Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2590
Метрика искажений мелких структур компрессированных изображений
Статья научная
В статье предлагается новая метрика искажений мелких структур компрессированных изображений - MFSD ( Metric of Fine Structures Distortion ). К особенностям метрики относится то, что она основана на алгоритме идентификации мелких структур изображения с использованием нормированной системы N-CIELAB, что позволяет оценивать искажения с учетом свойств контрастной чувствительности зрения. Приводятся экспериментальные результаты оценки искажений тестовых изображений в зависимости от степени компрессии и параметра качества в кодеках JPEG и JPEG2000 по метрике MFSD и по традиционным метрикам PSNR и SSIM. На основе результатов сравнительного анализа MFSD с субъективными оценками качества компрессированных изображений JPEG и JPEG2000 получен новый объективный критерий высокого качества воспроизведения мелких структур компрессированных изображений. Приводится теоретическое и экспериментальное обоснование объективности нового критерия по результатам обработки и анализа искажений компрессированных тестовых фотореалистичных изображений.
Бесплатно
Механизм сверхразрешения в планарной гиперболической секансной линзе
Статья научная
Получено интегральное представление для ТЕ-волны в 2D среде от точечного источника, находящегося вне этой среды (линия раздела сред - прямая), и аналогичное представление для светового поля за плоскопараллельной пластиной. При этом выделено три типа волн, дающих вклад в световое поле: распространяющиеся волны, поверхностные волны первого и второго типов. Произведено сравнение числовых апертур рефракционных линз ближнего поля (SIL, NAIL) и планарной гиперболической секансной линзы, показано, что они близки между собой и отличаются для кремния всего на 5%. Моделирование с помощью программы FullWAVE показало, что добавление к градиентной гиперболической секансой линзе субволновой дифракционной решётки или замена такой линзы её бинарным аналогом приводят к уменьшению ширины фокусного пятна на 10% и 20% по сравнению с дифракционным пределом в данной среде.
Бесплатно
Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе
Статья научная
Теоретически показано, что в интерференционной картине четырёх плоских волн со специально подобранными направлениями векторов линейной поляризации формируется обратный поток энергии. Области прямого и обратного потока перемежаются в шахматном порядке. Величина обратного потока прямо зависит от угла схождения плоских волн и максимальна при угле схождения, близком к 90 °. Правые тройки векторов четырёх плоских волн (волновой вектор с положительной проекцией на оптическую ось и вектора напряжённостей электрического и магнитного полей) при сложении в некоторых областях интерференционной картины формируют электромагнитное поле, описываемое правой тройкой тех же векторов, но волновой вектор имеет отрицательную проекцию на оптическую ось. Также показано, что если в область обратного потока поместить сферическую диэлектрическую рэлеевскую наночастицу, то на неё будет действовать сила, направленная в обратном направлении (при этом рассеивающая сила будет больше градиентной).
Бесплатно
Микроскопический контроль процесса остеоинтеграции имплантатов
Статья научная
Экспериментально показано, что метод конфокальной флуоресцентной микроскопии обеспечивает динамический контроль процесса интеграции различных типов клеток в костный имплантат с разрешением не хуже 400 нм. Предложена оптическая методика оценки качества костных имплантатов и технологии их изготовления.
Бесплатно
Минимальное субволновое фокусное пятно по потоку энергии
Статья научная
Теоретически и численно показано, что распределение осевого потока энергии в остром фокусе света с круговой и линейной поляризацией одинаковые и обладают круговой симметрией. Также показано, что равны осевые потоки энергии для оптических вихрей с единичным топологическим зарядом и с радиальной или азимутальной поляризацией. Минимальный диаметр (при прочих равных условиях) имеет фокусное пятно, измеренное по интенсивности для оптического вихря с азимутальной поляризацией. Немного больше (на доли процента) диаметр фокусного пятна, рассчитанного по потоку энергии для света с круговой или линейной поляризацией. Величина диаметра по интенсивности играет роль при взаимодействии света с веществом, а величина диаметра по потоку энергии влияет на разрешение в оптической микроскопии.
Бесплатно
Минимальный размер фокусного пятна при фокусировке света круговой поляризации
Статья научная
В данной работе с помощью формализма Ричардса-Вольфа рассмотрена фокусировка света с круговой поляризацией плоскими дифракционными линзами. Было показано, что при увеличении числовой апертуры линзы размер фокусного пятна сначала уменьшается, а потом начинает расти. Минимальное фокусное пятно наблюдается при NA = 0,96 (FWHM = 0,55λ). При дальнейшем увеличении числовой апертуры линзы рост продольной составляющей приводит к увеличению размера фокусного пятна. При замене плоской дифракционной линзы на апланатический объектив размер фокусного пятна монотонно уменьшается при увеличении числовой апертуры линзы. Также показано, что в остром фокусе наблюдается конверсия поляризации - возникают области, в которых направление вращения круговой поляризации противоположно направлению вращения поляризации в исходном пучке.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрена минимизация размера фокального пятна (светового или теневого) при различных типах поляризации за счёт дополнительной аподизации выходного зрачка фокусирующей системы оптическим элементом с вихревой фазовой зависимостью от угла и полиномиальной амплитудной зависимостью от радиуса. Коэффициенты в радиальном полиноме оптимизировались с учётом выполнения определённых условий, в частности, сохранения энергетической эффективности и обеспечения заданного уровня боковых лепестков. Поиск коэффициентов выполнялся на основе минимизации функционала с использованием метода Брента.
Бесплатно
Статья научная
Разрабатывается и исследуется адаптивный параметризованный интерполятор при компрессии изображений на основе иерархической сеточной интерполяции. Для оптимизации параметров этого интерполятора предлагается подход, основанный на минимизации энтропии квантованных постинтерполяционных остатков, которая используется в качестве оценки объёма сжатых данных. Записывается рекуррентная схема вычисления параметров предлагаемого интерполятора, и вычисляются теоретические оценки его вычислительной сложности. В составе иерархического метода компрессии изображений производится экспериментальное исследование разработанного интерполятора, а также его сравнение с усредняющими интерполяторами и адаптивным интерполятором, основанным на оптимизации суммы абсолютных значений погрешностей интерполяции. Показывается преимущество разработанного интерполятора над прототипами по размеру компрессированных данных при различных погрешностях, вносимых в сжатое изображение.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются вопросы математического моделирования процессов в многокомпонентных оптоэлектронных элементах и устройствах, основанных на методе спектрального взаимодействия.
Бесплатно
Статья научная
Мы рассматриваем подход к расчету преломляющего оптического элемента, формирующего заданное распределение освещенности в дальней зоне при условии параллельного освещающего пучка лучей, на основе некоторой вариационной задачи. Мы рассматриваем явную формулировку этой задачи в виде задачи перемещения масс Монжа–Канторовича. Также показывается простая взаимосвязь задачи перемещения масс с двойственной линейной вариационной задачей, численное решение которой рассматривается. Прямое решение задачи такого типа представляет огромную вычислительную сложность. Для преодоления данной трудности можно использовать так называемый многомасштабный подход, основанный на построении цепочки приближений, являющихся решениями на сгущающихся сетках.
Бесплатно
Многомерное гиперкомплексное ДПФ: параллельный подход
Статья научная
В работе предложен способ параллельной реализации вычислений с гиперкомплексными числами в многомерном пространстве. В частности, предложен параллельный алгоритм вычисления многомерного дискретного гиперкомплексного преобразования Фурье (ГДПФ).
Бесплатно
Многопорядковые дифракционные решетки с несимметричным профилем периода
Статья научная
Рассмотрены результаты расчетов многопорядковых дифракционных решеток с несимметричным профилем периода. Показаны их преимущества и недостатки по сравнению с симметричными решетками.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе предложены и разработаны гибридные многопорядковые дифракционные оптические элементы, согласованные с набором волновых аберраций и полиномов Цернике. Наличие в одном дифракционном оптическом элементе сочетания двух разных типов согласованных функций позволяет использовать его для идентификации волновых аберраций различной величины в диапазоне от 0,05λ до 0,5λ. На основе численного моделирования показано, что многопорядковые дифракционные оптические элементы позволяют в одной плоскости формировать набор аберрационно-преобразованных картин. Введены критерии для идентификации сверхмалых аберраций (до 0,1λ) и аберраций большей величины (до 0,5λ). Разработан алгоритм автоматизированного выделения на картинах фокальной интенсивности областей целевого интереса. Проведён расчёт 49-канального оптического элемента, согласованного с волновыми аберрациями до 4-го порядка (в терминах функций Цернике) и функциями Цернике. На тестовых аберрированных волновых фронтах показана возможность использования предложенных оптических элементов для отличия аберраций разного диапазона, а также для определения их типа и веса.
Бесплатно
Статья научная
Проведено исследование преобразования анализируемого объекта набором из нескольких пространственных фильтров, включая полосовые, дифференциальные, радиальные и вихревые различных типов, а также фильтры Гильберта. Численно продемонстрированы преимущества и недостатки различных фильтров по четкости, инвариантности направления выделения краев, а также энергетической эффективности. На основе полученных результатов разработаны многопорядковые оптические пространственные вихревые фильтры для одновременного выделения контуров различных частей объекта. При этом показано, что многопорядковый фильтр позволяет в одной плоскости формировать набор картин с чётко выделенным полным контуром, углами объекта и различными частями контура. Проведена численная и экспериментальная апробация 4- и 5-канальных пространственных вихревых фильтров различных типов на тестовых объектах. Показана возможность использования предложенных фильтров для одновременного выделения краёв всего изображения и различных частей изображения с целью извлечения большего числа особенностей из анализируемого изображения.
Бесплатно
Многофокусная металинза для детектирования различных топологических зарядов при разных длинах волн
Статья научная
Рассмотрена комбинированная высокоапертурная металинза в тонкой пленке нитрида кремния диаметром 14 мкм, состоящая из двух наклонных секторных металинз, каждая из которых состоит из набора бинарных субволновых решеток. Моделирование методом конечных разностей во временной области показало, что металинза может одновременно детектировать оптические вихри с двумя топологическими зарядами -1 и -2 почти во всем видимом диапазоне длин волн. Металинза может селектировать несколько длин волн, которые фокусируются в разных точках фокальной плоскости: изменение длины волны на 1нм приводит к смещению фокусного пятна примерно на 4 нм. При освещении металинзы гауссовым пучком с левой круговой поляризацией одновременно формируются два оптических вихря с топологическими зарядами 1 и 2 на расстоянии 6 мкм между собой при фокусном расстоянии линзы 6 мкм. Данную металинзу можно использовать для уплотнения канала передачи информации в беспроводных телекоммуникационных системах с помощью селекции пространственно-временных мод лазерного излучения с разными топологическими зарядами и разными длинами волн. Такая микролинза является примером компактного демультиплексора.
Бесплатно
Многофокусная спектральная дифракционная линза
Статья научная
Предложен метод расчёта спектральной многофокусной дифракционной линзы, формирующей заданный набор фокусов с фиксированными положениями при нескольких различных длинах волн. Метод основан на минимизации функции, представляющей квадрат модуля разности между комплексными амплитудами пучков, формируемых микрорельефом спектральной линзы для заданных длин волн, и функциями комплексного пропускания многофокусных линз, рассчитанных для указанных длин волн. В качестве примера были рассчитаны зонные пластинки, формирующие три фиксированных фокуса при трёх и четырёх длинах волн. Полученные результаты могут найти применение при разработке и создании новых многофокусных контактных и интраокулярных линз с уменьшенными хроматическими аберрациями.
Бесплатно
Многофункциональная цифровая модель системы искажения и восстановления изображений
Статья научная
Статья рассматривает общие методы и алгоритмы решения задач восстановления изображений. Представлена разработанная многофункциональная модель системы искажения и восстановления изображений, которая используется как основной инструмент для реализации описанных алгоритмов и сравнения результатов их применения для двумерного случая
Бесплатно
Статья научная
Повсеместное использование цифрового контента повышает актуальность защиты прав авторов и обладателей такого контента, в частности, цифровых изображений. Технология цифровых водяных знаков (ЦВЗ) позволяет эффективно решать многие задачи, связанные с доказательством авторства на изображения, подтверждением их подлинности и отслеживанием незаконного копирования. Эффективный алгоритм встраивания ЦВЗ требует достижения высоких показателей незаметности и робастности, что является сложной задачей, так как улучшение одного из этих показателей обычно приводит к ухудшению другого. В этом исследовании для решения данной задачи предложен новый алгоритм невидимого встраивания ЦВЗ в гибридную пространственно-частотную область изображений, основанный на множественном встраивании и метаэвристической оптимизации. Встраивание битов ЦВЗ выполняется путём изменения блока пикселей изображения в соответствии с некоторой матрицей изменений, которая выбирается адаптивно для каждого блока с помощью генетического алгоритма. На этапе извлечения значение каждого бита ЦВЗ определяется с помощью всех встроенных копий, причём ни оригинальное изображение, ни оригинальный ЦВЗ не требуются для извлечения данных. Результаты экспериментов показывают, что предложенный алгоритм отличается высокой незаметностью и устойчивостью к ряду атак обработки изображений.
Бесплатно
Моданы - новые элементы компьютерной оптики
Статья научная
Рассмотрены основные проблемы, возникающие при создании дифракционных оптических элементов - моданов, управляющих модовой структурой когерентного излучения в линейных волноводных средах. Для создания моданов используются методы компьютерной оптики и цифровой голографии. Произведено обобщение предыдущих работ авторов на основе единого математического подхода. Разработаны многоканальные моданы, селектирующие параллельно несколько мод или групп мод. Показано, что моданы позволяют создать эталоны мод когерентного излучения. Впервые предложен метод производящих функций для создания или анализа параллельно нескольких кодовых световых пучков и оптические системы фильтрации по спектру мод. Введены характеристики точности моданов и даны их оценки при дискретизации фазы моданов. Произведен расчет энергетической эффективности моданов при различных способах регистрации их функций комплексного пропускания. В качестве примеров рассмотрены моданы, согласованные c модами Гаусса-Лагерра, Гаусса-Эрмита, Бесселя. Приведены результаты экспериментального исследования фазовых и амплитудных моданов с различным числом каналов.
Бесплатно
