Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2346
Статья научная
Исследована задача определения модового состава волновода с параболическим профилем показателя преломления по известной диаграмме направленности локализованного источника. Найдены условия, при которых угловое распределение поля локализованного источника можно описать с помощью разложения по когерентным состояниям. Получены явные выражения для коэффициентов возбуждения мод волновода и в случае ненаправленных источников найдено рек-курентное соотношение для их расчета. Показано, что на модовый состав излучения дипольного источника в основном влияет его положение относительно оси волновода. Также показано, что даже в случае ненаправленного излучателя возможно селективное возбуждение отдельных групп мод волновода.
Бесплатно
Модуляционная неустойчивость волновых пакетов в неоднородных двухмодовых световодах
Статья научная
Исследованы условия возникновения модуляционной неустойчивости волнового пакета в двухмодовом световоде c экспоненциальным профилем неоднородности дисперсии групповых скоростей по длине световода. Получены аналитические выражения интегрального инкремента усиления гармонического возмущения и других важных характеристик, определяющих динамику модуляционной неустойчивости двух взаимодействующих мод в световоде с заданным типом неоднородности.
Бесплатно
Моды планарного градиентного гиперболического секансного волновода
Статья научная
Получены аналитические выражения для ТЕ- и ТМ- мод планарного гиперболического секансного (ГС) волновода, которые являются частным случаем более общих мод, распространяющихся в волноводах Эпштейна. Получено выражение для периода Тальбота (или фокусного расстояния) для ТЕ-мод в планарном ГС-волноводе, и показано, что для ТМ-мод не возникает периодичность и нет фокусировки в ГС-волноводе. Получены выражения для полной ширины по полуспаду интенсивности и нормированной интенсивности для основной ТЕ-моды в ГС-волноводе, и найдены параметры ГС-волновода, при которых ширина основной моды минимальна и равна 0,11 от длины волны. С помощью моделирования программой FullWAVE показано модовое распространение световых полей с начальными аналитически полученными амплитудами в ограниченных ГС-волноводах и периодическое повторение немодовых световых полей в волноводе с периодом Тальбота. С помощью моделирования также показано, что ГС-линза, являющаяся "куском" ГС-волновода, фокусирует плоскую ТЕ-волну в субволновое фокусное пятно шириной по полуспаду интенсивности 0,131 от длины волны.
Бесплатно
Моды шепчущей галереи в диэлектрическом цилиндре с круглым сечением
Статья научная
При дифракции плоской монохроматической ТЕ-волны на идеальном однородном диэлектрическом цилиндре с резонансным радиусом в несколько длин волн вблизи поверхности на выходе из цилиндра на оптической оси формируются два последовательных максимума интенсивности (два фокуса). Первый субволновый фокус формируется одним из лепестков моды шепчущей галереи, его интенсивность в 50 раз больше интенсивности падающего света, а ширина по полуспаду интенсивности может быть равна 0,155 длины волны. Второй фокус в 2 раза меньше по интенсивности и удлинён, его называют фотонной струей, он формируется на расстоянии около длины волны от поверхности цилиндра и имеет ширину 0,44, а длину - две длины волны. Численно исследованы возможности фокусировки света двухслойным цилиндром, и рассмотрено влияние поглощения материалов на результат фокусировки.
Бесплатно
Может ли радиальное число вихревых мод управлять орбитальным угловым моментом?
Статья научная
В общем случае стандартный пучок Лагерра-Гаусса, состояние которого задаётся двумя квантовыми числами - радиальным числом n и азимутальным числом l (или топологическим зарядом вихря, переносимым пучком Лагерра-Гаусса), является неустойчивым относительно слабых возмущений. Это нетрудно заметить, если разложить комплексную амплитуду пучка Лагерра-Гаусса по модам Эрмита-Гаусса, общее число которых равно N = 2 n + l +1. Изменяя амплитуды и фазы коэффициентов разложения с помощью возмущающих параметров, можно существенно трансформировать первоначальную радиально симметричную структуру пучка Лагерра-Гаусса. Мы назвали композицию мод Эрмита-Гаусса, зависящую от двух возмущающих параметров (амплитудный параметр e, фазовый параметр q), структурированным пучком Лагерра-Гаусса. При изменении этих параметров орбитальный угловой момент структурированного пучка Лагерра-Гаусса меняется в интервале (-l, l), а полный топологический заряд - в интервале (-2 n - l, 2 n + l). При n = 0 изменение орбитального углового момента в интервале (-l, l) является плавным, а с ростом n поведение орбитального углового момента становится всё более осциллирующим. Число минимумов (максимумов) осцилляций равно радиальному числу в интервале q = (0, p) и q = (p, 2p), а их амплитуда нелинейно зависит от разности l - n , за исключением точки q = p, где сЛГ-пучок становится вырожденным. Если же l = 0, то орбитальный угловой момент = 0 и в структуре структурированного пучка Лагерра-Гаусса возникает либо симметричный массив вихрей с противоположными знаками топологического заряда, либо узор краевых дислокаций, число которых равно радиальному числу n . Также мы обнаружили, что, несмотря на быстрые осцилляции орбитального углового момента, абсолютное значение полного топологического заряда структурированного пучка не изменяется при вариации как амплитудного e, так и фазового параметра q, но зависит исключительно от исходного состояния ( n , l) пучка Лагерра-Гаусса и равно модулю (2 n + l).
Бесплатно
Морфлеты: новый класс древовидных морфологических описаний формы изображений
Статья научная
В работе предложен новый класс морфологических древовидных описаний формы изображений. Дано формальное определение хаароподобных функций. Показано, что Пытьевская морфология центрированных изображений может быть описана в терминах Хааро-подобных базисов. Определены морфологии локализованных форм и соответствующие хаароподобные вейвлеты. Указан формальный способ построения иерархии локализованных форм и соответствующих деревьев хаароподобных вейвлетов. Введено понятие морфлетов как хаароподобных вейвлетов, согласованных по форме с изображением. Приведены некоторые схемы построения морфлетных описаний.
Бесплатно
Морфологическая фильтрация изображений на основе взаимного контрастирования
Статья научная
В статье предложен метод морфологической компаративной фильтрации на основе взаимного контрастирования изображений. Описана процедура нормализации фона на основе взаимного контрастирования с использованием пирамиды изображений, и предложен соответствующий алгоритм выделения отличий для изображений дистанционного зондирования. Проведено экспериментальное сравнение разработанного алгоритма выделения отличий с аналогом на тестовом наборе данных.
Бесплатно
Статья научная
Предложен аналитический подход к вычислению непрерывных скелетов с эллиптическими структурирующими элементами (эллиптических скелетов). Описан переход между дисковыми скелетами и эллиптическими скелетами. На основе эллиптических скелетов предложен вычислительно эффективный дискретно-непрерывный подход к построению морфологических дескрипторов (спектров и карт) с фиксированными эллиптическими структурирующими элементами. Введены понятия морфологических эллиптических карт и спектров размеров, направлений, вытянутости по произвольным эллиптическим структурирующим элементам. Определены двумерные спектры по различным сочетаниям факторов размера и формы. Предложенные эллиптические спектры могут применяться как для сегментации фигуры на области различной толщины и/или направления, так и в качестве дескрипторов формы для распознавания типа наблюдаемых фигур.
Бесплатно
Статья научная
Описаны атрибутные и реляционные представления моделей мозаичных изображений с направленными отношениями. Рассмотрены атрибутные представления асимметричных реляционных моделей на основе стековых, ранговых и интегральных описаний. Введены морфологические меры сходства на основе реляционных моделей. Показано, что на основе одной и той же ориентированной реляционной модели могут быть введены различные морфологические операторы, в частности, типа Серра и типа Пытьева. Предложены способы построения таких морфологических операторов в атрибутном и реляционном домене. Описана новая морфологическая схема двухэтапной взаимной адаптивной фильтрации изображения и формы, на первом шаге которой происходит упрощение (проецирование) формы c учетом изображения, а на втором - упрощение (проецирование) изображения c учетом формы.
Бесплатно
Статья научная
На основании анализа опубликованных работ по обеспечению безопасности критически важных объектов от террористических угроз сделан вывод о необходимости дополнить предложенные в литературе мультисенсорные комплексы видеоаналитической системой для повышения надёжности обнаружения несанкционированных вторжений на территории ограниченного доступа и распознавания намерений вторгшихся лиц. Предложен алгоритм для решения первой части задачи, основанный на реализации принципа накопления. Частично затронут вопрос о распознавании намерений вторгшегося субъекта. Приведены оценки вероятностей 1-го и 2-го рода, обеспечиваемые предложенным алгоритмом обнаружения вторжений.
Бесплатно
Наблюдаемость кристаллических решёток по нескольким узлам на изображениях их проекций
Статья научная
В статье рассматривается задача о наблюдаемости трёхмерной кристаллической решётки. В предположении о вращательном характере движения решётки относительно плоскости наблюдения получены аналитические выражения определения наблюдаемости кристаллической решётки в общем случае при наблюдении двух и более узлов на проекции. Рассмотрены частные случаи для определения условий наблюдаемости кубической ячейки при некоторых значениях индексов узлов.
Бесплатно
Наблюдение оптического эффекта "углового трактора" в пучке Бесселя
Статья научная
В работе изучается оптический эффект «углового трактора», заключающийся в том, что в вихревом лазерном пучке с радиальной симметрией с положительным/отрицательным топологическим зарядом и левой/правой круговой поляризацией на разных радиусах от центра пучка в поперечном сечении поток световой энергии вращается в разных направлениях (по часовой или против часовой стрелки). Показано, что этот эффект имеет место как для параксиальных вихревых пучков, так и в фокусе апланатической системы при фокусировке непараксиального оптического вихря. Экспериментально продемонстрировано движение диэлектрических микрочастиц в пучке Бесселя 3-го порядка с круговой поляризацией в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки).
Бесплатно
Наноразмерные эффекты в полевой эмиссии электронов ультратонкими металлическими плёнками
Статья научная
В рамках метода гамильтониана переноса Бардина рассматривается полевая эмиссия электронов наноразмерными структурами. Предложена модель, в которой учитывается конечный размер эмиттера в направлении эмиссии электронов. Эмиссия рассматривается как туннельный переход между двумя многочастичными электронными квантовыми состояниями. Получены формулы и предложен алгоритм вычислений. В упрощённой модели выполнены численные оценки на величину наноразмерных эффектов в процессах полевой эмиссии электронов ультратонкими металлическими плёнками.
Бесплатно
Нанофокусировка с помощью заострённых структур
Статья научная
В работе показана возможность нанофокусировки в ближнем поле не только с помощью металлических, но также и диэлектрических структур с резкими краями. Исходя из векторных интегралов Рэлея-Зоммерфельда, показан эффект экстраординарного усиления продольной компоненты электромагнитного поля вблизи разрывов функции падающего поля, связанных с резкими скачками в рельефе оптического элемента. Методом конечных элементов выполнено моделирование дифракции электромагнитного излучения на остриях металлических структур, а также диэлектрических структур, имеющих высокий показатель преломления. Показано, что получаемый размер фокусного пятна по полуспаду интенсивности FWHM (full width at a half maximum) почти прямо пропорционально зависит от радиуса кривизны острия структуры. Для острой фокусировки предложена оптическая схема, состоящая из накопителя, собирающего и направляющего излучение на нанофокусатор. В качестве накопителя предлагается использовать рефракционный аксикон, собирающий излучение на свою вершину, где располагается нанофокусатор - алюминиевая или кремниевая наносфера. При этом необходимо освещать аксикон пучком с вихревой фазовой зависимостью первого порядка или радиально-поляризованным пучком. Предложенная схема способна обеспечить локализацию излучения в световом пятне размером FWHM = l/400.
Бесплатно
Нанофотоника - манипулирование светом с помощью наноструктур
Статья научная
Стенограмма доклада на семинаре по компьютерной оптике и обработке изображений. Приводятся некоторые интересные результаты по нанофотонике, полученные в 2004-2008 годах ведущими научными группами. Показаны различные варианты локализации света в наноразмерных областях с помощью проволочных наносветоводов, нанорезонаторов, фотонных кристаллов. Свет при этом может быть заключен в область, размер которой в 10-15 раз меньше длины волны в вакууме.
Бесплатно
Нанофотоника и дифракционная оптика
Статья научная
Показано, что достижения дифракционной оптики в значительной мере определяют развитие ряда направлений нанофотоники таких как: метаматериалы; фотонные кристаллы; плазмоника; оптический захват и манипулирование нанообъектами; наномоделирование. Приводится решение ряда характерных задач нанофотоники по перечисленным направлениям на основе методов дифракционной компьютерной оптики.
Бесплатно
Нахождение констант распространения методом Крылова при расчете мод фотонных волноводов
Статья научная
В работе численно исследована эффективность метода Крылова решения нелинейной задачи на собственные значения при расчете констант распространения собственных мод фотонного волновода. Матрица этой нелинейной задачи на собственные значения имеет размерность N Ч N, где N пропорционально числу локальных синусоидальных мод, с помощью которых аппроксимируются собственные моды волновода.
Бесплатно
Статья научная
Основная проблема использования стандартных методов оптимизации заключается в необходимости изменять все параметры шагами одинакового размера, независимо от поведения градиента. Более эффективный способ оптимизации нейронной сети состоит в том, чтобы установить адаптивные размеры шага для каждого параметра. Стандартные методы основаны на квадратных корнях экспоненциальных оценок моментов квадратов прошлых градиентов и не используют локальное изменение градиентов. В работе представлены методы адаптивной невыпуклой и доверительной оптимизации с положительно-отрицательной оценкой моментов с соответствующими теоретическими гарантиями сходимости. Данные подходы позволяют более точно сходиться функции потери в области глобального минимума за меньшее количество итераций. Использование преобразований положительно-отрицательной оценки момента и дополнительного параметра, регулирующего размер шага, позволяют обходить локальные экстремумы для достижения более высокой производительности по сравнению с аналогичными методами. Внедрение разработанных алгоритмов в процесс обучения различных архитектур мультимодальных нейросетевых систем анализа гетерогенных данных позволило повысить точность распознавания пигментных новообразований кожи на 2,33 - 5,69 процентных пункта по сравнению с известными методами оптимизации. Мультимодальные нейросетевые системы анализа разнородных дерматологических данных, обученные с применением предложенных алгоритмов оптимизации, могут использоваться в качестве инструмента вспомогательной медицинской диагностики, который позволит сократить потребление финансовых и трудовых ресурсов, задействованных в медицинской отрасли, а также повысить шанс раннего выявления пигментных онкопатологий.
Бесплатно
