Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Разложение когерентного поля по ортогональному базису
Статья научная
Показывается возможность получения оптическим методом комплексных коэффициентов разложения когерентного светового поля по произвольному базису ортогональных функций, для чего требуется пропустить поле через некий пространственный фильтр и измерить интенсивность света в определенных точках частотной плоскости.
Бесплатно
Разновидность Фурье-инвариантных гауссовых пучков
Статья научная
Найдено двухпараметрическое семейство астигматических эллиптических Гауссовых (АЭГ) оптических вихрей, которые являются модами свободного пространства с точностью до изменения масштаба и поворота. Рассчитан полный нормированный орбитальный угловой момент астигматических эллиптических Гауссовых вихрей, который может быть целым, дробным и нулевым и который равен алгебраической сумме двух слагаемых, отражающих вклад вихревой и астигматической составляющих светового поля. В любой поперечной плоскости такой пучок представляет собой изолированный n -кратно вырожденный ноль интенсивности на оптической оси (оптический вихрь), внедрённый в эллиптический Гауссов пучок, и имеет, наряду с квадратичной эллиптической фазой, фазу цилиндрической линзы, повернутой на угол 45 градусов по отношению к главным осям эллипса интенсивности Гауссова пучка.
Бесплатно
Статья научная
Работа посвящена развитию методики построения векторных алгоритмов для разностного решения на графических процессорах задачи дифракции. Применение подхода, основанного на повторном использовании попарных сумм дифференциального шаблона, при решении уравнения Даламбера позволило до трёх раз сократить длительность вычислений по сравнению с известными алгоритмами.
Бесплатно
Разработка Фурье-спектрометров в ЦКБ УП АН СССР
Статья научная
Сделан обзор созданных в ЦКБ уникального приборостроения АН СССР Фурье-спектрометров специализированных и общего назначения (Фурье-спектрометр высокого разрешения УФС-02, Фурье-спектрометр широкого применения ФС-01, лабораторный субмиллиметровый Фурье-спектрометр ЛСФС-01, автоматизированный фотоэлектрический спектрометр АФС-01, быстросканируюший Фурье-спектрометр БФС-01). Приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных на этих приборах.
Бесплатно
Разработка автоматизированного метода исследования вибрационных характеристик энергоустановок
Статья научная
В настоящей работе дано описание созданного электронного спекл-интерферометра и приведены результаты сравнительных исследований характеристик колебаний простейшего объекта - пластины, полученные с помощью трёх методов: песчаных фигур Хладни, лазерно-компьютерного спекл-интерферометра и численного моделирования. Рассмотрен пример применения интерферометра для экспериментального исследования колебаний диска в конструкции с пьезопреобразователем.
Бесплатно
Разработка алгоритма многообъектного трекинга с необучаемыми признаками сопоставления объектов
Статья научная
Проблема межкадрового сопоставления объектов на видеопоследовательностях (трекинга, отслеживания) множества объектов - одна из самых сложных задач в компьютерном зрении. В данной работе решается задача отслеживания множества объектов на видеозаписях, полученных с борта беспилотного летательного аппарата. Эта задача в отличие от отслеживания со статичной камеры имеет особенность в виде сложного движения и тряски камеры, что приводит к резким изменениям положения точки съёмки, ракурса и масштаба объектов. В этой работе мы исследуем возможность применения улучшения качества трекинга на основе алгоритма ByteTrack, одного из лучших алгоритмов отслеживания для набора данных MOT Challenge, на наборе данных Visdrone 2019.
Бесплатно
Разработка алгоритма семантической сегментации аэрофотоснимков реального времени
Статья научная
Статья посвящена разработке эффективного алгоритма семантической сегментации изображений для работы в реальном времени, обладающего наилучшей точностью в своем классе. На основе сравнительного анализа методов предварительной сегментации, методов вычисления признаков по сегментам изображения, а также различных алгоритмов машинного обучения выявлены наиболее эффективные из них как по точности, так и по быстродействию. По результатам исследования построен модульный алгоритм семантической сегментации со временем выполнения, близким к реальному. Обучение и тестирование проводились на коллекции ISPRS «Vaihingen» аэрофотоснимков видимого и инфракрасного диапазонов, к которым прилагается пиксельная карта высот изображенной местности. Предложен оригинальный способ получения нормализованной матрицы высот по исходной цифровой модели рельефа.
Бесплатно
Статья научная
Стремительный рост количественных и качественных характеристик цифровых визуальных данных приводит к необходимости улучшения эксплуатационных показателей современных устройств обработки изображений. В данной работе предложены новые алгоритмы цифровой обработки двумерных изображений на основе метода Винограда в общем виде. Анализ полученных результатов показал, что использование метода Винограда сокращает вычислительную сложность обработки изображений до 84 % по сравнению с традиционным прямым методом цифровой фильтрации в зависимости от параметров фильтра и фрагментов изображения, не влияя при этом на качество обработки изображения. Составленные матрицы преобразования метода Винограда и разработанные алгоритмы могут быть использованы в системах обработки изображений для улучшения эксплуатационных характеристик современных микроэлектронных устройств, осуществляющих очистку от шума и сжатие изображений, а также распознавание образов. Перспективным направлением дальнейших исследований является аппаратная реализация разработанных алгоритмов на современных устройствах вычислительной техники, таких как программируемые пользователем вентильные матрицы и интегральные схемы специального назначения, разработка алгоритмов цифровой обработки изображений, используемой в сверточных нейронных сетях, на основе метода Винограда в общем виде для одномерных вейвлет-фильтров с децимацией и для свертки с шагом.
Бесплатно
Разработка баз данных архивных изображений на основе современных технологий их обработки и хранения
Статья
Бесплатно
Статья научная
Для лечения диабетической ретинопатии в современной практике применяется лазерная коагуляция. В процессе лазерной операции параметры лазерного воздействия подбираются вручную врачом, что требует от врача достаточного опыта и знаний, чтобы достичь терапевтического эффекта. На основе математического моделирования процесса лазерной коагуляции можно оценить основные параметры без проведения операции. Однако сетчатка имеет достаточно сложную структуру, и при применении даже низкозатратных численных методов для моделирования требуется значительное время для получения результата. В связи с этим разработка эффективных по времени алгоритмов трехмерного моделирования является актуальной задачей, поскольку применение таких алгоритмов позволит обеспечить проведение комплексного исследования в рамках ограниченного времени. В настоящей работе проводится исследование времени выполнения алгоритмов, реализующих различные вариации применения метода расщепления и метода конечных разностей, адаптированных под поставленную задачу теплопроводности, выявляется наиболее эффективный алгоритм, который далее подвергается векторизации и реализации с использованием технологии CUDA. Исследование проводилось с использованием Intel Core i7-10875H и Nvidia RTX 2080 MAX Q и показало, что аналог векторного алгоритма, ориентированного на решение многомерной задачи теплопроводности, обеспечивает ускорение не более, чем в 1,5 раза, по сравнению с последовательным вариантом. Разработанный векторный алгоритм, ориентированный на применение метода прогонки по всем направлениям трехмерной задачи, существенно снижает временные издержки, затрачиваемые на копирование в память видеокарты, и обеспечивает 40-кратное ускорение по сравнению с последовательным алгоритмом трехмерного моделирования. На основе такого же подхода разработан параллельный алгоритм математического моделирования, который обеспечил 20-кратное ускорение при полной загрузке процессора.
Бесплатно
Разработка геоинформационной системы учета и контроля земель сельхозназначения
Статья научная
Описываются задачи и принципы построения региональной геоинформационной системы учета и контроля земель сельхозназначения. Приводится подробное описание реализации начального этапа разработки и внедрения системы, состоящего из двух подсистем - ведение реестра сельскохозяйственных угодий Самарской области и осуществление оперативного мониторинга за их состоянием. Предлагается новый метод обнаружения и определения площади сельскохозяйственных культур с использованием данных дистанционного зондирования.
Бесплатно
Разработка и исследование алгоритма посменного инкрементного обучения нейронной сети
Статья научная
В работе показывается актуальность разработки инкрементных методов и алгоритмов обучения нейронной сети. Представлены семейства техник инкрементного обучения. Проведена оценка возможности применения машины экстремального обучения как инкрементного обучения. Эксперименты показывают возможность использования машины экстремального обучения как инкрементного обучения, однако при увеличении числа обучающих примеров нейронная сеть становится непригодна для дальнейшего обучения. Для решения данной проблемы предложен алгоритм инкрементного обучения нейронной сети, основанный на поочередном применении машины экстремального обучения для корректировки весов только выходного слоя сети (состояние функционирования) и метода обратного распространения ошибки (глубокого обучения) для корректировки всех весов сети (состояние сна). Полагается, что в ходе состояния функционирования нейронная сеть выдает результаты или учится на новых задачах, а в состоянии сна оптимизирует свои весовые коэффициенты. Особенностью предложенного алгоритма является его возможность адаптироваться в реальном масштабе времени под изменение внешних условий на этапе функционирования. На примере решения задачи аппроксимации показана эффективность предложенного алгоритма. Представлены результаты аппроксимации после выполнения каждого шага алгоритма. Приведено сравнение значений среднеквадратической ошибки при использовании машины экстремального обучения как инкрементного обучения и разработанного алгоритма посменного инкрементного обучения нейронной сети.
Бесплатно
Статья научная
В этой статье исследуются два метода псевдоголографического кодирования: «регулярный» и «стохастический». Приведены результаты сравнительного анализа этих преобразований, применительно к задаче восстановления изображений при потере части информации. Предложен метод вставки электронного водяного знака в цифровое изображение для регулярного метода псевдоголографического кодирования. Приведены результаты анализа устойчивости водяного знака к «типичным» преобразованиям цифровых изображений. Определены границы применимости регулярного метода псевдоголографического кодирования при решении конкретных прикладных задач.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматривается задача определения предпочитаемых пользователем остановок в рекомендательной транспортной системе. Проведено сравнение эффективности использования различных методов машинного обучения для решения указанной задачи в системе персонализированных рекомендаций: метода опорных векторов, дерева решений, случайного леса, AdaBoost, алгоритма k-ближайших соседей, многослойного персептрона. Сравнение указанных традиционных методов машинного обучения производилось также с предложенным методом, разработанным на основе алгоритма вычисления оценок. Экспериментальные исследования использовали реальные данные мобильного приложения «Прибывалка-63», являющегося частью сервиса tosamara.ru. Подтверждена как работоспособность, так и эффективность предложенного метода.
Бесплатно
Разработка и исследование метода формирования микрорельефа ДОЭ в сапфировых подложках
Статья научная
Предложен и реализован метод формирования фазового микрорельефа сапфировых (лейкосапфировых) дифракционных оптических элементов (ДОЭ). С использованием данного метода изготовлена и исследована бинарная структура на сапфировой подложке, работающая в ультрафиолетовом диапазоне как дифракционная линза с фокусным расстоянием fЎЦ50 мм. Показано, что сапфир в качестве материала подложки ДОЭ является реальной альтернативой кварцевым пластинкам и алмазоподобным пленкам. Осуществлен выбор параметров формирования заданного микрорельефа в сапфировых подложках на основе ионнохимического травления в среде Хладона-14.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматриваются актуальные вопросы, посвящённые разработке информационной оптической Smart-технологии дистанционного обучения распределённой системы управления Experion PKS фирмы Honeywell для нефтегазовой отрасли. Около 70 % аварий на производстве вызваны человеческим фактором. Работа операторов заключается в наблюдении за высокотехнологичными процессами и управлении ими посредством мнемосхем и характеризуется повышенным напряжением зрительного аппарата, а также общей утомляемостью и потерей концентрации внимания. Инновационная персонализированная технология дистанционного обучения учитывает особенности зрения обучающихся с помощью корректировки цветоподачи учебного материала и динамического представления информации в зависимости от психотипа человека и основана на применении когнитивной, оптической и мультиагентной технологий, а также онтологическом и иммунносетевом подходах. Разработка когнитивных мнемосхем осуществляется с учётом этих особенностей, что позволяет снизить нагрузку на зрительный аппарат и повысить эффективность обучения практическим навыкам при работе с мнемосхемами. Подход искусственных иммунных систем используется для прогноза и оценки обучения, а также оперативной корректировки процесса получения знаний. Разработан модифицированный алгоритм функционирования дистанционной системы обучения на основе применения оптимизационных алгоритмов искусственного интеллекта и алгоритма иммунносетевого моделирования. Рассмотрены общие принципы создания мнемосхем и существующие мнемосхемы фирмы Honeywell. Приведён пример реализации предложенной дистанционной технологии, и представлены результаты моделирования когнитивных мнемосхем для различных категорий обучающихся с особенностями зрения.
Бесплатно
Разработка метода, позволяющего улучшить разрешающую способность дифракционного спектрофотометра
Статья научная
В ряде случаев разрешающая способность имеющихся в наличии спектрометров недостаточна. В данном сообщении описано устройство интерференционной приставки к дифракционному спектрометру, позволяющей увеличить его разрешение и чувствительность при спектроскопии адсорбированных молекулярных слоёв. Приставка преобразует промышленный прибор в комбинированный дифракционно-интерференционный монохроматор. Приведены расчеты величины разрешающей способности, и экспериментально показано, что устройство позволяет увеличить разрешающую способность дифракционного спектрометра на порядок. Увеличение разрешающей способности достигается установкой перестраиваемого многолучевого интерферометра по ходу излучения дифракционного спектрометра, проходящего исследуемый образец, что позволяет производить дополнительное сканирование выделенного спектрометром участка спектра. В статье приведены экспериментальные данные по перестройке интерферометра его наклоном относительно направления излучения, предусмотрена возможность перестройки устройства при помощи пьезоуправления. Чувствительность комбинированного устройства позволяет использовать его в качестве анализатора спектра адсорбированных веществ. В конструкции приставки предусмотрен легко устанавливаемый штуцер для ввода исследуемого газообразного вещества.
Бесплатно
Статья научная
В настоящей статье рассмотрены алгоритмы предварительной обработки пространственновременных сигналов, предназначенных для аппаратно-программного комплекса интерферометрического контроля параметров оптических материалов, заготовок и деталей. Разработаны алгоритмы и методы для комплексного подавления шумов на интерферограмме. Показано что предварительная обработка интерферограммы, облегчает применение интерферометрических методов получения фазы.
Бесплатно
Статья научная
В работе обсуждаются проблемы изготовления и контроля качества конформальных корректоров для мощных твердотельных YAG:Nd3+ лазеров. Предложено использовать метод безмасочной проекционной фотолитографии как альтернативу фотолитографии с зазором на основе растрированных полутоновых шаблонов. Рассмотрено применение метода зеркальной спектроскопической рефлектометрии для контроля формы корректоров на стадии рельефа в фоторезисте. Совокупность использованных методов значительно повышает производительность изготовления корректоров в сочетании с удешевлением процесса.
Бесплатно
Разработка методов формирования цвето-текстурных признаков для анализа биомедицинских изображений
Статья научная
В статье рассматривается метод формирования цвето-текстурных признаков. Метод основан на вычислении характеристик многомерного распределения вероятности интенсивностей цветовых компонент. Представлены экспериментальные исследования метода на натурных изображениях. Приводится сравнение разработанного метода с уже существующими.
Бесплатно
