей лесостепи Центрального Черноземья установлено наличие положительной статистически значимой тенденции вегетационного индекса. С использованием коэффициента наклона трендовой линии NDVI выполнен пространственно-временной анализ скорости формирования древесных сообществ на залежах лесостепи в первые десятилетия XXI века. Изучены особенности этого процесса.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе продемонстрировано возникновение индуцированного кругового дихроизма для фундаментальной моды в волоконных резонаторах петлевого и кольцевого типа при внесении оптически активного элемента в петлю (кольцо) резонатора. Изменение параметров резонатора, оптически активного элемента или длины волны входящего поля позволяет устанавливать величину наведённого дихроизма и фактически усиливать оптическую активность элемента. Показано, что данные резонаторы могут быть использованы в качестве рабочих элементов полностью волоконных поляризаторов для фундаментальной моды.
Бесплатно
Инкрементное обучение алгоритма обнаружения нехарактерного поведения на основе главных компонент
Статья научная
Предложена схема инкрементного обучения алгоритма обнаружения нехарактерного поведения на основе главных компонент. Результаты экспериментов на наборе данных лаборатории университета Калифорнии в Сан-Диего и экспериментально полученных видео при разном количестве обучающих примеров свидетельствуют о достижении результатов, схожих с процедурой обычного обучения. При этом предложенная схема позволяет в несколько раз сократить время инкрементного обучения в сравнении с подходом на основе спектрального разложения.
Бесплатно
Инструментальное программное обеспечение для мини-/ микроЭВМ
Статья научная
Рассматриваются инструментальные программные средства различных классов для мини- и микроЭВМ, повышающие производительность труда программистов. Особое внимание уделяется операционной системе UNIX и совместимым с ней системам как мощному универсальному инструменту, способствующему эффективной разработке программ.
Бесплатно
Интегральные волоконные датчики давления на основе селективного возбуждения поперечных мод
Статья научная
Рассматриваются волоконные датчики давления, основанные на анализе распространения мод высоких порядков. Предлагается интегральная реализация такого датчика, содержащая в виде микрорельефа на торце волокна фазовый элемент для возбуждения заданной моды и не требующая анализа поперечно-модового состава пучка на выходе из волокна. Приведены результаты численных экспериментов по исследованию возбуждения волокна с помощью микрорельефа на торце и прохождения полученных пучков через волокно с микроизгибом. Полученные результаты подтверждают возможность создания интегральных датчиков давления на основе селективного возбуждения мод.
Бесплатно
Интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред
Статья научная
В работе получены интегральные представления решений системы уравнений Максвелла для анизотропных сред. Наряду с представлением решений в трехмерном пространстве, получены интегральные представления для решений системы уравнений Максвелла в виде поверхностных волн на границе диэлектрика с отрицательной диэлектрической проницаемостью и анизотропным материалом. Интегральные представления получены с помощью разложения по собственным волнам однородной анизотропной среды, распространяющимся в положительном направлении.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрен вывод выражений для поверхностных электромагнитных волн из уравнений Максвелла. Получено интегральное представление электромагнитного поля на границе раздела двух сред через угловой спектр поверхностных электромагнитных волн. Приведены аналоги интеграла Кирхгофа для описания дифракции поверхностных электромагнитных волн. Определены границы применимости известных интегральных представлений, показан их приближенный характер.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассмотрен подход к интеграции геоинформационных технологий и методов цифровой обработки изображений с целью повышения эффективности использования компьютерных технологий в управлении сложными распределенными системами в аварийных ситуациях на примере анализа деятельности предприятий трубопроводного транспорта нефти, включая линейную часть, нефтеперекачивающие станции, административные, ремонтные и спасательные подразделения. Новизна предложенного варианта интеграции геоинформационных технологий и цифровой обработки изображений состоит в применении теоретико-множественного подхода к единообразному формализованному описанию разнотипных пространственных данных, цифровых изображений и их взаимосвязях, необходимых для построения трехмерных моделей производственных объектов сложно распределенных систем. В дальнейшем она позволила определить критерии, состав и структуру этих трехмерных моделей с применением различных уровней детальности моделей объектов для уменьшения вычислительной нагрузки и ускорения трехмерной визуализации объектов сложно распределенных систем, необходимых для поддержки принятия решений при парировании некоторых видов угроз (аварий). Преимущество предложенного подхода заключается в повышении эффективности поддержки принятия решений при парировании некоторых угроз, которое достигается в том числе за счет применения трехмерной визуализации технологической и оперативной (поступающей в случае аварийной ситуации) информации о производственных объектах сложно распределенных систем, а качество, наполняемость и оптимизация трехмерной модели напрямую влияют на принимаемые решения при реализации действий реагирования на аварийные ситуации. Разработанные методы и алгоритмы доведены до практической реализации и применены для построения трехмерных геоинформационных моделей производственных объектов предприятий трубопроводного транспорта нефти.
Бесплатно
Статья научная
Найдены в элементарных функциях решения двунаправленного уравнения распространения оптических импульсов в волоконных световодах для степенных функций отклика нелинейной среды на внешнее гармоническое возмущение.
Бесплатно
Интегрированная система автоматизации проектирования элементов дифракционной квазиоптики ДИК-М
Статья научная
Описан принцип построения, структура и функциональные возможности разработанной САПР для проектирования различных элементов дифракционной квазиоптики с возможностью проведения вычислительных экспериментов пользователем, не являющимся специалистом в области численных методов и программирования на ЭВМ.
Бесплатно
Интеллектуальные методы анализа природных данных: приложение к космической погоде
Статья научная
В работе описаны методы обнаружения аномалий в данных геофизического мониторинга. Рассмотрен актуальный класс задач этой области, направленный на создание методов прогноза космической погоды. Негативное воздействие аномалий космической погоды на здоровье людей и практически на все объекты современной инфраструктуры требует развития методов и создания эффективных средств обнаружения аномалий. Широко применяемые для задач анализа данных и обнаружения аномалий методы пороговой вейвлет-фильтрации позволяют с использованием стратегии «жадности» получить достаточно точные оценки даже при неполных данных относительно шума. Сигнал в этом случае оценивается путем изоляции когерентных структур. Но эти методы имеют большую вычислительную сложность и в случае, когда энергия сигнала мала относительно энергии шума, не обеспечивают получение точных оценок. Для таких сигналов в работе предлагается использовать адаптивные вероятностные пороги. Вводятся параметры пороговой функции, позволяющие оценить изменчивость процесса, подавить шум и детектировать нестационарные особенности разной частотно-временной структуры. Также в работе рассматриваются способы совмещения пороговой вейвлет-фильтрации с нейронными сетями архитектур NARX и Автокодировщик. Предложены схемы реализации таких подходов в задачах обнаружения аномалий космической погоды. На примере задачи обнаружения ионосферных аномалий показана эффективность совмещения пороговой вейвлет-фильтрации с сетью NARX. Эффективность совместного применения сети Автокодировщик с адаптивной пороговой вейвлет-фильтрацией показана в задаче обнаружения аномалий в данных интенсивности потока космических лучей.
Бесплатно
