Статьи журнала - Компьютерная оптика
Все статьи: 2382
Свойства внеосевых каустик автофокусирующихся чирп-пучков
Статья научная
В данной статье теоретически и численно исследуются автофокусирующие свойства чирп-пучков с произвольной степенной зависимостью от радиуса. Рассмотрены двух- и трёхпараметрические чирп-пучки, вариации параметров которых позволяют эффективно управлять автофокусирующими свойствами. Полученные результаты обладают потенциалом для различных приложений в оптике и фотонике.
Бесплатно
Связь фазовой проблемы в оптике, фокусировки излучения и задачи Монжа-Канторовича
Статья научная
Статья посвящена использованию вариационных принципов для решения фазовой проблемы в оптике. В работе рассмотрена связь четырёх фундаментальных задач: фазовой проблемы в оптике, обратной задачи фокусировки когерентного излучения, задачи оптимального перемещения масс Монжа - Канторовича и вариационных методов решения модифицированного уравнения Монжа - Ампера. Показано, что решение фазовой проблемы в оптике в рамках асимптотического подхода тесно связано с решением задачи оптимального перемещения масс с неквадратичной функцией стоимости.
Бесплатно
Статья научная
В данной работе рассматривается комплекс задач обнаружения различных дефектов дорожного полотна автомобильных дорог и современные методы их решения. Представленное сравнение общедоступных наборов данных позволяет сделать вывод о сложности и малой разработанности задачи сегментации дефектов дорожного покрытия по изображению общего вида автомобильных дорог. Для решения данной проблемы разработаны алгоритмы генерации синтетического набора данных для сегментации дефектов классов трещин и выбоин на основе методов компьютерной графики и генеративно-состязательных сетей. Проведено сравнение точности сегментации дефектов дорожного покрытия полносверточной нейронной сетью U-Net на реальном и комбинированных наборах данных.
Бесплатно
Сегментация изображений кластерным методом и алгоритмом случайных скачков: сравнительный анализ
Статья научная
Представлены результаты сравнительного исследования эффективности алгоритмов сегментации на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой и алгоритма кластерного анализа путем имитационного моделирования изображений с коррелированными и независимыми элементами. Установлено, что при сегментации изображений алгоритмами на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой внутренние области изображений одного класса обрабатываются со значительно меньшим количеством ошибок по сравнению с алгоритмом последовательной кластеризации. Приведен пример обработки реального изображения.
Бесплатно
Статья научная
В статье предложен способ решения задачи сегментации органов забрюшинного пространства на томографических изображениях на основе функции уровня. Показан метод предварительной обработки изображения на основе нелинейного фильтра анизотропной диффузии, сглаживающего изображение при сохранении границ между сегментами. Синтезирован алгоритм сегментации томографического изображения на основе функции уровня.
Бесплатно
Сегментация когерентно-локационных изображений со статистически независимыми элементами
Статья научная
Представлены результаты исследования эффективности алгоритмов сегментации на основе модели системы со случайной скачкообразной структурой в применении к когерентно-локационным изображениям со статистически независимыми элементами после сглаживания на них спекл-шума локальными методами пространственной фильтрации. Полученные характеристики позволяют определить ошибку сегментации при заданных параметрах локатора и подстилающей поверхности, сравнить ошибки при выполнении предварительной фильтрации и без ее выполнения.
Бесплатно
Секвентные сигналы в зондировании поглощающих сред
Статья научная
Рассмотрена возможность диагностики поглощающей среды по отклику секвентного импульса. Дан анализ нетрадиционной особенности фазового профиля Фурье-гармоник отраженного сигнала. Получены простые аналитические выражения, характеризующие деформацию профиля отраженного сигнала для случая, когда длительность импульса велика по сравнению с характерными временами релаксации среды. Приведены численные данные описания деформации профиля при произвольной длительности секвентного импульса. Полученные результаты могут применяться в инженерных задачах диагностики состояния плазмоподобных сред.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально исследовано преобразование структуры поля вихревых пучков, подверженных секторному возмущению. В основу был положен анализ спектра вихрей, c помощью которого исследовался орбитальный угловой момент и энтропия Шеннона (информационная энтропия). Компьютерное моделирование для малых, средних и больших углов секторного возмущения показало, что число вихрей, возникающих при секторном возмущении, не изменяет исходный топологический заряд. Это позволило предположить, что исходный топологический заряд будет сохраняться при любых углах секторного возмущения. Рост числа вихрей при возмущении связан с оптическим принципом неопределённости между углом секторного возмущения и орбитальным угловым моментом. Причём в спектре вихрей формируется два максимума, в положительной и отрицательной области топологических зарядов мод. В результате орбитальный угловой момент практически не меняется в широком интервале секторных углов от 0 до 90°. Однако при больших углах возмущения, когда энергия почти одинаково распределяется между модами с противоположными знаками топологического заряда, орбитальный угловой момент быстро уменьшается. В то же время энтропия Шеннона монотонно возрастает с увеличением угла секторного возмущения. Это связано с тем, что энтропия зависит только от числа вихревых состояний, вызванных внешним возмущением.
Бесплатно
Статья научная
Выполнены экспериментальные исследования формирования пучка СО 2-лазерного излучения отражающим дифракционным оптическим элементом. Для увеличения апертуры исходного пучка применялся коллиматор, содержащий систему двух плоско-выпуклых сферических линз из ZnSe. Для фокального отрезка, формируемого дифракционным оптическим элементом, при использовании коллиматора, кроме увеличения в 1,3 раза длины, имело место уменьшение максимальной плотности мощности излучения в световом пятне. Определена возможность формирования лазерным воздействием в двухфазной стали, наряду с исходной структурой, структур полной закалки, неполной закалки и отжига. Формирование таких структур обусловлено характером распределения температурных полей и различием в скорости охлаждения по объёму зоны термического влияния.
Бесплатно
Семантическая кластеризация текстов предметных языков (морфология и синтаксис)
Статья научная
Рассматривается задача семантической кластеризации текстов предметного Естественного Языка. Предложен подход к выработке критериев качества синтаксического анализа как инструментального средства выделения объектов и признаков. Особое внимание уделяется Расщепленным Значениям и конверсивам в составе синтаксических контекстов существительных.
Бесплатно
Семантическая сегментация ржавчин и пятнистостей пшеницы
Статья научная
В статье исследуется возможность семантической сегментации классификации желтой ржавчины и пятнистости пшеницы с помощью сверточной нейросетевой архитектуры U-Net. На основе собственного набора данных, включающего 268 изображений, собранной в естественных условиях и условиях инфекционных питомников ФНЦ БЗР, показано, что архитектура U-Net c декодерами ResNet способна качественно обнаруживать, классифицировать и локализовывать ржавчины и пятнистости даже в тех случаях, когда болезни присутствуют на растении одновременно. Для отдельных классов болезней основные метрики (accuracy, micro-/macro precision, recall и F1) колеблются в пределах от 0,92 до 0,96. Это указывает на возможность распознавания даже нескольких болезней на листе с точностью, не уступающей эксперту-фитопатологу. Метрики сегментации IoU и Dice составили соответственно 0,71 и 0,88, что говорит о достаточно высоком качестве попиксельной сегментации и подтверждается при визуальном анализе. Использованная при этом архитектура нейронной сети достаточно легковесна, что делает возможным ее использование на мобильных устройствах без подключения к сети.
Бесплатно
Семантическая сегментация спутниковых снимков аэропортов с помощью свёрточных нейронных сетей
Статья научная
Статья посвящена разработке эффективного алгоритма семантической сегментации для разметки элементов аэропортовой инфраструктуры на космических снимках оптического диапазона. В данной работе применены алгоритмы сегментации на основе глубоких свёрточных нейронных сетей. Они зарекомендовали себя в широком ряде задач, в том числе сегментации изображений наземной съёмки, где они показывают стабильно высокие результаты. В ходе работы были вручную размечены обучающие и тестовые изображения. Был произведён поиск оптимальной для данной задачи архитектуры нейронной сети. Исследованы различные комбинации энкодеров и декодеров. Для постобработки и учёта контекстной информации и соседства объектов различных классов с целью устранения выбросов применена модель условных случайных полей. Описаны особенности применённых решений на всех этапах подготовки алгоритма: подготовка данных, обучение нейронной сети и постобработка её результатов.
Бесплатно
Семейство трансляторов с языка Модула-2 для различных машин
Статья научная
Описывается проект Супер-Модула семейства трансляторов с языка Модула-2 для различных машин. Работа ведется с использованием САПТ Супер. Каждый транслятор содержит единую машинно-независимую часть, транслирующую программу на Модуле-2 в промежуточный язык Лидер, и машинно-зависимую часть, транслирующую язык Лидер в коды конкретной машины. Даются характеристика языка Лидер и его отличия от других промежуточных языков.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассматриваются методы сжатия видеоинформации на основе трехмерного дискретного косинусного преобразования применительно к системам видеонаблюдения. Для уменьшения вычислительной сложности предложено использовать трехмерное псевдо-косинусное преобразование, которое может быть реализовано без операций умножения, и процедуру квантования, которая может быть реализована без операций деления. Предложен метод временной фильтрации для сжатия видеоинформации в реальном масштабе времени. Приведены результаты сравнения с кодеками на базе стандартов H.264/AVC и MPEG-2.
Бесплатно
Сжатие гиперспектральных данных методом главных компонент
Статья научная
Цель работы - построение алгоритма сжатия гиперспектральных данных, позволяющего достигнуть высокой степени сжатия при малой мере близости исходного и восстановленного сигналов. Алгоритм опирается на метод главных компонент и метод исчерпывания. Методом исчерпывания последовательно находятся главные компоненты - сингулярные вектора матрицы исходного сигнала. Параллельно формируется матрица восстановленного сигнала. Процесс продолжается до достижения заданной меры близости исходного и восстановленного сигналов. Представлено пошаговое описание алгоритма, приведены списки входных и выходных параметров. Тестирование выполнено на данных эксперимента Aviris. Используются три снимка, отвечающие разной облачной ситуации (чистое небо, частичная облачность и сплошная облачность). Для каждого снимка тестирование выполнено отдельно для всего набора спектральных каналов и для набора, из которого исключены каналы, лежащие в полосах сильного поглощения излучения в водяном паре. Представлена зависимость мер близости исходного и восстановленного сигналов от степени сжатия. Рассматриваются четыре меры близости: среднее квадратичное отклонение, отношение шума к сигналу, мера структурного сходства и среднее относительное отклонение. Показано, что меры близости уменьшаются более чем на порядок при исключении из снимка спектральных каналов, лежащих в полосах сильного поглощения. Показано, что причиной этого являются погрешности измерения слабого в полосе поглощения сигнала, из-за чего снижается зависимость между спектрами в разных пространственных пикселях. Для оценки готовности снимка к сжатию представленным алгоритмом предложено использовать среднее по снимку косинусное расстояние между спектрами в разных пространственных пикселях.
Бесплатно
Сжатие гиперспектральных данных на основе метода кодирования с преобразованием
Статья научная
В работе предлагается новый метод сжатия и построенный на его основе алгоритм, которые являются обобщением известного метода кодирования с преобразованием на случай трёхмерных гиперспектральных данных. Решена задача выбора параметров алгоритма. Выполнено исследование алгоритма в сравнении с известными методами сжатия изображений и гиперспектральных данных, продемонстрированы его преимущества.
Бесплатно
Сжатие света в двухатомной модели Джейнса-Каммингса с невырожденными двухфотонными переходами
Статья научная
Исследованы особенности сжатия света в системе двух двухуровневых атомов с вырожденными двухфотонными переходами, взаимодействующих с модой когерентного электромагнитного поля в идеальном резонаторе. В результате численного моделирования параметров сжатия показано, что в случае двухфотонных переходов максимальная степень сжатия поля значительно превосходит соответствующую величину для однофотонного случая.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрено влияние ширины углового спектра (числовой апертуры) зондирующего слоистый объект частотно широкополосного волнового поля на сигнал автокорреляционного низкокогерентного интерферометра при пространственно когерентном и некогерентном освещении входного зрачка объектива, формирующего это поле. Установлено, что в случае некогерентного освещения увеличение ширины углового спектра поля приводит к уменьшению амплитуды, изменению формы и положения измерительных сигналов интерферометра из-за декорреляции интерферирующих парциальных составляющих объектного поля, отразившихся от различных границ раздела внутри объекта. В случае когерентного освещения формирование сигнала автокорреляционного низкокогерентного интерферометра происходит в конфокальном режиме, что приводит к выделению по амплитуде измерительных сигналов, определяемых кросс-корреляциями парциальной составляющей, отразившейся от границы раздела, на которую сфокусировался зондирующий пучок, с парциальными составляющими, отразившимися от других границ раздела внутри объекта. Этот эффект позволяет определить параметры внутренней слоистой структуры объекта без привлечения априорной информации об этой структуре. При этом увеличение числовой апертуры зондирующего объект пучка приводит к увеличению систематической ошибки определения оптических толщин слоев, которая может быть оценена на основе полученных выражений.
Бесплатно
Симметрия интенсивности и потока мощности субволнового фокусного пятна
Статья научная
С помощью разложения светового поля с линейной поляризацией по плоским волнам показано, что эллиптическая форма поперечного сечения интенсивности определяется продольной составляющей электрического вектора, и так как проекция вектора Умова-Пойнтинга на оптическую ось (поток мощности) не зависит от этой продольной составляющей электрического вектора, то сечение потока мощности имеет форму круга. Экспериментально с помощью микроскопа ближнего поля с металлическим кантилевером и малым отверстием показано, что при фокусировке линейно поляризованного гауссова пучка бинарной стеклянной зонной пластинкой с фокусным расстоянием, равным длине волны, формируется фокусное пятно в виде слабого эллипса с размерами по декартовым осям FWHMx = (0,44 ± 0,02)'lambda' и FWHMy = (0,52 ± 0,02)'lambda' и глубиной фокуса DOF = (0,75 ± 0,02)'lambda', 'lambda' - длина волны. Сравнение экспериментальных данных с результатами моделирования позволило заключить, что микроскоп ближнего поля измеряет поперечную интенсивность (плотность мощности), а не поток мощности и не полную интенсивность. То, что металлический кантилевер с малым отверстием измеряет поперечную интенсивность, следует из теории Бете-Баукампа.
Бесплатно
Статья научная
Рассмотрены результаты исследования ДОЭ видимого диапазона (длина волны 632,8 нм), изготовленного прямой абляцией кварцевой пластины излучением УФ лазера (длина волны 157 нм) в атмосфере азота. Проведен сравнительный анализ результатов натурных экспериментов с результатами численного моделирования ДОЭ.
Бесплатно
