Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Максимально правдоподобные оценки параметров оптических сигналов с учетом дробового и фонового шумов
Статья научная
На примере Гауссова импульса выведено уравнение правдоподобия для оптимальной оценки параметров оптических сигналов с учетом дробового и фонового шумов. Найдена информационная матрица Фишера и границы Рао-Крамера, как характеристики качества полученных оценок. Предложен алгоритм численного решения уравнения правдоподобия. Путем модельного эксперимента показана возможность его реализации, и определены параметры качества получаемых оценок.
Бесплатно
Статья научная
Проведено моделирование дифракции линейно-поляризованного излучения на бинарном дифракционном аксиконе с высокой числовой апертурой методом FDTD. В работе решается задача максимизации продольной компоненты электрического поля при различных параметрах пучков, падающих на оптический элемент, а также параметрах аксикона. Показана возможность увеличения продольной электрической компоненты линейно-поляризованного поля на выходе аксикона за счёт внесения в падающий пучок фазового скачка перпендикулярно плоскости поляризации и увеличения показателя преломления аксикона.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается проблема оконтуривания сельскохозяйственных полей на спутниковых снимках. Для решения этой задачи применяется подход, основанный на анализе исторических данных. В работе показано, что на таких данных можно добиться высокого качества с помощью простого малопараметрического метода. Метод состоит из детектора полей и детектора границ. Детекция полей основана на определении порога Оцу, а для определения границ используется детектор краев Кэнни. В связи с нехваткой доступных наборов данных нами был подготовлен и опубликован собственный набор данных, состоящий из 18859 экспертно аннотированных полей на снимках Sentinel-2. Для сравнения оконтуривания на мгновенных и исторических данных был реализован один из наиболее современных методов, основанный на глубоком обучении. Эксперимент показал, что использование исторических данных позволяет получить более высокое качество с более низкими затратами. Предлагаемый малопараметрический метод требует значительно меньше обучающих данных по сравнению с методом на мгновенных данных. Подготовленный набор данных и реализация алгоритма на языке Python были выложены в открытый доступ.
Бесплатно
Манипулирование светопоглощающими частицами в воздухе с помощью массивов световых «бутылок»
Статья научная
В работе продемонстрирован оптический захват и перемещение агломераций наночастиц углерода как с помощью одиночных световых «бутылок», так и с помощью массивов таких ловушек. Для формирования световых ловушек были использованы дифракционные оптические элементы (ДОЭ), рассчитанные с помощью метода, в основе которого лежит использование суперпозиции пучков Бесселя. Благодаря структуре таких ловушек удалось осуществить трёхмерное перемещение захваченных микрообъектов.
Бесплатно
Манипуляция микрообъектами с помощью линейных ловушек, формируемых вихревыми аксиконами
Статья научная
Рассмотрен метод формирования линейных световых ловушек с помощью вихревых аксиконов. Представлены результаты эксперимента по захвату и перемещению полистироловых микрочастиц диаметром 5 мкм. Экспериментально подтверждена анизотропия силы захвата такой линейной ловушки.
Бесплатно
Статья научная
Исследуются вопросы распознавания изображений множеств объектов, чьи размеры соизмеримы с элементом разрешения регистрирующей аппаратуры - групп точечных объектов. Образы в виде группы точечных объектов встречаются в локационных изображениях, к ним могут быть сведены изображения крупноразмерных объектов, представленных характерными точками, кластеры данных в признаковом пространстве, события в системах массового обслуживания и автоматизированных системах управления. Осложняет распознавание групп точечных объектов несвязность их элементов, узость автокорреляционной функции их изображений по параметрам геометрических преобразований, пространственные флуктуации элементов, ложные отметки и пропуски сигнальных. Наиболее перспективные подходы к распознаванию изображений данного типа основаны на преобразовании групп точечных объектов в связный объект - ассоциированный сплошной образ - и анализе его вторичных признаков. Однако для групп точечных объектов с нестационарной конфигурацией и/или частично маскированных вопросы распознавания еще слабо исследованы...
Бесплатно
Статья научная
В современной полиграфии большое число задач связано со взаимной трансформацией цветовых пространств. В частности, наиболее часто встречается пара аппаратно-зависимых цветовых пространств RGB и CMYK, взаимное преобразование цвета в которых неоднозначно, что создает существенные проблемы при цветовоспроизведении. Для решения этой проблемы мы предлагаем использовать инварианты цветовых пространств - градационные траектории и градационные поверхности, которые представляют собой аналоги градационных кривых для исходных колорантов и их бинарных наложений, построенные в абсолютном цветовом пространстве CIE Lab. Инварианты вводятся на основе математического аппарата дифференциальной геометрии пространственных кривых и поверхностей. Практическое применение инвариантов цветовых пространств сопряжено с определенными трудностями, связанными с их сложным аналитическим описанием, кроме того, для большинства практических задач высокая точность модели является избыточной. Для практического применения инвариантов мы предлагаем более простой подход, использующий естественную дискретизацию цвета в цифровых печатных системах. В качестве примера приводится процедура определения баланса по серому для электрофотографической печатной машины.
Бесплатно
Статья научная
Предлагается математическая модель дискретно-фазового преобразователя перемещений, отображающая наиболее существенные энергоинформационные процессы взаимодействия зондирующего излучения с контролируемым элементом и объединяющая собой частные математические модели для оптического и радиоволнового диапазонов.
Бесплатно
Статья научная
В работе предлагается метод компенсации искажений, вызванных смешением мод в системах передачи с модовым мультиплексированием, основанный на оптической обработке сигнала. Предлагаемый метод базируется на пространственно-спектральной взаимосвязи между модовым составом и распределением электромагнитного поля в лазерном пучке, а также на использовании дифракционного оптического элемента, программируемого в режиме реального времени. Данный метод перспективен в плане снижения вычислительной сложности телекоммуникационных систем с модовым мультиплексированием и значительного повышения скорости передачи данных в модовых каналах благодаря исключению сложной цифровой обработки сигнала при компенсации смешения мод.
Бесплатно
Математическая модель управления тепловым воздействием на материалы высокоэнергетических источников
Статья научная
Разработана модель регулирования теплового воздействия на материалы энергетических источников с пространственно-временным модулированием распределения плотности. Проведены теоретические и экспериментальные исследования формирования требуемого распределения температур в материалах. Расчетные значения температур для выбранных групп материалов в широких диапазонах скорости перемещения и мощности теплового источника удовлетворительно совпадают с экспериментальными значениями (погрешность δT ≤ 20... 15 T ЎЬ д ).
Бесплатно
Статья научная
Предложена новая модель хрусталика, учитывающая асферичность преломляющих поверхностей и распределение показателя преломления его среды. Модель основана на биометрических данных в предположении о подобии профиля распределения показателя преломления профилю преломляющих поверхностей. Проанализированы гауссовы и аберрационные свойства оптической системы глаза с включенной в нее предложенной моделью хрусталика.
Бесплатно
Математические модели в задачах синтеза плоских оптических элементов
Статья научная
Рассмотрены математические проблемы, возникающие при решении обратных задач синтеза плоской оптики. Предложены эффективные алгоритмы решения задачи формирования диаграммы направленности, синтеза заданного плоского изображения, задачи фокусировки электромагнитного излучения.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена разработке и исследованию математических моделей, описывающих получение изображений с двухзеркальных катадиоптрических систем, которые позволяют создавать стереоизображения с использованием одной камеры и двух плоских зеркал. Главное отличие предложенных моделей от существующих решений в данной области - учёт дисторсии на изображениях с реальных камер. Приведён обзор основных методов создания 3D-моделей с применением оптических технологий, а также обзор типов катадиоптрических систем в зависимости от количества используемых зеркал и их формы (криволинейные или плоские). Методика проведения исследования заключается в математическом моделировании двухзеркальной катадиоптрической системы, а также в компьютерном эксперименте с использованием реальных изображений, которые были получены с помощью стереонасадки из двух плоских зеркал, и синтетических изображений, сгенерированных на основе алгоритма трассировки лучей. Приведены результаты экспериментов по калибровке камеры со стереонасадкой, а также результаты ректификации изображений с использованием калибровочных данных и разработанных математических моделей. Результаты экспериментов позволяют судить об адекватности разработанных моделей. Предложенные модели расширяют теорию компьютерного зрения и могут быть использованы в создании и исследовании систем компьютерного зрения для робототехнических комплексов.
Бесплатно
Статья научная
Представлен сравнительный анализ математических моделей поляризационной модовой дисперсии высших порядков на основе матриц Джонса. Показано, что ограниченная экспоненциальная модель и модель на основе ряда Тейлора не дают хорошей аппроксимации поляризационной модовой дисперсии высших порядков из-за инфинитности модуля вектора дисперсии по отношению к частоте. Более точно соответствуют поляризационной модовой дисперсии реального волокна аналитическая модель, описывающая вектор дисперсии как вращение по замкнутой кривой в пространстве Стокса, и модель, рассматривающая отдельно элементы матрицы, зависящие и не зависящие от частоты. Кроме того, с помощью модели вращения по замкнутой кривой в пространстве Стокса может быть получено аналитическое выражение уширения импульса, которое часто выбирается в качестве параметра качества системы связи. Недостатком всех представленных моделей является то, что они лишь аппроксимируют физический процесс, а не описывают точно, что связано с непредсказуемостью и стохастичностью дисперсии поляризационных мод.
Бесплатно
Статья научная
Создается оригинальная система контроля геометрии зеркал обсерватории «Миллиметрон» для работы в составе бортового комплекса научной аппаратуры. Система предназначена для контроля качества зеркальной системы космического телескопа и использования получаемых данных в качестве сигналов «обратной связи» для предварительной настройки и юстировки оптической системы телескопа в космическом пространстве. Задачей системы является определение многомерного вектора неизвестных параметров состояния зеркальной системы телескопа по косвенным измерениям, получаемым в результате обмера телескопа 3D-сканером. Создана не имеющая аналогов математическая модель, численно описывающая процесс предварительного обмера зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркальной системы. На базе созданной математической модели осуществлено численное моделирование работы бортового 3D-сканера при предварительном обмере зеркальной системы обсерватории «Миллиметрон» с использованием оптических контрольных меток на поверхности зеркал в приближении геометрической оптики. Разработан новый эффективный метод предварительной оценки смещения элементов зеркальной системы телескопа по косвенным (неявным) измерениям, выполняемым 3D-сканером. Метод основан на математическом преобразовании косвенных измерений отклонений положения контрольных меток зеркал телескопа от их эталонного положения, на выходе которого выдается список оценок смещений неизвестных параметров элементов зеркальной системы, задаваемых удобным образом. Показана возможность обмера зеркальной системы телескопа с целью его предварительной настройки при использовании 3D-сканера на борту космического аппарата. Приведены оценки допустимых отклонений компонент зеркальной системы, необходимые для обеспечения функциональности телескопа.
Бесплатно
Материалы и методы для создания плоских фокусирующих элементов
Статья научная
Рассматриваются материалы и технологические процессы, пригодные для создания фокусаторов - плоских элементов, способных фокусировать монохроматическое излучение в произвольную линию с заданным распределением интенсивности на ней. Описываются методы изготовления оптических элементов как с поверхностным рельефом, так и с фазовым, возникающим за счет модуляции показателя преломления. Приводятся результаты работ по изготовлению фокусаторов с помощью фотолитографии селективного травления бихромированного элемента, по созданию фокусаторов с фазовым рельефом на слоях халькогенидных стеклообразных полупроводников.
Бесплатно
Статья научная
Методами классической электродинамики рассматривается наклонное падение плоской электромагнитной волны на планарный анизотропный неоднородный слой с кручением, в котором оптическая ось меняет направление относительно плоскости падения. Рассматривается общий случай, когда все компоненты тензора диэлектрической проницаемости среды не равны нулю и являются функциями поперечной координаты в слое. С помощью метода Вентцеля - Крамерса - Бриллюэна в начальном приближении получено матричное решение 4×4 для проекций полей электромагнитной волны в неоднородной анизотропной среде. Выполнен расчёт матричных коэффициентов отражения, показана их зависимость от угла кручения среды.
Бесплатно
Статья научная
В статье подведены итоги III Международной конференции и молодежной школы «Информационные технологии и нанотехнологии» (ИТНТ-2017), состоявшейся в Самаре 25-27 апреля 2017 года, а также кратко рассмотрена основная тематика исследований, обсуждаемых на ИТНТ-2017.
Бесплатно
Статья научная
Рассчитана трёхуровневая спиральная металинза в плёнке аморфного кремния, рельеф которой состоит из двух субволновых решёток с периодом 220 нм (для длины волны 633 нм) и глубиной 90 нм и 170 нм, которая при освещении светом с линейной поляризацией формирует оптический вихрь с топологическим зарядом 2 и левой круговой поляризацией. Распределение интенсивности в фокусе на расстоянии 633 нм от поверхности металинзы имеет вид круглого субволнового кольца, а продольная проекция вектора Пойнтинга на оптической оси отрицательная (обратный поток энергии). Две субволновые решётки с разной глубиной работают как четвертьволновые пластинки и преобразуют линейную поляризацию в круговую, но с задержкой по фазе на половину длины волны. Такая металинза выполняет функции трёх оптических элементов: четвертьволновой пластинки, спиральной фазовой пластинки и дифракционной микролинзы с высокой числовой апертурой (близкой к единице).
Бесплатно
Металло-диэлектрическая линза Микаэляна
Статья научная
Моделируется прохождение света через планарные линзы Микаэляна, созданные на основе фотонно-кристаллических и композитных металло-диэлектрических сред. Показано, что увеличение апертуры фотонно-кристаллической линзы с помощью градиентной композитной среды повышает интенсивность в фокальном пятне в 2 раза. Использование металло-диэлектрической среды позволяет осуществлять фокусировку ТМ-волны при отражении ТЕ-волны.
Бесплатно
