Дизайн ДОЭ, устойчивого к ошибке позиционирования, для оптической классификации изображений
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 1 т.50, 2026 года.
Бесплатный доступ
Предложен метод расчета дифракционных оптических элементов, устойчивых к ошибке позиционирования, для решения задачи классификации. В рамках метода ошибка решения задачи классификации представляется функционалом, зависящим от фазовой функции рассчитываемого элемента и от случайного вектора, задающего ошибку позиционирования в виде поперечного смещения элемента относительно оптической оси. Далее математическое ожидание этого функционала используется в качестве функционала ошибки в градиентном методе расчета дифракционного оптического элемента, при этом для производных функционала ошибки получены явные выражения. С использованием метода рассчитан дифракционный оптический элемент для классификации изображений рукописных цифр. В рамках численного моделирования показаны хорошие рабочие характеристики рассчитанного элемента (точность классификации более 96 % при значении «контраста», характеризующего величину энергии в области предсказанного класса по сравнению с энергиями в областях других классов, более 13 %) для смещений на 2 пикселя по обеим осям координат, что соответствует сдвигу центра элемента на расстояние до 17 длин волн.
Похожие статьи в разделе Oтрасли промышленности и ремесла для изготовления и обработки различных изделий
Короткий адрес: https://sciup.org/140314070
IDS: 140314070 | DOI: 10.18287/COJ1693
Design of DOE robust to positioning errors for optical classification purposes
A method for designing diffractive optical elements (DOEs) robust to positioning errors is proposed for classification problems. Within this method, classification error is represented by a functional that depends on the phase function of the DOE and a random vector describing positioning errors as a transverse shift of the DOE with respect to the optical axis. The mathematical expectation of this functional is used as a loss functional in the gradient-based design of the DOE, with explicit expressions obtained for the derivatives of the loss functional. Using this method, a DOE is designed for classification of handwritten digit images. According to the computational modelling results, the designed DOE demonstrates good performance (classification accuracy exceeding 96 % and a "contrast" value exceeding 13 %, where the contrast is used to characterize the ratio of the energy in a predicted class region to the energies in other class regions) for two-pixel misalignments along both coordinate axes, corresponding to a shift of the DOE center up to 17 wavelengths.
