Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
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
Направление потоков энергии в фокусе цилиндрических вихревых векторных пучков
Статья научная
В работе аналитически с помощью формализма Ричардса–Вольфа и с помощью моделирования показано, что при острой фокусировке оптического вихря с круговой поляризацией в плоскости фокуса имеют место три потока энергии: прямой продольный, обратный продольный и азимутальный поперечный. Причем вращение энергии на разных расстояниях от оптической оси происходит в разных направлениях. Поэтому плоскость фокуса вдоль оптической оси пересекает в единицу времени только часть начальной энергии пучка. Такая же часть (при прочих равных условиях) пересекает плоскость фокуса вдоль положительного направления оптической оси, если сфокусировать оптический вихрь с цилиндрической поляризацией. Отличие состоит в том, что если присутствует оптический вихрь, то поперечный поток энергии в фокусе вращается вокруг оптической оси, а если оптический вихрь отсутствует (пучок только с цилиндрической поляризацией), то в плоскости фокуса в среднем поперечный поток равен нулю, но в некоторых местах плоскости фокуса поток направлен к оптической оси, а в некоторых местах – от оптической оси.
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
Статья научная
На примере волоконно-оптической измерительной сети томографического типа выполнено исследование алгебраических и нейросетевых методов реконструкции распределенных физических полей. Выявлены преимущества и недостатки нейросетевого подхода. Предложен нейро-итерационный алгоритм, сочетающий в себе преимущества нейросетевых и алгебраических методов реконструктивной томографии.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей работе предложен новый подход к классификации гиперспектральных изображений высокого разрешения в прикладной задаче определения типов сельскохозяйственной растительности. В качестве классификатора используется спектрально-пространственная сверточная нейронная сеть с компенсацией вариаций освещения. Для автоматизированного формирования обучающей выборки предложен алгоритм на основе адаптивного вегетационного индекса. Показана эффективность предложенного подхода в задаче классификации типов растительности по результатам съемок сельскохозяйственных угодий, выполненных сканирующей гиперспектральной камерой.
Бесплатно
Статья научная
Статья посвящена анализу возможности оценки эмоционального состояния человека по особенностям работы головного мозга с использованием неинвазивных нейро-компьютерных интерфейсов. Проведен анализ публикаций последних лет, посвященных применению сигналов электроэнцефалограммы (ЭЭГ) для оценки эмоционального состояния, выявлены актуальные проблемы в этой области. Описаны основные подходы к стимуляции головного мозга для получения информативных сигналов ЭЭГ, а также методы их анализа и распознавания. Предложена архитектура глубокой сверточной нейронной сети для анализа данных ЭЭГ, а также нейросетевая модель искусственного интеллекта для классификации 4 эмоций (страх, счастье, печаль, спокойствие) по шкале валентности-арозальности Рассела на основе двух сверточных нейронных сетей. Проведен эксперимент с участием 50 человек, которые просматривали эмоционально окрашенные видеоролики. Собраны данные ЭЭГ 50 испытуемых, которые использовались для обучения и тестирования нейросетевой модели. Результаты показали высокую точность классификации эмоций (94%±3,4%) с использованием беспроводного нейроинтерфейса.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа посвящена задаче распознавания людей по лицу в видеопоследовательности. В работе предложена нейросетевая модель, которая для входного набора изображений лица человека строит компактное признаковое представление фиксированной размерности. Предложенная модель состоит из двух частей: модуль распознавания по изображению лица и модуль оценки качества изображения лица. Признаковые представления кадров из входного набора, полученные в результате работы модуля распознавания, агрегируются с учетом их полезности, которая оценивается модулем оценки качества. Визуальный анализ выявил, что предложенная нейронная сеть учится использовать больше полезной информации с изображений высокого качества и меньше - с размытых или перекрытых изображений. Экспериментальная оценка на базах YouTube Faces и IJB-A показала, что предложенный метод объединения признаков на основе оценок полезности изображений позволяет повысить качество распознавания по сравнению с базовыми методами агрегации.
Бесплатно
Нейросетевая реконструкция видеопотока в дифракционных оптических системах массового производства
Статья
Возможность существенно снизить массу и стоимость систем технического зрения привела к появлению большого числа работ, посвященных разработке новых оптических схем на основе дифракционной оптики и новых подходов к реконструкции получаемых изображений. Получаемые системы демонстрируют достаточное для прикладных систем технического зрения качество изображений. Однако при создании таких прикладных систем возможны источники дополнительных потерь качества получаемого видеопотока. В настоящей работе исследовано влияние на итоговое качество реконструируемого видеопотока таких факторов, как ограничения технологии массового производства дифракционной оптики, артефактов сжатия видеопотока с потерями, а также особенностей нейросетевого подхода к реконструкции. Предложена сквозная нейросетевая технология реконструкции изображений, позволяющая компенсировать дополнительные факторы потери качества и получить итоговый видеопоток с качеством, достаточным для решения прикладных задач технического зрения.
Бесплатно
Статья научная
Контроль качества и обнаружение артефактов в данных функциональной магнитно-резонансной томографии актуален для исследований головного мозга и клинических применений. Движение головы испытуемых остается основным источником артефактов - даже микросмещение головы способно исказить структурные и функциональные МРТ-данные. В настоящей работе предложена сквозная нейросетевая технология обнаружения ступенчатых аномалий с обучением на частично синтезированных данных с адаптацией к конкретному малому набору реальных данных. Разработана процедура формирования синтетического набора данных для обучения и автоматизированной разметки реальных данных. Предложена рекуррентная нейросетевая модель обнаружения ступенчатых аномалий. Разработан метод адаптации модели по малому набору реальных данных на основе одношагового метаобучения. Экспериментальная проверка точности проведена в задаче детектирования ступенчатых аномалий скользящим окном в 10, 15 и 24 отсчёта. Эксперименты показали, что предложенная технология обеспечивает обнаружение ступенчатых аномалий с точностью до 0,9546.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрена задача восстановления функций распределения физических полей с использованием распределенных волоконно-оптических измерительных систем [1] для случаев неполных схем укладки измерительных линий. Представлен подход, позволяющий использовать нейронные сети радиально-базисного типа [2] для предобработки проекционных данных с целью дальнейшего применения к ним методов аппроксимации для нерегулярных схем укладки измерительных линий более простого вида.
Бесплатно
Нейросетевой классификатор гиперспектральных снимков кожных патологий
Статья научная
В работе представлены результаты применения нейросетевого классификатора для анализа снимков злокачественных и доброкачественных кожных образований, полученных с помощью гиперспектральной камеры. С помощью трёхблочной нейросети архитектуры VGG произведена классификация набора двумерных изображений меланомы, папилломы и базальноклеточной карциномы, полученных в диапазонах 530 - 570 и 600 - 606 нм, характеризуемых наибольшим поглощением меланина и гемоглобина. Проанализирована достаточность включения в обучающий набор двумерных изображений ограниченного спектрального диапазона. Полученные результаты позволяют судить о значительных перспективах применения нейросетевых алгоритмов обработки гиперспектральных данных для классификации кожных патологий. При относительно малом наборе обучающих данных точность классификации для трех типов новообразований составила 96 %.
Бесплатно
Нейросети на многозначных нейроэлементав: обучение обработка и распознавание изображений
Статья
Бесплатно
Некогерентный голографический коррелятор на основе микрозеркального модулятора
Статья научная
Рассмотрена возможность применения в оптическом корреляторе микрозеркального модулятора в качестве устройства вывода голографических фильтров при квазимонохроматическом пространственно-некогерентном входном излучении. Представлена экспериментальная установка оптического коррелятора, собранная по схеме с одним объективом. Проведены эксперименты по распознаванию тестовых объектов при динамическом выводе синтезированных голографических фильтров на модулятор. Полученные результаты позволяют сделать вывод об успешном распознавании объектов в некогерентном корреляторе при использовании микрозеркального модулятора.
Бесплатно
Некоторые алгоритмы обработки изображений и их реализация на нейросетях
Статья научная
Статья посвящена реализации некоторых оригинальных алгоритмов обработки изображений на клеточных нейросетях (CNN) из многозначных и универсальных нейроэлементов. Рассматриваются высокоэффективные, т.н. многозначные фильтры, их применение для фильтрации шума и коррекции частот. Рассматриваются также алгоритмы выделения контуров, фильтрации импульсных помех и их реализация на нейросетях. Исследуется также применение нейросетей из многозначных нейроэлементов для решения задач распознавания изображений и экстраполяции ортогонального спектра изображения в область высоких частот с целью повышения разре-шающей способности оптической системы.
Бесплатно
Некоторые модификации цифрового коррелятора для обнаружения объектов на изображении
Статья научная
Предлагаются две модификации корреляционного метода обнаружения. Первая из них - обработка поля корреляции пиковым фильтром с целью облегчения выделения координат локальных максимумов, соответствующих объектам. Вторая - переход к адаптивному целеуказанию, приводящий к значительному "обострению" корреляционных пиков и повышению устойчивости метода к шумам. Приводятся результаты экспериментального исследования традиционного и модифицированного методов.
Бесплатно
Статья научная
Представлены некоторые результаты, касающиеся механизма, особенностей и практических возможностей предложенного авторами прямого метода формирования изображения в некоторых позитивных резистах непосредственно в процессе экспонирования электронным лучом в вакууме. На примере резиста из полиметилметакрилата показано, в частности, что этот метод удобен для получения микро- и наноструктур со скруглённым профилем сечения, а также для получения пространственных 3D-структур с хорошей точностью вертикальных размеров изображения и низкой шероховатостью поверхности. Представленные данные в целом, по мнения авторов, указывают на потенциальные прикладные возможности предлагаемого метода, в частности, для изготовления дифракционных оптических элементов.
Бесплатно
