Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2553
Исследование метода разреженных представлений для подавления эффекта ложного оконтуривания
Статья научная
В статье предложен алгоритм решения задачи подавления эффекта ложного оконтуривания на изображениях на основе метода разреженных представлений. Предложенный метод включает в себя в качестве одного из этапов повышение резкости изображений методом деконволюции Винера-Ханта. Алгоритм подавления эффекта ложного оконтуривания построен на основе результатов анализа взаимной согласованности сигналов и разреженности представлений при работе с эффектом ложного оконтуривания в методе разреженных представлений. Проведен также анализ взаимной согласованности сигналов и разреженности представлений для размытых изображений и изображений с белым гауссовским шумом.
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Статья научная
В данной работе проводятся анализ и исследование работоспособности ряда алгоритмов, предназначенных для обнаружения антропогенных изменений на земной поверхности путём анализа последовательности космических снимков одной территории, сделанных в разное время. Наибольшее внимание уделено алгоритму на основе метода главных компонент, алгоритму Wallflower на основе фильтра Винера, а также алгоритму Ли на основе выделения прямолинейных сегментов. Приведены результаты исследований данных алгоритмов на реальных последовательностях космических снимков высокого разрешения, сделаны выводы об их практической применимости. Также предложены модификации рассмотренных алгоритмов, призванные уменьшить число ошибок и повысить качество результатов их работы.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется эффективность двух методов отбора информативных признаков, основанных на масках Лавса: упорядочение признаков в соответствии с критерием дискриминантного анализа и t-критерием Стьюдента, а также перебор всех пар и троек признаков. Экспериментально показано, что вероятность ошибочной классификации для признаков, основанных на стандартном отклонении, не превышает вероятность ошибочной классификации для признаков, основанных на средней энергии.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе проведено исследование на основе метода FDTD поляризационных преобразований, осуществляемых рефракционным биконическим аксиконом. Данный элемент имеет две рабочие конические поверхности, при взаимодействии с которыми осуществляется преобразование оптического пучка с круговой поляризацией в азимутально поляризованный пучок. На внутренней поверхности элемента происходит преобразование поляризации за счет отражения и преломления лучей под углом Брюстера, а внешняя поверхность обеспечивает коллимацию преобразованного пучка. В качестве критериев успешного поляризационного преобразования рассмотрены распределения компонент вектора электрического поля на различных расстояниях от оптического элемента. На основе численного моделирования показана работоспособность предложенного подхода для биконического аксикона, выполненного из стекла с показателем преломления n = 1,4958, и Гауссова пучка с круговой поляризацией с длиной волны λ = 1,5 мкм. Показано сохранение работоспособности предложенного элемента при изменении показателя преломления материала элемента и изменении длины волны падающего излучения в достаточно широких диапазонах (1,5 ≤ n ≤ 1,7; 1 мкм ≤ λ ≤ 1,5 мкм).
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается система жидкий алюминий - кремний, облучаемая ионно-электронным потоком, сформированным газовым разрядом высоковольтного типа (ГРВТ) с энергией частиц до 6 кэВ. Теоретически показана возможность существования потока пустот атомного размера («вакансий») в объеме жидкой фазы алюминия (маски) при облучении его поверхности отрицательно заряженными частицами ГРВТ с энергией до 6 кэВ. Приведены результаты экспериментальных исследований, хорошо согласующиеся с эффектом увлечения атомов кремния потоком «вакансий». Показана возможность формирования каталитической маски для создания микрорельефа дифракционных оптических элементов (ДОЭ). Средствами литографии обычный фотошаблон ДОЭ превращается в каталитическую маску на основе жидкого алюминия. Показана возможность дозированной загонки атомов полупроводника в расплав маскирующего материала путем изменения режимов облучения структуры алюминий-кремний (Al-Si) непосредственно во время проведения технологического процесса. Последующее удаление насыщенного полупроводником слоя каталитической маски приводит к образованию дифракционного микрорельефа.
Бесплатно
Исследование механизмов формирования низкотемпературной плазмы газовым разрядом высоковольтного типа
Статья научная
Описан механизм образования газового разряда высоковольтного типа, приведены экспериментальные зависимости, характеризующие параметры разряда при различных условиях его существования.
Бесплатно
Статья научная
В статье разработаны два нейросетевых алгоритма распознавания объектов железнодорожной инфраструктуры на видеоизображениях. Оба алгоритма направлены на повышение безопасности движения железнодорожного транспорта. Первый алгоритм – это детектирование объектов, создающих препятствия, и объектов железнодорожной инфраструктуры. Второй алгоритм – семантическая сегментация главных и вспомогательных железнодорожных путей, а также поездов в пределах видимости следования локомотива. Алгоритмы реализованы на основе сверточных нейронных сетей YOLO и U-Net. Для обучения и тестирования СНС использована база изображений НИИ информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте. Проведены экспериментальные исследования, направленные на повышение эффективности алгоритмов обнаружения и сегментации объектов за счет методов аугментации данных, дополнительной предобработки, выбора архитектуры и наилучших гиперпараметров сети. Алгоритм обнаружения работает в режиме реального времени, достигаемая средняя точность для 11 классов объектов по метрике mAP – 64 %. Скорость работы алгоритма семантической сегментации составляет 5 кадр/с, средняя точность для трех классов объектов по метрики IoU – 92 %.
Бесплатно
Статья научная
В работе исследуется немарковская динамика системы, состоящей из двух взаимодействующих кубитов. На основе идей стохастического исчисления выведено и обобщено на немарковский случай нелинейное стохастическое уравнение Шрёдингера. Стохастическое уравнение решается путём прямого компьютерного моделирования. На основе решения строятся различные динамические характеристики рассматриваемой системы.
Бесплатно
Исследование оптических систем управления передачей высоких энергий
Статья научная
Определена область применений фокусаторов лазерного излучения в технологических операциях обработки материалов. Предложен метод изменения интенсивности излучения и параметров энергетического воздействия на основе применения динамических фокусаторов излучения (подвижных элементов компьютерной оптики) в соответствии с требованиями технологии термообработки. Проведены расчеты изменения размеров и формы фокального пятна, перераспределения профиля интенсивности излучения, изменения фокусного расстояния динамическими фокусаторами излучения. Экспериментальные исследования по определению пространственных характеристик излучения выполнены с использованием изготовленных в лаборатории дифракционной оптики ИСОИ РАН отражающих элементов компьютерной оптики.
Бесплатно
Статья научная
Получено аналитическое выражение для расчёта нормированного орбитального углового момента (ОУМ) для суперпозиции смещённых с оптической оси пучков Бесселя с одинаковым топологическим зарядом. Это выражение позволяет формировать бездифракционные пучки с разным распределением интенсивности, но с одинаковым ОУМ. Показано также, что комплексное смещение пучка Бесселя приводит к изменению распределения интенсивности в сечении пучка и изменению его ОУМ. Суперпозиция двух и более пучков Бесселя с комплексным смещением может не менять ОУМ, хотя распределение интенсивности будет меняться. Эксперимент хорошо согласуется с теорией.
Бесплатно
Исследование особенностей многопучковой лазерной термохимической записи дифракционных микроструктур
Статья научная
Представлено теоретическое и экспериментальное исследование лазерной термохимической записи дифракционных структур в многопучковом многопроходном режиме. Получены дифракционные структуры на плёнке хрома с периодом 1,6 мкм при делении записывающего пучка решёткой Даммана на 5 пучков. Для повышения точности записи облучение плёнки проводилось за 5 проходов. Предложена методика расчёта температурных полей и распределения толщины окисла в плёнке при многопучковом воздействии. Проведённые расчёты выявили, что, несмотря на взаимное влияние температурных полей от отдельных источников, разрешающая способность записи оказывается достаточно высокой для получения структур микронного масштаба. Показано, что использование многопроходного режима облучения приводит к увеличению контраста и точности записываемых треков при сохранении высокого разрешения.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследованы особенности трибометрического взаимодействия двух диэлектрических подложек с одинаковыми свойствами поверхности при экспресс-контроле степени их чистоты. Показано, что выполнение равенства коэффициента трения скольжения коэффициенту трения покоя определяет поверхность как технологически чистую. Экспериментально доказано, что трибометрическое взаимодействие подложек не приводит к механическому повреждению исследуемой поверхности. Предложено дополнить устройство дифракционной решеткой, формирующей световые импульсы, по параметрам которых (длительность импульсов светового потока; среднее значение суммы трёх импульсов, степень их отклонения от эталонных значений) происходит оценка степени загрязнения поверхности подложек. Показано, что применение дифракционной решетки с периодом T=63 мкм и шириной щели b=20 мкм позволяет увеличить разрешающую способность трибометрического устройства в 16 раз.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе исследуется пространственное распределение интенсивности мод Лагерра-супергаусса (1,0), а также супергауссова пучка с радиальной и круговой поляризацией в зависимости от изменения высоты дифракционного аксикона. Высота рельефа оптического элемента менялась от четверти до трех длин волн. Моделирование методом конечных разностей во временной области показало, что изменение высоты дифракционного аксикона существенным образом влияет на дифракционную картину в ближней зоне аксикона. Наименьший размер фокального пятна для супергауссова пучка был получен для радиальной поляризации при высоте, равной двум длинам волн. Минимальный размер фокального пятна для моды Лагерра-супергаусса (1,0) получен для круговой «-» поляризации при высоте элемента, равной четверти длины волны.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование острой фокусировки пучков с радиальной и азимутальной поляризациями, сформированных разработанной ранее оптической системой, основанной на суммировании двух пучков с круговой поляризацией. Исследование проводилось методами ближнепольной микроскопии. Проведённые эксперименты показали различия распределений интенсивности в фокальной области для разных типов неоднородно-поляризованных пучков и в целом согласуются с результатами проведённого численного моделирования.
Бесплатно
Исследование переотражения излучения в элементах поверхности
Статья научная
Разработана математическая модель, описывающая формирование пространственновременных характеристик отраженного лазерного сигнала на участках с дефектами поверхностного слоя в зависимости от вида повреждений. Введены безразмерные параметры процесса измерений при выявлении поверхностных повреждений, позволяющие установить энергетическое соответствие зондирующих сигналов геометрическим параметрам поверхностных дефектов и однозначно установить характер повреждений. Доказана необходимость сканирования поверхности при двух различных углах падения излучения.
Бесплатно
Статья научная
При исследованиях, связанных с изучением движения дробового снопа в пространстве и оценкой его параметров, целесообразно иметь имитационную модель сигнала оптического датчика при пересечении светового экрана дробовым снопом. Для создания такой модели необходимо получить зависимость между параметром масштаба в распределении Рэлея и размахом по времени дробового снопа (или длительностью процесса пересечения дробовым снопом светового экрана). Выполнены исследования плотности распределения размаха дробового снопа по времени, построены графики плотности распределения размаха для ситуаций, приближенных к реальным. Установлена линейная зависимость математического ожидания плотности распределения размаха от параметра масштаба в распределении Рэлея. Получено упрощенное выражение для расчета математического ожидания размаха дробового снопа по времени. Статистическое моделирование подтвердило возможность практического использования предложенных формул в том числе при большом количестве дробин (до 1000). Исследована зависимость математического ожидания размаха от количества дробин, проведена её аппроксимация различными функциями, выполнена оценка погрешностей аппроксимации. Проведенное исследование позволяет создавать имитационную модель сигнала оптического датчика при пересечении дробовым снопом светового экрана на основании эмпирических данных о длительности реального сигнала (при этом желательно иметь усредненную информацию по нескольким выстрелам).
Бесплатно
Исследование поведения слоя ЖФПК во время рельефообразования
Статья научная
Приводятся экспериментальные данные поведения слоя жидкой фотополимеризующейся композиции (ЖФПК) во время рельефообразования. Экспонирование слоя ведется периодично-модулированным световым полем, соответствующим зонированным элементам компьютерной оптики. Показывается, что слой ЖФПК может увеличиваться по толщине во время рельефообразования и увеличение по толщине происходит только в случае подавления ингибиторов специальными добавками.
Бесплатно
Статья научная
Рассматривается вопрос об исследовании сходимости разностной схемы для однонаправленного уравнения Гельмгольца. Основное внимание уделено экспериментальному исследованию скорости сходимости сеточного решения в равномерной и среднеквадратической нормах для линейного, а также нелинейного варианта уравнения Гельмгольца, учитывающего эффект «самовоздействия». Расчёты проводились на суперкомпьютере «Сергей Королёв» с использованием специально разработанных параллельных алгоритмов.
Бесплатно
Исследование подхода «обнаружение объектов» в задаче фрагментации горных пород на открытых карьерах
Статья научная
В горнодобывающих работах на открытых карьерах активно используются взрывные технологии. При этом появляется задача оценки качества взрывных работ, которая определяется размерами фрагментов горной породы, полученных в результате взрывов. В связи с этим возникает задача оценки числа фрагментов горной породы и их размеров (задача фрагментации). В настоящее время популярны подходы к решению таких задач на основе систем компьютерного зрения с использованием нейронных сетей семантической или экземплярной сегментации. При этом оказывается, что для их работы требуется существенное привлечение компьютерных ресурсов. В связи с этим использование альтернатив - алгоритмов быстрого обнаружения объектов на цифровых изображениях взорванной породы является актуальным. В статье изучены особенности использования нейронных сетей глубокого обучения с архитектурой YOLO, которая, как ожидалось, будет иметь более высокую скорость обработки видеоинформации. На основе проведённого исследования обоснован выбор в качестве базовой архитектуры использовать YOLOv7x. Для обучения нейронных сетей выбранной архитектуры был использован размеченный авторами набор данных, составленный из цифровых фотографий фрагментов горной породы, образовавшихся в результате взрыва в открытом карьере. Полученные результаты позволили обосновать выбор в качестве метрики оценки качества взрывных работ геометрические размеры описанного прямоугольника вокруг выделенного на изображении фрагмента породы.
Бесплатно
