Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2511
Пучки Лагерра-Гаусса с комплексным смещением в декартовых координатах
Статья научная
Рассмотрено обобщение семейства лазерных мод Лагерра-Гаусса с асимметричным распределением интенсивности. При распространении асимметричного пучка Лагерра-Гаусса в однородном пространстве уменьшается асимметрия главного (центрального) светового кольца и повышается контраст остальных колец. Число световых колец совпадает с числом колец стандартной (симметричной) моды Лагерра-Гаусса. С помощью разложения в угловой спектр плоских волн аналитически рассчитана мощность асимметричных пучков Лагерра-Гаусса и проекция их орбитального углового момента на оптическую ось. Установлено, что нормированный орбитальный угловой момент (орбитальный угловой момент на фотон) полностью определяется топологическим зарядом и отношением смещений к радиусу перетяжки Гауссова пучка. Получены условия, при которых нормированный орбитальный угловой момент совпадает с топологическим зарядом (как у оптических вихрей).
Бесплатно
Пучки Пирси с орбитальным угловым моментом
Статья научная
Получено новое решение параксиального уравнения Гельмгольца, описывающее двухпараметрическое семейство структурно-устойчивых трёхмерных вихревых кольцевых пучков Пирси, комплексная амплитуда которых выражается через вырожденную гипергеометрическую функцию. Вихревые пучки Пирси обладают орбитальным угловым моментом и свойством автофокусировки и распространяются до фокуса по ускоряющейся траектории, когда кольцо интенсивности пучка «резко» уменьшается в диаметре. Получено явное выражение для комплексной амплитуды вихревых кольцевых пучков Пирси-Гаусса, которые также обладают свойством автофокусироки.
Бесплатно
Пучки Фурье-Бесселя с конечной энергией
Статья научная
В данной работе рассматривается новый вид пучков Бесселя, обладающих свойством Фурье-инвариантности и поэтому названных пучками Фурье-Бесселя. Данные пучки в отличие от известных пучков Бесселя имеют слабые боковые лепестки. Получены аналитические выражения для комплексной амплитуды поля в начальной плоскости и дальней зоне. Данные пучки обладают конечной энергией, хотя у них нет Гауссовой огибающей. В исходной плоскости и в зоне Фраунгофера их комплексная амплитуда пропорциональна функции Бесселя дробного порядка (нечетное целое число, деленное на 6). По сравнению с модами Лагерра-Гаусса с нулевым радиальным индексом, такие пучки имеют меньшее внутреннее темное пятно. Такие пучки могут генерироваться пространственным модулятором света и применяться в телекоммуникациях, интерферометрии и при захвате металлических частиц.
Бесплатно
Пучки только с поперечной интенсивностью в фокусе
Статья научная
В данной работе численно с помощью формул Ричардса-Вольфа была промоделирована острая фокусировка векторных пучков с азимутальной поляризацией и пучков с V-линией неопределённости поляризации. Было продемонстрировано, что в остром фокусе для этих пучков отсутствует продольная составляющая напряженности электрического поля. Ранее подобный эффект демонстрировался только для азимутально-поляризованных пучков. Была рассчитана продольная составляющая спинового углового момента для этих пучков и показана возможность создания секторных азимутально-поляризованных пучков с помощью векторных волновых пластинок.
Бесплатно
Развитие алгоритмов вычисления оптического потока в задаче оценки деформации твёрдых тел
Статья научная
В работе рассматривается развитие алгоритмов вычисления оптического потока в задаче измерения деформации, направленное на снижение вычислительных затрат алгоритмов и повышения их помехоустойчивости. Предложены модификации алгоритмов, основанные на инкрементном подходе к оценке перемещения участков на серии изображений, а также использовании подхода трёхмерного рекурсивного поиска (3DRS). Проведено исследование помехоустойчивости и быстродействия алгоритмов, и показано преимущество предложенных модификаций.
Бесплатно
Различимость импульсов частично когерентного излучения в нелинейном оптическом канале
Статья научная
Рассмотрен волоконно-оптический канал, передача по которому осуществляется в нелинейных режимах, близких к солитонному, и обеспечивающих компенсацию дисперсионного расширения импульсных сигналов за счет самомодуляции. Задача различения импульсов частично когерентного излучения, распространяющихся от флуктуирующего лазерного источника, поставлена как задача проверки статистических гипотез о параметрах случайного сигнала на выходе канала применительно к его модели в форме нелинейного уравнения Шредингера. Синтезирован оптимальный по критерию минимума средней вероятности ошибки алгоритм различения и рассмотрены некоторые просто реализуемые приближения к нему. На основе аналитического расчета и моделирования на ЭВМ получены оценки вероятностей ошибок различения в зависимости от дальности и скорости передачи для различных значений параметров излучения, сигналов и световода, которые могут быть использованы при разработке солитонных систем оптической связи.
Бесплатно
Разложение Карунена-Лоэва при экспоненциально-косинусной корреляционной функции
Статья научная
Рассмотрено аналитическое нахождение непрерывных базисных функций Карунена-Лоэва для экспоненциально-косинусной корреляционной функции. Данная задача особенно актуальна при оптической реализации выделения некоррелированных коэффициентов. Интегральное уравнение сведено к системе из двух трансцендентных уравнений. Рассмотрен пример аналитического построения разложения Карунена-Лоэва для изображения в виде портрета.
Бесплатно
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
Статья научная
Целью работы является разработка алгоритма дифференциальной диагностики отёка сетчатки, изучение методов глубокого обучения и их применение для анализа изображений. В работе исследовано применение свёрточных нейронных сетей для задачи семантической сегментации слоёв сетчатки глаза и доказана его эффективность при выделении двух выбранных слоёв (пигментного эпителия и сетчатки). Был реализован алгоритм классификации заболеваний, основанный на интеллектуальном анализе выделенных нейронной сетью слоёв. Приведено доказательство его применимости для дифференциальной диагностики отёка сетчатки. Точность предсказания заболевания составила 90 %.
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
