+
Острая фокусировка светового поля с поляризационной и фазовой сингулярностью произвольного порядка
стр.337-346
В.В. Котляр, С.С. Стафеев, А.А. Ковалёв
С помощью формализма Ричардса–Вольфа получены общие формулы для проекций векторов напряженности электрического и магнитного полей вблизи острого фокуса оптического вихря с топологическим зарядом m и азимутальной поляризацией порядка n. Получены простые следствия из этих формул при разных значениях чисел m и n. При условии
m = n > 1 на оптической оси будет отличная от нуля интенсивность, такая же, как при фокусировке светового поля без вихря и с круговой поляризацией. А при условии n = m + 2 вблизи оптической оси в плоскости фокуса будет иметь место обратный поток световой энергии. Полученные формулы можно использовать как для моделирования острой фокусировки оптических полей с двойной сингулярностью (фазовой и поляризационной), так и для теоретического анализа распределений интенсивности и вектора Пойнтинга в фокусе.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Дифракционные оптические элементы для формирования цилиндрических пучков различных порядков
стр.347-355
С.А. Дегтярев, Д.А. Савельев, С.В. Карпеев
В работе предложен метод расчёта фазовой функции субволновых дифракционных оптических элементов на основе дифракционных решёток с варьируемым периодом для формирования векторных пучков с цилиндрической поляризацией произвольного порядка. Получены формулы фазовой функции решётки с учётом вариации периода для повышения эффективности поляризационного преобразования падающего пучка. Полученные поляризационные дифракционные элементы предполагается использовать для повышения помехоустойчивости оптических систем связи.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Измерение орбитального углового момента астигматического пучка Эрмита–Гаусса
стр.356-367
В.В. Котляр, А.А. Ковалёв, А.П. Порфирьев
Рассмотрены три разных типа астигматических Гауссовых пучков, комплексная амплитуда которых в зоне дифракции Френеля описывается многочленом Эрмита с номером (n, 0) c комплексным аргументом. Первый тип – это оптический Гауссов вихрь с круговой симметрией и топологическим зарядом n, прошедший цилиндрическую линзу. При распространении оптический вихрь «распадается» на n оптических вихрей первого порядка. Его орбитальный угловой момент на один фотон равен n. Второй тип – это эллиптический оптический Гауссов вихрь с топологическим зарядом n, прошедший цилиндрическую линзу. При специальном выборе степени эллиптичности (1:3) такой пучок сохраняет свою структуру при распространении и вырожденный ноль интенсивности на оптической оси не «распадается» на n оптических вихрей. Орбитальный угловой момент такого пучка дробный и не равен n. Третий тип –
это астигматический пучок Эрмита–Гаусса порядка (n, 0), который формируется после прохождения пучком Эрмита–Гаусса цилиндрической линзы. Цилиндрическая линза вносит орбитальный угловой момент в исходный пучок Эрмита–Гаусса. Орбитальный угловой момент
такого пучка состоит из суммы вихревой и астигматической составляющих и может достигать больших значений (десятки и сотни тысяч на фотон). При определённых условиях нулевые линии интенсивности пучка Эрмита–Гаусса «собираются» в n-кратно вырожденный ноль интенсивности на оптической оси, и орбитальный угловой момент такого пучка равен n. По из-
мерению двух распределений интенсивности астигматического пучка Эрмита–Гаусса в фокусах двух цилиндрических линз рассчитан нормированный орбитальный угловой момент: экспериментальное значение – 13,62, теоретическое значение – 14,76, СКО – 7 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Возможности передачи и детектирования модулированных пучков с длиной волны 1530 нм в условиях случайных флуктуаций среды распространения
стр.368-375
С.В. Карпеев, В.В. Подлипнов, Н.А. Ивлиев, В.Д. Паранин
Экспериментально исследовано распространение различным образом структурированных вихревых пучков с длиной волны 1530 нм через случайную искажающую среду. Проанализировано влияние аэрозольной преграды на сцинтилляционный индекс пучка. Экспериментально исследована возможность корреляционного детектирования наличия вихревой фазы в условиях блужданий пучков, вызванных потоком теплого воздуха.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Распространение пучков Бесселя и суперпозиций вихревых пучков в атмосфере
стр.376-384
В.С. Васильев, А.И. Капустин, Р.В. Скиданов, Н.А. Ивлиев, В.В. Подлипнов, С.В. Ганчевская
Описывается эксперимент по прохождению пучков Бесселя через атмосферу с тепловыми потоками. Показано, что на малых расстояниях пучок Бесселя при прохождении области с тепловыми потоками может искажаться до полной потери структуры, но при дальнейшем распространении на большие расстояния полностью её восстанавливает. Показано, что пучки Бесселя не могут быть использованы в системах связи на больших дистанциях. Также описывается эксперимент с прохождением суперпозиций вихревых пучков через атмосферу с тепловыми потоками и аэрозолями. Показано, что такие пучки при прохождении области с тепловыми потоками также сохраняют свою структуру.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Numerical simulation of 2D electrodynamic problems with unstructured triangular meshes
стр.385-390
We present a generalization of standard leap-frog plus Yee mesh approach for Cauchy problem in electrodynamics simulations on unstructured triangulated mesh. The presented approach still inherits from finite-difference time-domain and do not use techniques developed in finite-volume time-domain approach. In the paper the whole flow from mesh creation to actual simulation is presented. The proposed computation flow is parallel ready and can be implemented for distributed
systems (computation servers, graphical processing units, etc.). We studied the influence of nonregular triangulation on stability and dispersion properties of numerical solution.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Об иcпользовании многорастрового ввода одномерных сигналов в двумерных оптических корреляторах
стр.391-396
М.С. Кузьмин, В.В. Давыдов, С.А. Рогов
Приводится математическое описание работы когерентного оптического коррелятора при многорастровом вводе длинных сигналов. Показано, что такой ввод позволяет ослабить величину ложных корреляционных максимумов, появляющихся в общем случае на выходе коррелятора с однорастровым вводом. Показано также, что ложные максимумы не появляются при обработке сигналов с кнопочной функцией неопределенности, что позволяет обойтись без многорастрового ввода. Результаты теоретического анализа подтверждаются экспериментами с ЛЧМ-сигналами и сигналами типа М-последовательности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Improvements of programing methods for finding reference lines on X-ray images
стр.397-401
A.M.S. Al-Temimi 1, V.S. Pilidi
The paper gives an overview of the algorithms developed to obtain reference lines and angles on X-ray images. These geometrical characteristics are used in the medical analysis of human joints. We propose the algorithm’s modifications based on the analysis of numerous X-ray images. These modifications allowed obtaining a great increase in calculation speed and the improvement of final results quality given by the corresponding application. They also lead to a significant reduction of manual tuning of the program, arising only in the rare cases when the properties of given images differ significantly from the mean ones.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Распознавание тест-объектов на тепловизионных изображениях
стр.402-411
А.В. Мингалев, А.В. Белов, И.М. Габдуллин, Р.Р. Агафонова, С.Н. Шушарин
Представлен сравнительный анализ нескольких способов распознавания тест-объектов на тепловизионном изображении при настройке и проверке характеристик тепловизионных каналов в автоматизированном режиме. Рассмотрены способы распознавания изображений на основе корреляционного сопоставления изображений, на основе метода Виолы–Джонса, на основе классифицирующей сверточной нейронной сети LeNet, на основе классифицирующей сверточной нейронной сети GoogleNet (Inception v. 1), на основе детектирующей сверточной нейронной сети глубокого обучения типа Single Shot Multibox Detector (SSD) VGG16. Самое высокое значение функционала качества получено с использованием детектирующей сверточной нейронной сети глубокого обучения типа SSD VGG16. К основным достоинствам данного способа следует отнести инвариантность к изменению размеров тест-объектов, высокие значения таких параметров, как точность и полнота, а также отсутствие необходимости применения дополнительных методов для локализации областей интереса.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Распознавание нарушенных лесных экосистем лесостепи на основе спектрально-отражательных характеристик
стр.412-418
В статье представлены результаты оценки возможностей дискриминантного анализа для распознавания нарушенных лесных экосистем лесостепной зоны на основе спектрально-отражательных свойств. Предложен новый способ автоматизированного выявления участков нарушенных лесов среди покрытых лесом земель, основанный на дискриминантом анализе величины изменения коэффициентов спектральной яркости в различных зонах спектра. На основе данных с 1836 лесных участков, типичных для лесостепной зоны, вычислены и верифицированы математические зависимости, позволяющие в автоматизированном режиме относить конкретный лесной участок к категории нарушенных лесов или лесов без признаков нарушений. Точность распознавания нарушенных лесных участков составила около 90 %. Установлено, что величина изменения коэффициентов спектральной яркости в средней инфракрасной зоне вносит наибольший вклад в распознавание нарушенных лесных массивов среди величин изменения коэффициентов отражения в каналах сенсоров серии Landsat.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Классификация и сравнительное исследование систем аутентификации JPEG-изображений, основанных на встраивании полухрупких водяных знаков
стр.419-433
А.А. Егорова, В.А. Федосеев
В статье рассматриваются системы полухрупких цифровых водяных знаков, предназначенные для защиты от несанкционированных изменений изображений, представленных в формате JPEG. Эти системы позволяют обнаруживать и определять местоположение изменений, а некоторые также приближённо восстанавливать исходное содержимое. Приводятся формальные схемы, описывающие процедуры встраивания цифровых водяных знаков и аутентификации. Рассматривается более десятка систем данного типа, предложенных с 2000 года, и предлагается их классификация по различным критериям. Представлены результаты экспериментальных исследований различных систем по оценке уровня искажений, возникающих при встраивании информации, а также погрешности при извлечении. Кроме того, исследована работоспособность систем в смысле обеспечения частичной стойкости к JPEG-сжатию.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Сравнение бинарных дескрипторов особых точек изображений в условиях искажений
стр.434-445
Е.А. Краснобаев, Д.В. Чистобаев, А.Л. Малышев
Статья посвящена обзору и анализу бинарных дескрипторов особых точек объектов на цифровых изображениях в условиях искажений. Приводится обзор методов BRIEF, ORB, BRISK, FREAK, AKAZE, LATCH. Выполнена оценка свойств дескрипторов на типовых наборах изображений. В работе затрагиваются проблемы использования данных методов для обработки изображений в режиме реального времени.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
GPU acceleration of edge detection algorithm based on local variance and integral image: application to air bubbles boundaries extraction
стр.446-454
Afef Bettaieb, Nabila Filali, Taoufik Filali, Habib Ben Aissia
Accurate detection of air bubbles boundaries is of crucial importance in determining the performance and in the study of various gas/liquid two-phase flow systems. The main goal of this work is edge extraction of air bubbles rising in two-phase flow in real-time. To accomplish this, a fast algorithm based on local variance is improved and accelerated on the GPU to detect bubble contour. The proposed method is robust against changes of intensity contrast of edges and capable of giving high detection responses on low contrast edges. This algorithm is performed in two steps: in the first step, the local variance of each pixel is computed based on integral image, and then the resulting contours are thinned to generate the final edge map. We have implemented our algorithm on an NVIDIA GTX 780 GPU. The parallel implementation of our algorithm gives a speedup factor equal to 17x for high resolution images (1024 × 1024 pixels) compared to the serial implementation. Also, quantitative and qualitative assessments of our algorithm versus the most common edge detection algorithms from the literature were performed. A remarkable performance in terms of results accuracy and computation time is achieved with our algorithm.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Выделение контуров костей коленного сустава на медицинских рентгенограммах
стр.455-463
А.А. Михайличенко, Я.М. Демяненко
Важным шагом в автоматическом анализе медицинских рентгенограмм является детектирование интересующих объектов. Однако медицинские рентгенограммы зачастую имеют низкую контрастность и варьирующуюся в широких пределах цветовую гамму, что затрудняет их анализ традиционными методами, которые в своей работе опираются на конкретные критерии однородности регионов. В данной работе мы предлагаем подход к выделению контуров объектов, не требующий критерия однородности. Метод основан на выделении фрагментов границ и устранении разрывов между фрагментами границы одного объекта. Нами был предложен численный критерий для определения точности соответствия полученного контура описываемому объекту. Полученные результаты могут применяться для диагностики отклонений, болезней, а также использоваться как промежуточный результат для более интеллектуальных методов анализа изображений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследование эффективности классификации трудноразличимых типов растительности по гиперспектральным изображениям
стр.464-473
С.М. Борзов, М.А. Гурьянов, О.И. Потатуркин
Работа посвящена исследованию эффективности методов контролируемой спектральной и спектрально-пространственной классификации гиперспектральных данных. В частности, на примере различения типов растительности рассмотрены методы минимального расстояния, опорных векторов, Махаланобиса, максимального правдоподобия. Значительное внимание уделено изучению зависимости точности классификации данных при применении перечисленных методов от количества и способа выбора спектральных признаков. Продемонстрирована перспективность совместной обработки спектральных и пространственных признаков, учитывающей коррелированность близкорасположенных пикселей. Приведены экспериментальные результаты, полученные при различных способах формирования обучающих выборок.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Метод защиты векторных карт с использованием изображения ЦВЗ как вторичного контейнера
стр.474-483
Ю.Д. Выборнова, В.В. Сергеев
В статье исследован метод встраивания цифрового водяного знака в векторные картографические данные на основе циклического сдвига списка вершин полигональных объектов. Предложена модификация метода, позволяющая автоматизировать процедуру аутентификации, а также повысить его стойкость к изменению содержимого карты. Основная идея улучшенного метода заключается в использовании «шумоподобного» изображения в качестве вторичного контейнера для цифрового водяного знака, представленного в форме битовой последовательности. Описан алгоритм формирования изображения-контейнера из последовательности цифровых водяных знаков, а также алгоритм извлечения такой последовательности. Проведено экспериментальное исследование информационной ёмкости изображения-контейнера и его стойкости к искажениям, моделирующим встраивание в картографические данные: квантованию и добавлению интерполяционного шума. Работоспособность метода также продемонстрирована на реальных картографических данных. Сформулированы рекомендации по рациональному выбору параметров встраивания цифрового водяного знака в зависимости от числа полигонов векторной карты.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Технология повышения детализации изображений с нелинейной коррекцией высокоградиентных фрагментов
стр.484-491
В.А. Фурсов, Е.В. Гошин, К.С. МЕДВЕДЕВА
Статья посвящена проблеме улучшения качества изображений, регистрируемых с помощью оптических приборов низкого разрешения, в том числе дифракционных регистрирующих приборов. Предлагается двухэтапная технология коррекции изображений. На первом этапе осуществляется коррекция с использованием линейного КИХ-фильтра с центрально-симметричным частотным откликом в виде отрезков квадратичной и экспоненциальной функций. Полученное изображение затем подвергается обработке нелинейным фильтром, который осуществляет компьютерное ретуширование участков изображений, характеризующихся заметным перепадом яркости. Преобразованию подвергаются лишь отсчёты, в которых модуль среднего значения градиентов в различных направлениях достаточно высокий, то есть находятся на границах областей с различным уровнем яркости. Это позволяет избежать усиления шумов в области фона, что характерно для традиционных фильтров. Приводятся примеры реализации, показывающие возможность достижения высокой резкости и иллюстрирующие простоту настройки фильтра по визуальному восприятию.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследование зависимости точности одновременной реконструкции сцены и позиционирования камеры от погрешностей, вносимых датчиками мобильного устройства
стр.492-503
В.В. Мясников, Е.А. Дмитриев
Задача одновременной реконструкции сцены и позиционирования камеры (Simultaneous Localization and Mapping – SLAM) с использованием монокулярной системы наблюдения – одна из наиболее известных и сложных, затрагивающая целый ряд научных направлений: робототехнику, компьютерное зрение и виртуальную реальность. Настоящая работа направлена на решение проблемы SLAM в рамках мобильного устройства, оснащённого, наряду с монокулярным оптическим сенсором (камерой), также инерционными датчиками (гироскоп и акселерометр) и цифровым компасом. Последние позволяют получать дополнительную оценку положения и ориентации мобильного устройства. Цель работы – оценить потенциальную пригодность и эффективность использования дополнительной информации, предоставляемой указанными датчиками мобильного устройства типа смартфона, с точки зрения точности получаемого решения и/или снижения временных затрат на его получение. Экспериментальная часть исследования, включающая как модельные, так и натурные эксперименты, позволила определить требования к допустимым погрешностям, вносимым датчиками мобильного устройства. Для конкретной модели мобильного устройства показано, что электронный компас удовлетворяет этим требованиям, в то время как погрешности инерционных датчиков, используемых для определения перемещений, оказываются неприемлемо большими.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Orbital angular momentum of the spiral beams
стр.504-506
At first sight, any rotation generates some angular momentum (it is true for a solid body). But these characteristics (rotation and orbital angular momentum) are rather different for optics and mechanics. In optics there are the situation when the rotation is important. On the other hand, there are the cases where the nonzero orbital angular momentum is necessary. The main goal of this article is to investigate a relationship between a rotation under propagation of spiral beam and its angular momentum. It can be done the following conclusion: there is no any relation between rotation under propagation of spiral beam and its OAM.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Использование атомно-силовой микроскопии для оценки качества очистки и трибометрических свойств поверхности кремниевых пластин
стр.507-511
И.Д. Михеев, Ф.Х. Вахитов
Экспериментально исследованы различия в величинах адгезионных сил взаимодействия острия зонда атомно-силового микроскопа и очищенных поверхностей кремниевых пластин при их обработке изопропиловым спиртом и дистиллированной водой. Показано, что наличие на поверхности подложек молекул воды приводит к значительному (приблизительно в 5 раз) изменению этих сил. Установлено, что использование атомно-силового микроскопа позволяет оценивать относительную величину сил трения на малых участках поверхностей кремниевых пластин.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
