+
ВРАЩАЮЩИЙСЯ ПО СПИРАЛИ ОБРАТНЫЙ СВЕТОВОЙ ПОТОК
стр.527-533
В.В. Котляр, А.Г. Налимов
С помощью формул Ричардса – Вольфа показано, что при острой фокусировке апланатической системой оптического вихря с топологическим зарядом 3 и с левой (противоположенной) круговой поляризацией в плоскости фокуса вблизи оптической оси имеет место
обратный поток энергии (на самой оси он равен нулю), который по величине всего в 2–3 раза меньше, чем прямой поток энергии в фокусе. Показано также, что вблизи оптической оси обратный поток распространяется, вращаясь по спирали вокруг оптической оси против часовой стрелки. Наличие обратного потока вблизи оптической оси показано также с помощью моделирования FDTD-методом дифракции плоской волны с круговой поляризацией на спиральной зонной пластинке третьего порядка с числовой апертурой около 1. Рэлеевская микрочастица, захваченная в область такого фокуса, должна двигаться в обратном направлении по отношению к направлению распространения пучка.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ЧЕТЫРЁХВОЛНОВОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НА ТЕПЛОВОЙ НЕЛИНЕЙНОСТИ В СХЕМЕ С ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
стр.534-541
А.А. Акимов, С.А. Гузаиров, В.В. Ивахник
Рассмотрено влияние обратной связи, осуществляемой по сигнальной и объектной волнам, на амплитудный коэффициент отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности. Получены и проанализированы зависимости коэффициента
отражения четырёхволнового преобразователя от интенсивности волн накачки и параметров кольцевого резонатора, реализующего обратную связь. Показано, что использование резонатора кольцевого типа позволяет в несколько раз повысить значения коэффициента отражения четырёхволнового преобразователя излучения на тепловой нелинейности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПАРЫ НАНОЧАСТИЦ НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ МЕТОДОМ ВЕКТОРНЫХ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
стр.542-549
В работе предлагается математическая модель на основе векторного метода конечных элементов для исследования распределения электромагнитного поля в ближней зоне пары сферических наночастиц. Данная модель позволила разработать алгоритмы и соответствующее программное обеспечение. Была проведена верификация, показавшая, что расхождение результатов исследования предлагаемой математической модели и имеющихся данных расчётов по аналитическим формулам согласно теории Ми (G. Mie) для однородных сферических наночастиц не превышает 10 %. С помощью созданного программного обеспечения проведён вычислительный эксперимент с целью определения расположения пары металлических наночастиц, при котором интенсивность электромагнитного поля в ближней зоне будет достигать наибольшего значения. Достоинством предлагаемой математической
модели и методики её применения является использование в качестве конечных элементов тетраэдров, позволяющих с достаточной для практических целей точностью аппроксимировать неоднородную структуру наноматериала. Кроме того, обеспечивается непрерывность
во всей расчётной области тангенциальной компоненты электромагнитного поля.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
НАБЛЮДЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА «УГЛОВОГО ТРАКТОРА» В ПУЧКЕ БЕССЕЛЯ
стр.550-556
В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев
В работе изучается оптический эффект «углового трактора», заключающийся в том, что в вихревом лазерном пучке с радиальной симметрией с положительным/отрицательным топологическим зарядом и левой/правой круговой поляризацией на разных радиусах от центра пучка в поперечном сечении поток световой энергии вращается в разных направлениях
(по часовой или против часовой стрелки). Показано, что этот эффект имеет место как для параксиальных вихревых пучков, так и в фокусе апланатической системы при фокусировке непараксиального оптического вихря. Экспериментально продемонстрировано движение диэлектрических микрочастиц в пучке Бесселя 3-го порядка с круговой поляризацией в разные стороны (по часовой и против часовой стрелки).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ВАРИАЦИОННЫЙ ПОДХОД К РАСЧЁТУ ФУНКЦИИ ЭЙКОНАЛА
стр.557-567
Л.Л. Досколович, А.А. Мингазов, Д.А. Быков, Е.С. Андреев
Задача расчёта функции эйконала из условия фокусировки в заданную область сформулирована как вариационная задача и как задача Монжа–Канторовича о перемещении масс. Получено, что функция стоимости в задаче Монжа–Канторовича соответствует расстоянию между точкой исходной области, в которой задана функция эйконала, и точкой
области фокусировки. Предложенный в работе формализм позволяет свести расчёт функции эйконала к решению задачи линейного программирования. При этом расчёт «лучевого отображения», соответствующего функции эйконала, сводится к решению линейной задачи о назначениях. Предложенные вариационные подходы проиллюстрированы на
примере расчёта оптических элементов для фокусировки пучка круглого сечения в прямоугольную область.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ВАРИАЦИОННАЯ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ ЗАДАЧИ РАСЧЁТА ФУНКЦИИ ЭЙКОНАЛА ИЗ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОСВЕЩЁННОСТИ
стр.568-573
А.А. Мингазов, Д.А. Быков, Л.Л. Досколович, Н.Л. Казанский
Задача расчёта функции эйконала светового поля, заданной на некоторой поверхности, из условия формирования заданного распределения освещённости на некоторой другой заданной поверхности сформулирована как задача Монжа – Канторовича о перемещении масс. Получено,
что функция стоимости в задаче о перемещении масс соответствует расстоянию между точкой исходной поверхности, на которой задана функция эйконала, и точкой поверхности, на которой требуется сформировать заданное распределение освещённости. Получено аналитическое выражение для градиента «функционала стоимости», описывающего задачу о перемещении масс. Это позволяет использовать для расчёта функции эйконала методы градиентного спуска.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СВЯЗЬ ФАЗОВОЙ ПРОБЛЕМЫ В ОПТИКЕ, ФОКУСИРОВКИ ИЗЛУЧЕНИЯ И ЗАДАЧИ МОНЖА–КАНТОРОВИЧА
стр.574-587
Н.Л. Казанский, С.И. Харитонов, И.Н. Козлова, М.А. Моисеев
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.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ВЫЧИСЛЕНИЕ МОМЕНТА ИМПУЛЬСА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ ВНУТРИ ВОЛНОВОДА С АБСОЛЮТНО ПРОВОДЯЩИМИ СТЕНКАМИ
стр.588-605
С.И. Харитонов, С.Г. Волотовский, С.Н. Хонина
В работе получены явные выражения импульса и момента импульса из теоремы Нётер (ab initio), содержащие квадраты модулей коэффициентов разложения по модам волновода, взвешенные на присутствующие порядки вихревой сингулярности. Полученные выражения полезны для квантования электромагнитного поля в волноводе.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОРБИТАЛЬНЫЙ УГЛОВОЙ МОМЕНТ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА С ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ СИММЕТРИЕЙ ПОСЛЕ ПРОХОЖДЕНИЯ ЭЛЛИПТИЧЕСКОЙ СПИРАЛЬНОЙ ФАЗОВОЙ ПЛАСТИНКИ
стр.606-613
Получено простое замкнутое выражение для нормированного орбитального углового момента (на единицу мощности) произвольного параксиального светового пучка эллиптической формы, прошедшего через эллиптическую спиральную фазовую пластинку, повёрнутую на произвольный угол вокруг оптической оси. При этом эллиптичности пучка и спиральной фазовой пластинки могут отличаться. Показано, что если эллиптический пучок освещает эллиптическую спиральную фазовую пластинку, то нормированный орбитальный угловой момент выходного пучка максимален (минимален), когда пучок и спиральная фазовая пластинка ориентированы параллельно (ортогонально). Результаты могут быть использованы в оптических ловушках, например, для непрерывного изменения орбитального
углового момента, передаваемого частице, путём поворота спиральной фазовой пластинки вокруг оптической оси.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СПЕКТРОСКОПИЯ КАСКАДНОЙ МНОГОРЕЗОНАТОРНОЙ КВАНТОВОЙ ПАМЯТИ
стр.614-619
Н.C. Перминов, К.В. Петровнин, К.И. Герасимов, Р.С. Кириллов, Р.Р. Латыпов, О.Н. Шерстюков, С.А. Моисеев
Изучаются спектральные свойства каскадной многорезонаторной микроволновой квантовой памяти, интегрированной в волноводно-резонаторную систему. На основе моделирования экспериментальных данных восстанавливаются базовые спектроскопические параметры изучаемой схемы квантовой памяти, приводятся оценки её квантовой эффективности и показывается возможность достижения оптимальных условий реализации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
FOCUSING OF LIGHT BEAMS WITH THE PHASE APODIZATION OF THE OPTICAL SYSTEM
стр.620-626
A.N.K. Reddy, M. Martinez-Corral, S.N. Khonina, S.V. Karpeev
We investigated reduction of the size of the illuminated beam in the focal region produced by the optical systems of NA = 0.99 has been. The intensity distributions of polarized light field in the focal volume for the phase apodization pupil have been discussed. The circular pupil in different phase apodization situations can be employed to control the field components in the resultant intensity distribution. We show that both axial and transverse resolution improvement in the focal
distribution is possible by applying proper phase engineering in the annulus of the pupil function.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
РАСЧЁТ ОСЕВЫХ СФЕРИЧЕСКИХ АБЕРРАЦИЙ ВЫСШИХ ПОРЯДКОВ ФОКУСИРУЮЩЕГО СВЕТОСИЛЬНОГО ГОЛОГРАММНОГО ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА С ИСПРАВЛЕННОЙ СФЕРИЧЕСКОЙ АБЕРРАЦИЕЙ ТРЕТЬЕГО ПОРЯДКА. ЧАСТЬ 2
стр.627-636
Ю.Ц. Батомункуев, А.А. Дианова, Т.В. Маганакова
В работе представлены и обсуждаются результаты расчётов радиусов поперечных сферических аберраций пятого, седьмого и девятого порядков многопорядкового осевого голограммного оптического элемента, записанного двумя расходящимися сферическими волнами. В качестве примеров рассматриваются фокусирующие пропускающие и отражательные осевые голограммные оптические элементы с относительными отверстиями, близкими к 1:1 в заданных диапазонах инфракрасной области спектра. Представлены аналитические выражения для вычисления минимума расстояний от голограммного оптического элемента до полихроматического точечного источника и до его изображения. Рассмотрены изменения этих расстояний при увеличении рабочей длины волны в заданном диапазоне. Приведены примеры двух разных пропускающих голограммных оптических элементов с одинаковыми хроматическими аберрациями положения в «окнах прозрачности» атмосферы в диапазонах 2,15 – 2,50 мкм и 4,3 – 5,0 мкм. Указывается, что на основе этих двух голограммных оптических элементов может быть разработан двухдиапазонный голографический объектив с рабочими спектральными диапазонами 2,15 – 2,50 мкм и 4,3 – 5,0 мкм.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОДЫ ДВУМЕРНОЙ ПРОЕКЦИИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В СОБСТВЕННЫЕ ПОДПРОСТРАНСТВА: ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ И ПРИМЕНЕНИЕ
стр.637-656
Г.А. Кухарев, Н.Л. Щеголева
Рассматриваются алгоритмы проекции цифровых изображений в собственные подпространства в рамках линейных методов PCA, LDA, PLS и CCА. Приводится история развития этих методов за последние 100 лет на фоне появления новых областей их применения и меняющихся в связи с этим требований к ним. Показано, что развитие было инициировано четырьмя основными требованиями, вытекающими из современных задач и практики цифровой обработки изображений и, в первую очередь, изображений лиц. Первым является требование использования методов PCA, LDA, PLS и CCА в условиях как малой, так и чрезвычайно большой выборки изображений лиц в исходных наборах. Второе требование связано с критерием, определяющим собственный базис, который должен обеспечить, например, минимум ошибки аппроксимации изображений лиц, улучшение кластеризации в собственном подпространстве или максимум корреляции (ковариации) между наборами данных в подпространстве. Третье – связано с возможностью приложения рассматриваемых методов к задачам обработки двух и более наборов изображений с различных сенсорных источников или нескольких наборов любых числовых матриц. Именно эти три требования обусловили появление, развитие и применение методов двумерной проекции в собственные подпространства – 2DPCA, 2DLDA, 2DPLS и 2DCCА. В статье рассмотрены несколько основных ветвей алгоритмической реализации этих методов (итерационные, не итерационные, на основе SVD и т.д.), оценены их достоинства и недостатки, а также показаны примеры их использования на практике. Наконец, четвертое требование – возможность реализации двумерных проекций изображений лиц (или других числовых матриц) непосредственно в слоях сверточных нейронных сетей (СNN/Deep NN)
и/или интеграции их функций в состав NN отдельными блоками. В настоящей статье обсуждается это требование и рассматриваются примеры решений. Приводятся оценки вычислительной сложности для представленных алгоритмов и примеры решения конкретных задач обработки изображений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АУТЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПО ДИНАМИКЕ ПОДПИСИ НА ОСНОВЕ НЕЧЁТКОГО КЛАССИФИКАТОРА
стр.657-666
И.А. Ходашинский, Е.Ю. Костюченко, К.С. Сарин, А.Е. Анфилофьев, М.Б. Бардамова, С.С. Самсонов, И.В. Филимоненко
Анализ динамики подписи является одним из наиболее быстрых, интуитивно понятных и экономичных инструментов аутентификации пользователей. Динамическое распознавание подписи основано на анализе нескольких характеристик почерка индивидуума, таких
как параметры движения, давление, азимут и угол наклона пера в определенные моменты времени, а также скорости и ускорения вышеперечисленных величин. В нашей работе в качестве признаков были использованы постоянная составляющая и первые семь гармоник
разложения данных сигналов в ряд Фурье. Создание систем подтверждения подлинности подписи включает следующие этапы: предобработка, отбор информативных признаков, классификация. Для отбора признаков использованы бинарные метаэвристические и детерминированные алгоритмы. Классификация выполнялась с помощью нечеткого классификатора. Параметры нечетких классификаторов настраивались непрерывными метаэвристическими алгоритмами. Работоспособность системы аутентификации проверена на авторской
базе данных. База данных содержит 280 оригинальных вариантов подписи одного автора и 1281 вариант фальсификаций (поддельных подписей) семи авторов. Для оценки статистической значимости различий в точности и ошибках нечетких классификаторов, сформированных метаэвристическими алгоритмами, использованы критерий Манна–Уитни (Уилкоксона) и тест Крускала–Уоллиса.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ДВА МЕТОДА АДАПТИВНОЙ МЕДИАННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ИМПУЛЬСНОГО ШУМА НА ИЗОБРАЖЕНИЯХ
стр.667-678
Н.И. Червяков, П.А. Ляхов, А.Р. Оразаев
В статье предложены два новых метода адаптивной медианной фильтрации импульсного шума в изображениях. Первый метод основан на совместном применении итеративной обработки и преобразования результата медианной фильтрации на основе распределения Лоренца. Второй метод использует альтернативные маски медианного фильтра, рассчитанные с использованием метрики Евклида. Такой подход позволил уменьшить размер обрабатываемой области без потери качества обработки для шумов с низкой интенсивностью. В экспериментальной части статьи приведены результаты сравнения качества работы предложенных методов с известными. Для моделирования были использованы 3 различных изображения, искаженные импульсным шумом с вероятностями искажения пикселей от 1 % до 99 % включительно. Численная оценка качества очистки изображений от шума на основе пикового отношения сигнала к шуму (PSNR) и индекса структурного сходства (SSIM) показала, что предложенные методы показывают лучший результат обработки во всех рассмотренных случаях по сравнению с известными подходами. Полученные в статье результаты могут найти широкое практическое применение в обработке спутниковых и медицинских изображений, геофизических данных и других приложениях цифровой обработки изображений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АДАПТИВНАЯ ИНТЕРПОЛЯЦИЯ МНОГОМЕРНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ КОМПРЕССИИ
стр.679-687
А.И. Максимов, М.В. Гашников
Исследуются алгоритмы интерполяции многомерных сигналов при дифференциальной компрессии. Предлагается подход к построению адаптивных интерполяторов, основанный на автоматическом выборе интерполирующей функции в каждой точке сигнала на основе
признаков, вычисляемых по локальной окрестности. В рамках этого подхода предлагается адаптивный многомерный интерполятор, автоматически выбирающий в каждой точке сигнала интерполирующую функцию, обеспечивающую повышенную точность интерполяции
для контуров. Для реализации этого выбора предлагается решающее правило, основанное на локальном признаке, характеризующем выраженность и направленность контура в каждой точке сигнала. Предложенный интерполятор реализован для трёхмерного случая, в котором переключение производится между шестью интерполирующими функциями: усредняющей функцией и функциями, учитывающими контуры пяти направлений. Производится экспериментальное исследование предложенного алгоритма на трёхмерных гиперспектральных данных дистанционного зондирования Земли. Экспериментально подтверждается, что использование предложенного интерполятора позволяет существенно повысить эффективность дифференциальной компрессии.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОД АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКИХ ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕФРОСЦИНТИГРАФИИ
стр.688-694
А.В. Гайдель, А.В. Капишников, Ю.С. Пышкина, А.В. Колсанов, А.Г. Храмов
Предложен метод автоматической обработки динамических нефросцинтиграмм, основанный на приближении кривой ренограммы экспоненциальной функцией. Метод позволяет получить объективные параметры состояния почек. Работа метода изучена на наборе радионуклидных изображений ренотрансплантата. Представлены результаты клинических исследований, подтверждающие диагностическую эффективность разработанного подхода. Анализ кинетики нефротропного индикатора обеспечивает точную оценку функционального состояния пересаженной почки. Выявлено два числовых параметра, показывающих более высокую диагностическую эффективность при их вычислении по построенной модели, чем при их вычислении по исходной ренограмме.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АЛГОРИТМ ПОСТРОЕНИЯ ЗОН ФАКТИЧЕСКОГО ЗАТОПЛЕНИЯ МЕСТНОСТИ ПРИ РАЗЛИВАХ РЕК НА ОСНОВЕ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ КОСМИЧЕСКИХ СНИМКОВ И АНАЛИЗА ХАРАКТЕРНЫХ ТОЧЕК РЕЛЬЕФА
стр.695-703
О.А. Ефремова, Ю.Н. Кунаков, С.В. Павлов, А.Х. Султанов
Статья посвящена проблеме организации совместной обработки пространственных данных в виде цифровых карт и космических снимков в составе программного комплекса органов исполнительной власти для поддержки принятия решений в противопаводковый период. Авторами проведен анализ проблемы построения зон затоплений на основе использования космических снимков и геоинформационных технологий. В работе описан алгоритм построения зон фактического затопления местности при разливах рек на основе радиолокационных космических снимков и анализа характерных точек рельефа, позволяющий повысить точность привязки снимка при малом числе опорных точек. В рамках проведенного экспериментального исследования была показана эффективность применения данного алгоритма: точность совмещения водной поверхности реки, полученной с космического снимка и с цифровой топографической карты с применением предложенного авторами алгоритма, повысилась на 40 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ТЕРНАРНЫЕ СИСТЕМЫ СЧИСЛЕНИЯ В КОНЕЧНЫХ ПОЛЯХ
стр.704-711
Работа продолжает авторские исследования позиционных систем счисления в конечных полях. В работе рассматриваются тернарные системы счисления и алгоритмы арифметических операций при представлении элементов конечного поля в так называемых тернарных редуцированных системах счисления, являющихся редукциями канонических систем счисления при отображении соответствующего кольца целых квадратичного поля
в поле классов вычетов по простому модулю. Приводится классификация конечных полей, в которых существуют такие системы счисления. Доказывается, что тернарные редуцированные системы счисления существуют для большинства простых конечных полей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ИССЛЕДОВАНИЕ АЛГОРИТМОВ РАССТАНОВКИ КОАГУЛЯТОВ НА ИЗОБРАЖЕНИЕ ГЛАЗНОГО ДНА
стр.712-721
А.С. Широканев, Д.В. Кирш, Н.Ю. Ильясова, А.В. Куприянов
Диабетическая ретинопатия – одно из часто встречающихся осложнений сахарного диабета, приводящая к тяжёлым последствиям, в том числе к быстрому и необратимому снижению зрения. Для лечения диабетической ретинопатии активно используется процедура лазерной коагуляции, заключающаяся в нанесении серии микроожогов на глазное дно с целью устранения макулярного отёка. Существующие в настоящее время программные пакеты ориентированы, в первую очередь, на использование заданного шаблона (паттерна) для расстановки коагулятов. Следствием применения шаблонов становится неравномерность расстановки коагулятов по причине высокой вариабельности форм отёка и сосудистого русла. Решение данной проблемы напрямую связано с решением задачи плотной упаковки шаров (для случая двумерного изображения – кругов) в заданную область интереса. Поскольку одним из основных требований специалистов к процедуре лазерной коагуляции является скорость её проведения, то
разрабатываемые алгоритмы должны по возможности обладать низкой вычислительной сложностью. Указанное требование полностью игнорируется существующими подходами к решению рассматриваемой проблемы, в связи с чем разработка новых высокопроизводительных алгоритмов расстановки коагулятов является актуальной задачей.
В настоящей работе представлены 7 разработанных алгоритмов расстановки коагулятов, а также приведён детальный анализ ключевых характеристик разработанных методов расстановки коагулятов. Рассмотренные характеристики позволили извлечь информацию о
свойствах алгоритмов. Регулярность определяется медианой, асимметрией и эксцессом; детерминированность – дисперсией и средним.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
