Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2553
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
Матричная технология измерений. Путь к нанометрам
Статья научная
Новая технология измерения линейных и угловых координат использует оптическую марку с очень большим количеством элементов (десятки и сотни тысяч). Одновременное измерение положения всех элементов изображения марки с помощью цифровой камеры повышает точность измерения положения марки в сотни и более раз. Для новых измерителей прогнозируемая разрешающая способность находится на уровне долей нанометра в линейной шкале и тысячных долей угловой секунды в угловой шкале. Разрешающую способность реального измерителя ограничивает случайная погрешность измерения, вызванная ограниченной разрядностью и тепловыми шумами цифровой камеры. Исследование этой составляющей погрешности и является целью данной работы. Авторами были проведены длительные измерения координат, угла поворота и периода неподвижной марки в условиях медленно изменяющейся температуры. Анализ полученных данных позволил определить случайную составляющую погрешности измерений, отделив ее от изменений, вызванных тепловыми деформациями. При размерах марки и матрицы цифровой камеры менее 10 мм стандартное отклонение результата угловых измерений составило 0,005 угловых секунд, линейных измерений − порядка 0,1 нм, а значения периода элементов марки − менее 0,01 нм. Полученные оценки стандартного отклонения результатов измерений хорошо согласуются с аналитическими оценками, приведенными в статье. Экспериментально доказана высокая разрешающая способность матричной технологии линейных и угловых измерений.
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
Металинза для детектирования оптических вихрей с дробным топологическим зарядом
Статья научная
В работе рассмотрена металинза для детектирования падающего поля, имеющего изначально дробный топологический заряд в диапазоне от –2 до 0. Металинза построена на базе спиральной зонной пластинки с топологическим зарядом –1,5. Моделирование показало, что изменение топологического заряда у фокусируемого падающего пучка приводит к смещению его фокусного пятна из центра на оптической оси и изменению величины его максимума, что влечет изменение интенсивности на оптической оси в 6,9 раз при изменении топологического заряда падающего пучка в диапазоне от –0,6 до –1,5. На интенсивность в фокусе на оптической оси влияет также поворот пучка с дробным топологическим зарядом. Это дает возможность с помощью рассматриваемой металинзы измерять угол поворота падающего пучка в диапазоне от 0 до 110°.
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
Метаповерхности и перспективы развития компьютерной оптики
Статья научная
Метаповерхности обеспечивают новый шаг в развитии компьютерной оптики, который продолжает этап многофункциональных преобразований света с использованием ультратонких элементов. В отличие от традиционного подхода, основанного на рефракционных и дифракционных оптических элементах, в метаповерхностях используются сложные массивы субволновых структур для управления фазой, амплитудой и поляризацией падающих световых волн. Эта перспективная технология даёт множество преимуществ, включая обеспечение поляризационных преобразований и острой фокусировки с преодолением дифракционного предела, а также компенсации оптических аберраций в значительно более тонком и лёгком формате. Метаповерхности успешно применяются во множестве приложений: от формирования высококачественных изображений до предоставления дополненной реальности, в спектроскопии, мониторинге окружающей среды, в совершенствовании диагностических технологий и медицинского оборудования. Благодаря своей замечательной адаптируемости и исключительным характеристикам метаповерхности обладают огромным потенциалом, позволяющим выйти за рамки, казалось бы, непреодолимых пределов в области световых технологий. В этом обзоре представлены основные приложения метаповерхностей с точки зрения расширения возможностей компьютерной оптики. Обсуждаются проблемы и перспективы развития метаповерхностей, в том числе на основе перестраиваемых устройств и с использованием методов искусственного интеллекта.
Бесплатно
Статья научная
В статье описан метод автоматического адаптивного управления процессом формирования изображений в системах распознавания текстовых меток реального времени. Предложены критерии оценки качества видеоизображений с образами текстовых меток объектов контроля и алгоритмы управления параметрами средств формирования изображений в составе таких систем. Даны рекомендации по выбору средств формирования изображений и описаны критерии эффективности модуля управления их параметрами.
Бесплатно
Метод автоматического совмещения разнородных цифровых изображений дистанционного зондирования Земли
Статья научная
В работе предлагается метод автоматического совмещения разнородных цифровых изображений дистанционного зондирования Земли с использованием данных о съемке. Метод предназначен для совмещения цветных, полутоновых, мультиспектральных и радарных изображений и их комбинаций с возможным отличием в пространственном разрешении до четырех (опционально – шестнадцати) раз. Основными этапами предлагаемого метода являются: опциональный этап повышения разрешения (до четырех раз); опциональный этап снижения числа каналов цифровых снимков до предустановленных трех или одного; этап поиска особых точек и этап их описания и совмещения. Для получения универсального и устойчивого решения на последних этапах в работе сопоставлялись лучшие известные алгоритмы: SIFT, SAR-SIFT, RIFT и обучаемый RoMa. Экспериментальные исследования с использованием указанных типов космических изображений показали однозначное преимущество обучаемой нейросетевой модели RoMa, которая и была настроена/обучена на множестве разнородных снимков. Для дополнительного повышения точности совмещения мы использовали априорные данные о снимках в виде данных их геопривязки.
Бесплатно
Метод анализа данных сложной структуры с элементами машинного обучения
Статья научная
Предложен метод анализа данных сложной структуры, основанный на совмещении вейвлет-преобразования и нейронных сетей «Автокодировщик». Метод позволяет изучить структуру данных, выделить аномальные изменения разной формы и длительности и подавить шум. На примере данных сети станций нейтронных мониторов показана эффективность метода. Данные нейтронных мониторов определяют интенсивность вторичных космических лучей и являются одним из ключевых факторов космической погоды. Численная реализация метода позволяет применять его в оперативном режиме, что представляет интерес в задачах анализа природных данных и диагностики катастрофических событий.
Бесплатно
