Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Представление изображений плоских и пространственных объектов набором эллипсоидов
Статья научная
В работе рассмотрен подход к анализу геометрических характеристик двух- и трехмерных изображений на основе представления последних набором геометрических примитивов - эллипсоидов. Рассмотрены основные характеристики эллипсоидов в n -мерном аффинном пространстве, определены операция сложения эллипсоидов и их взвешенная сумма.
Бесплатно
Преобразование Абеля в задачах синтеза градиентных оптических элементов
Статья научная
Рассмотрены разные виды прямого и обратного преобразований Абеля в задачах расчета зависимости показателя преломления от координат для обобщенной сферической линзы Лунеберга и для цилиндрической линзы Микаэляна. Показана связь интегральных уравнений Моргана и Флетчера, из которых следует решение для обобщенной линзы Лунеберга. С помощью производной от преобразования Абеля получено решение для обычной линзы Лунеберга. Получены также интегральные уравнения для обобщенной цилиндрической линзы Микаэляна и цилиндрического обобщенного аксикона.
Бесплатно
Статья научная
С помощью интегрального преобразования Абеля в рамках геометрической оптики получены и решены интегральные уравнения для известных линз со сферическисимметричным распределением показателя преломления: линзы Максвелла «рыбий глаз» и линзы Итона-Липмана. Кроме того, в данной работе приведено решение задачи синтеза градиентного оптического элемента со сферически-симметричным распределением показателя преломления, фокусирующего плоский пучок света в радиально-симметричную область с заданным распределением интенсивности, находящуюся на некотором расстоянии от элемента в плоскости, перпендикулярной оптический оси падающего пучка.
Бесплатно
Преобразование Хартли в задачах цифровой обработки двумерных сигналов
Статья научная
Рассмотрена возможность использования дискретного преобразования Хартли (вместо дискретного преобразования Фурье) при вычислении свертки, оценке спектральной плотности мощности и автоковариационной функции двумерного цифрового сигнала. Исследовано различие двух форм дискретного преобразования Хартли - с разделимым и неразделимым ядром. Показано, что оба варианта преобразования Хартли равно-применимы в указанных задачах. Приведены формулы для пересчета спектров в различных базисах. Сделан вывод о целесообразности применения разделимого преобразования Хартли при обработке двумерных сигналов.
Бесплатно
Преобразование замедляющихся лазерных пучков в ускоряющиеся
Статья научная
Предложен метод получения решения параксиального уравнения Гельмгольца, описывающего двумерные световые пучки, ускоряющиеся на конечном отрезке траектории. Метод состоит в комплексном сопряжении и сдвиге вдоль продольной координаты (параллельной оптической оси) комплексной амплитуды известных замедляющихся световых пучков. Этим методом получены ускоряющиеся по траектории корневой параболы пучки Френеля и Лапласа, а также пучок «половины Бесселя». Замечено, что хорошо известные пучки Эрмита-Гаусса тоже являются ускоряющимися по гиперболической траектории световыми пучками. В отличие от известных бездифракционных ускоряющихся пучков Эйри рассмотренные здесь пучки при распространении сходятся в конце ускоряющегося отрезка траектории.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе разработан математический аппарат для описания распространение волн в металлическом волноводе в цилиндрической системе координат. Показано преобразование конической волны с круговой поляризацией в вихревой цилиндрически поляризованный пучок на основе разложения поля по векторным цилиндрическим модам. Результаты моделирования, основанные на разложении по плоским волнам, качественно согласуются с теоретическими выкладками.
Бесплатно
Преобразование краевой дислокации высокого порядка в набор оптических вихрей (винтовых дислокаций)
Статья научная
Теоретически показано, что астигматическое преобразование краевой дислокации (прямой линии нулевой интенсивности) n -го порядка формирует на двойном фокусном расстоянии от цилиндрической линзы n оптических эллиптических вихрей (винтовых дислокаций) с единичным топологическим зарядом, расположенных на прямой линии, перпендикулярной краевой дислокации, в точках, координаты которых являются корнями многочлена Эрмита n -го порядка. Орбитальный угловой момент краевой дислокации с астигматической фазой пропорционален n .
Бесплатно
Преобразование линейной поляризации в круговую при острой фокусировке оптического вихря
Статья
В статье показано, что при острой фокусировке оптического вихря с топологическим зарядом 2 и линейной поляризацией в плоскости фокуса вблизи оптической оси не только формируется обратный поток энергии (осевая проекция вектора Пойнтинга отрицательная), но и возникает правая круговая поляризация. Причем из-за спин-орбитальной конверсии вектор поляризации на оптической оси вращается в ту же сторону (против часовой стрелки), в которую вращается вокруг оптической оси поперечный поток энергии. Если поместить в фокус поглощающую сферическую микрочастицу с центром на оптической оси, то она должна вращаться вокруг оси и вокруг своего центра масс против часовой стрелки. Моделирование подтверждает теоретические предсказания.
Бесплатно
Преобразования структурно устойчивых состояний спиральных пучков под действием секторных возмущений
Статья научная
Исследовались условия нарушения структурной устойчивости спирального пучка, подверженного секторным возмущениям. На основе метода компьютерного моделирования и измерения спектров мод показано, что спиральный вихревой пучок имеет характерную каустическую поверхность, пересечение которой непрозрачным сектором резко изменяет форму линий тока вектора Пойнтинга и полный топологический заряд пучка. Секторное возмущение пучка почти не изменяет структуру линий тока с точностью до масштаба и поворота. Мы обнаружили, что возмущение пучка вызывает изменение направления циркуляции линий тока в области возмущения, которым вызваны появления вихрей с отрицательными топологическими зарядами. Их вклад в общий поток энергии составляет доли процента. Однако значимого изменения орбитального углового момента в пучке такие возмущения не вызывают, несмотря на рост числа вихревых мод. Тем не менее возмущенный пучок остается только условно структурно устойчивым из-за наличия малой доли оптических токов с противоположной циркуляцией.
Бесплатно
Статья научная
Разработана оптическая система для преобразования лазерных пучков с круговой поляризацией в цилиндрические векторные пучки на основе анизотропных кристаллов. Проведены экспериментальные исследования качества формирования пучков как по поляризационным, так и по структурным характеристикам. Исследования показали различия в формировании азимутальной и радиальной поляризаций для Гауссовых мод и пучков Бесселя. Установлены границы изменения параметров оптической системы для формирования различных типов поляризаций с различными амплитудно-фазовыми распределениями.
Бесплатно
Приближение сфероидальных волновых функций конечными рядами
Статья научная
Рассматривается приближение вытянутых сфероидальных функций конечными рядами и предлагается метод вычисления коэффициентов таких рядов. Приводится численный анализ выполнения свойства инвариантности вытянутых сфероидальных функций нулевого порядка к интегральному преобразованию с sinc-ядром на симметричном ограниченном интервале
Бесплатно
Статья
Бесплатно
Статья научная
В работе представлен метод приближенного решения уравнения переноса для неоднородной многократно рассеивающей среды, описываемой анизотропной фазовой функцией Хени-Гринштейна. Поток распространяющегося в среде излучения представлен в виде коллимированной и диффузной компонент, в которых транспортное уравнение распадается на две части. Уравнение для коллимированной компоненты легко разрешается и приводит к виду, описываемому законом Бугера, а интегро-дифференциальное уравнение для диффузной компоненты сведено к системе зацепляющихся уравнений в частных производных для порядков разложения диффузного потока по малому параметру. Каждое уравнение системы фактически является задачей Коши с граничными условиями равенства производных соответствующих порядков. Проведено сравнение с численным решением исходной задачи методом Монте-Карло, показана быстрая сходимость предложенного приближенного метода.
Бесплатно
Статья научная
В работе был рассмотрен алгоритм, выносящий решение о наличии или отсутствии проникновения на охраняемый объект на основе данных, получаемых датчиками инфракрасного излучения, входящими в беспроводную сенсорную систему. На основе теоретических положений приведены методики расчета ослабления средой инфракрасного излучения, в том числе ослабления за счет молекулярных газов и аэрозольного ослабления. Показаны особенности влияния окружающей среды на функционирование локальных тепловых сенсоров. Также рассмотрены особенности характеристик помехоустойчивости канала радиосвязи с учетом замираний. С целью анализа влияния среды на эффективность всей системы приведены зависимости полной вероятности ошибки от энергетического параметра как с учетом ослабления инфракрасного излучения средой на уровне локальных сенсоров, так и с учетом замираний в канале радиосвязи. Кроме того, приведена зависимость полной вероятности ошибки от дистанции связи под влиянием замираний. Выполнен анализ полученных результатов и оценена степень влияния среды распространения на качество функционирования беспроводной сенсорной системы теплового вида. При этом показано, что сложные метеоусловия могут оказать существенное влияние на эффективность функционирования локальных сенсоров, а следовательно, и всей системы. Однако, несмотря на возможное существенное ухудшение эффективности вследствие ослабления инфракрасного излучения, а также замираний в канале радиосвязи, эффективность может быть повышена за счет увеличения количества используемых сенсоров.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен новый алгоритм распознавания символов в условиях импульсного шума на основе применения вейвлет-преобразования, метода главных компонент и нейронных сетей. В предлагаемом алгоритме для устранения шума и извлечения признаков из исходного изображения и его отдельных частей с помощью вейвлет-преобразования Хаара выделяются низкочастотные компоненты. Сокращение размерности извлечённых признаков осуществляется методом главных компонент. В качестве классификатора используется многослойная нейронная сеть, на входы которой подаётся сокращённый набор признаков. Одной из ключевых особенностей предлагаемого подхода является создание отдельной нейронной сети для каждого типа символа. Результаты экспериментов показывают, что разработанный алгоритм сравним по точности распознавания с системами ABBYY FineReader и Tesseract в условиях импульсного шума.
Бесплатно
Применение вейвлет-преобразования для слияния многоспектральных изображений
Статья научная
Рассматривается метод слияния изображений одной и той же сцены, полученных в разных спектральных диапазонах, с формированием интегрированного монохромного изображения. Метод слияния основан на вейвлет-преобразовании исходных изображений. Предлагается стратегия объединения высокочастотных коэффициентов путём сравнения отношений их значений для всех исходных изображений. Процедура слияния не требует введения каких-либо пороговых значений и может выполняться для любого количества входных изображений. Предложенный алгоритм может быть использован в многоканальных оптико-электронных системах автоматической обработки изображений.
Бесплатно
Применение гамильтонова формализма для решения нелинейного уравнения волоконной оптики
Статья научная
Применён гамильтонов подход для решения расширенного уравнения распространения оптических импульсов в волоконных световодах для произвольных функций отклика нелинейной среды на внешнее гармоническое возмущение. Показано, что солитонное решение является функцией гиперболического косинуса при любой нелинейности.
Бесплатно
Статья научная
Получение изображения со сканирующего туннельного микроскопа является трудоемким процессом, а формирование большой базы данных для обучения нейросетей может занимать сотни часов. Статья посвящена созданию методики автоматической генерации изображений сканирующей туннельной микроскопии, позволяющей существенно сокращать время подготовки таких баз данных. В статье выполнен анализ современных методов и средств автоматической обработки изображений, полученных с зондовых и электронных микроскопов. Предложено использовать генеративно-состязательные сети для генерации изображений, полученных с применением сканирующего туннельного микроскопа, с целью формирования обучающих баз данных изображений. Описан процесс обучения и сравнения архитектур DCGAN с применением открытых библиотек OpenCV и Keras совместно с TensorFlow, выявлена наилучшая из них посредством вычисления метрик IS, FID, KID. С использованием метода дообучения генеративно-состязательной нейросети SRGAN и билинейной интерполяции на базе языка программирования Python осуществлено масштабирование изображений, полученных с DCGAN. Анализ вычисленных количественных значений метрик показал, что наилучшие результаты генерации изображений получены с применением DCGAN96 и сети SRGAN. Таким образом, разработана методика автоматической генерации базы данных изображений сканирующего туннельного микроскопа, основанная на поэтапном применении DCGAN96 и SRGAN. Показаны результаты сегментации изображений со сканирующего туннельного микроскопа с применением сети U-Net, обученной на сгенерированной базе данных. Все вычисления производились на видеокарте GTX GeForce 1070.
Бесплатно
