+
Формулировка обратной задачи расчёта оптической поверхности при освещающем пучке с плоским волновым фронтом как задачи Монжа – Канторовича
стр.5-13
Досколович Л.Л., Мингазов А.А., Быков Д.А., Безус Е.А.
Рассмотрена задача расчёта преломляющей поверхности, формирующей требуемое распределение освещённости в дальней зоне при плоском освещающем пучке. Показано, что данная задача может быть сформулирована как задача о перемещении масс. Получен вид функции стоимости в данной задаче. Продемонстрировано, что при определённом
выборе координат функция стоимости становится квадратичной. Полученная задача о перемещении масс также описывает задачу расчёта зеркала, которая может быть рассмотрена как частный случай задачи расчёта преломляющей поверхности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Механизм формирования обратного потока энергии в остром фокусе
стр.14-22
Котляр В.В., Стафеев С.С., Налимов А.Г., Ковалев А.А.
Теоретически показано, что в интерференционной картине четырёх плоских волн со специально подобранными направлениями векторов линейной поляризации формируется обратный поток энергии. Области прямого и обратного потока перемежаются в шахматном порядке. Величина обратного потока прямо зависит от угла схождения плоских
волн и максимальна при угле схождения, близком к 90 °. Правые тройки векторов четырёх плоских волн (волновой вектор с положительной проекцией на оптическую ось и вектора напряжённостей электрического и магнитного полей) при сложении в некоторых областях интерференционной картины формируют электромагнитное поле, описываемое правой тройкой тех же векторов, но волновой вектор имеет отрицательную проекцию на оптическую ось. Также показано, что если в область обратного потока поместить сферическую диэлектрическую рэлеевскую наночастицу, то на неё будет действовать сила, направленная в обратном направлении (при этом рассеивающая сила будет больше градиентной).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Секторное возмущение вихревого пучка: энтропия Шеннона, орбитальный угловой момент и топологический заряд
стр.23-34
Воляр А.В., Брецько М.В., Акимова Я.Е., Егоров Ю.А., Милюков В.В.
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.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Асимметричные лазерные гипергеометрические пучки
стр.35-40
Котляр В.В., Ковалев А.А., Абрамочкин Е.Г.
Рассмотрены асимметричные пучки Куммера (аК-пучки), скалярная комплексная амплитуда которых пропорциональна функции Куммера (вырожденной гипергеометрической функции). Эти пучки являются точным решением параксиального уравнения распространения (уравнения типа Шредингера) и получаются из обычных симметричных гипергеометрических пучков путём комплексного смещения координат. При распространении аК-пучки слабо изменяют свою интенсивность и вращаются вокруг оптической оси. Эти пучки – пример вихревых лазерных пучков с дробным орбитальным угловым моментом, величина
которого зависит от четырёх параметров: топологического заряда вихря, величины смещения, параметра логарифмического аксикона и степени радиального сомножителя. Изменяя эти параметры, можно управлять орбитальным угловым моментом пучка: непрерывно увеличивать или уменьшать его.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Determination of microrelief of the sample by singular beams superposition
стр.41-46
Sokolenko B., Shostka N., Karakchieva O., Volyar A.V., Poletayev D.
In present paper we propose easy way to implement method of interfering vortices with opposite topological charge for the real time determination of the thickness and information about the surface of studied samples with the resolution up to 7 nanometers. The determination of the characteristics of the medial cross-section of submicron-objects becomes possible due to phase sensitivity of interfering singular beams to the slightest changes in the optical path difference between them. The dependence of rotational angle of resulting interference pattern in case of different sample thickness for two singular beams superposition is considered in detail.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Использование модели связанных классических осцилляторов для описания резонанса Фано в плазмонной наносистеме
стр.47-55
Головинский П.А., Яковец А.В., Храмов Е.С.
Мы исследуем динамику возбуждения резонанса Фано в рамках классической модели двух линейных связанных осцилляторов. Получено точное решение для модели при затухающем гармоническом воздействии. Показана динамика роста профиля Фано под действием гармонического возбуждения. При воздействии сверхширокополосного импульса отклик
системы становится универсальным и совпадает с функцией отклика. Результаты показывают, что полную характеристику системы можно получить двумя альтернативными способами: прямо измеряя отклик системы на монохроматическое поле при сканировании частоты либо регистрируя отклик на действие -импульса. В качестве конкретного примера рассчитано зависящее от времени возбуждение резонанса в системе, состоящей из квантовой точки и металлической наночастицы. Затем показано применение расширенной модели затухающих осцилляторов с радиационной поправкой, описывающей формирование резонанса Фано в рассеянии фемтосекундного лазерного импульса на наноантенне.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Расчёт, изготовление и исследование субволнового аксикона для поляризационного преобразования излучения терагерцового диапазона
стр.56-64
Рассчитан, изготовлен и исследован методами численного и натурного экспериментов субволновый аксикон для преобразования линейно-поляризованного излучения терагерцового диапазона в цилиндрически поляризованный пучок. В ходе экспериментов, поставленных на рабочей станции Новосибирского лазера на свободных электронах, показана эффективность созданного кремниевого элемента для выполнения поляризационного преобразования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Оптические, ИК- и ТГц-экраны на основе слоистых структур металл–диэлектрик–полупроводник
стр.65-72
Давидович М.В., Корнев И.А.
Рассмотрены многослойные покрытия из наноразмерных слоёв металл–диэлектрик–полупроводник, расположенных на прозрачной подложке, описываемые на основе модели Друде – Лоренца и представляющие собой многополосные фильтры – экраны для различных диапазонов. Исследуются структуры с несколькими слоями и квазипериодические структуры. Предложен метод приближённого синтеза по полосам заграждения для структур типа два слоя в периоде и три слоя в периоде. Для трёх слоёв различие в плазменных частотах позволяет расширить полосу. Показано, что полупроводниковые слои из узкозонных материалов типа InSb перспективны для структур ТГц-диапазона с возможностью подстройки диапазонов путём легирования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Селективная модификация двухфазной стали DP 1000 лазерным воздействием с применением дифракционного оптического элемента
стр.73-79
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.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Анализ характеристик параксиальных векторных Гауссовых пучков, влияющих на формирование микроструктур в азополимере
стр.80-88
В работе рассмотрены параксиальные лазерные Гауссовы пучки с различной поляризацией и их характеристики, такие как вектор Пойнтинга, градиентная сила, плотность силы, важные для оценки воздействия излучения на вещество. Проведён анализ рассматриваемых характеристик лазерного излучения с точки зрения формирования фотоиндуцированного микрорельефа в плёнке азополимера.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Изображающие системы на основе обобщённых линз
стр.89-95
Васильев В.С., Скиданов Р.В., Ганчевская С.В.
Рассматривается возможность использования обобщённых линз в изображающих оптических системах. Для получения отображения точки в точку предлагается использовать две обобщенные линзы в системе, подобной Фурье-коррелятору, где вторая линза устанавливается так, чтобы при падении на систему плоской волны на выходе оптической системы
формировалась плоская волна. Показано, что для обобщённых линз с небольшим отклонением степени от 2 такая система формирует довольно качественное изображение. Для тестирования системы использовалась стандартная радиальная светотехническая таблица, позволяющая определить основные оптические характеристики.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Предельные возможности автодинной интерферометрии расстояния при пилообразной модуляции длины волны полупроводникового лазера
стр.96-102
В работе анализируется автодинный интерференционный метод измерения расстояния при пилообразной модуляции длины волны лазерного излучения. Определены условия, при которых расстояние, полученное из спектра смоделированного автодинного сигнала, совпадает с заданным при компьютерном моделировании. Теоретически обосновываются предельные возможности метода при увеличении девиации длины волны излучения лазера. Оценка предельных возможностей метода измерения расстояния по спектру автодинного сигнала составила 10 мкм на длине волны 650 нм при величине девиации лазерного излучения 5 нм. Обсуждаются трудности получения предельных значений точности измерения расстояния, связанные с нелинейной зависимостью длины волны излучения лазерного диода от его тока
питания и необходимостью анализа автодинного сигнала на высоких частотах.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследование характеристик оптических стекол при воздействии факторов космического пространства
стр.103-109
Калаев М.П., Телегин А.М., Воронов К.Е., Лисян Ц., Цзилун Ц.
В работе приводится описание оптико-электронного устройства ДЧ-ОПТИКА, разработанного авторами статьи и предназначенного для экспериментального исследования изменения оптических свойств стекла при воздействии на поверхность потоков высокоскоростных пылевых частиц микронных размеров. Устройство позволяет в автоматическом режиме измерять индикатрису рассеяния и коэффициент спектрального пропускания для каждой точки образца с шагом 0,5 мм. Особенностью разработанного устройства являются малые габариты и возможность работы в вакууме, что позволяет использовать его в камере ускорителя для моделирования факторов космического пространства. Приведены
результаты эксперимента на ускорителе микрочастиц для стекла К-8 с использованием алюминиевой пудры ПАП-1 с характерным размером 1–3 мкм и скоростями 2–8 км/с. Устройство позволяет измерять изменение спектрального пропускания прозрачных материалов в области UV и RGB с точностью 0,005 %, что превосходит чувствительность некоторых известных спектрофотометров.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Метод нахождения соответствий на изображениях с использованием структур дескрипторов
стр.110-117
Захаров А.А., Жизняков А.Л., Титов В.С.
В работе рассматривается метод нахождения соответствий на изображениях с использованием структур дескрипторов. Дескрипторами в разработанном методе могут быть любые известные решения в области компьютерного зрения. Однако при нахождении соответствий на парах изображений могут появляться неточности. Для устранения «выбросов» предлагается сравнивать структуры дескрипторов. Структуры дескрипторов описываются при помощи графов. Для нахождения соответствий на основе структур дескрипторов используется метод Умеямы. Метод основан на разложении матриц на собственные значения и собственные векторы для задач сопоставления взвешенных графов. Таким образом, на начальном этапе находятся соответствия на основе дескриптора, а затем на основе полученных наборов сопоставленных особенностей строятся два графа для каждого изображения. Весами
графа являются расстояния между всеми особенностями изображений, вычисленные с использованием функции Гаусса. Строятся весовые матрицы для каждого графа. Осуществляется декомпозиция матрицы на собственные значения и собственные векторы. На основе
метода Умеямы вычисляется результирующая матрица и находятся правильные соответствия. Таким образом, из набора соответствий, полученных с помощью дескрипторов, исключаются ложные соответствия за счёт сравнения структур. Метод инвариантен к изменению масштаба и повороту изображения на плоскости. Метод приводит к правильным результатам только в том случае, если количество правильных соответствий больше количества ложных. Сложность разработанного алгоритма пропорциональна количеству найденных соответствий.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
MIDV-500: a dataset for identity document analysis and recognition on mobile devices in video stream
стр.118-124
Arlazarov V.V., Bulatov K., Chernov T., Arlazarov V.L.
A lot of research has been devoted to identity documents analysis and recognition on mobile devices. However, no publicly available datasets designed for this particular problem currently exist. There are a few datasets which are useful for associated subtasks but in order to facilitate a more comprehensive scientific and technical approach to identity document recognition more specialized datasets are required. In this paper we present a Mobile Identity Document Video dataset (MIDV-500) consisting of 500 video clips for 50 different identity document types with ground truth which allows to perform research in a wide scope of document analysis problems. The paper presents characteristics of the dataset and evaluation results for existing methods of face detection, text line recognition, and document fields data extraction. Since an important feature of identity documents is their sensitiveness as they contain personal data, all source document images used in MIDV-500 are either in public domain or distributed under public copyright licenses. The main goal of this paper is to present a dataset. However, in addition and as a baseline, we
present evaluation results for existing methods for face detection, text line recognition, and document data extraction, using the presented dataset.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
U-Net-bin: hacking the document image binarization contest
стр.125-132
Bezmaternykh P.V., Ilin D.A., Nikolaev D.P.
Image binarization is still a challenging task in a variety of applications. In particular, Document Image Binarization Contest (DIBCO) is organized regularly to track the state-of-the-art techniques for the historical document binarization. In this work we present a binarization method that was ranked first in the DIBCO`17 contest. It is a convolutional neural network (CNN) based method which uses U-Net architecture, originally designed for biomedical image segmentation. We describe our approach to training data preparation and contest ground truth examination and provide multiple insights on its construction (so called hacking). It led to more accurate historical document binarization problem statement with respect to the challenges one could face in the open access datasets. A docker container with the final network along with all the supplementary data we used in the training process has been published on Github.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Метод баггинга и отбор признаков в построении нечётких классификаторов для распознавания рукописной подписи
стр.133-145
Сарин К.С., Ходашинский И.А.
Распознавание рукописной подписи является важной проблемой в области исследований аутентификации личности и биометрической идентификации. Известны два метода распознавания рукописной подписи: если возможно оцифровать скорость движения пера, то говорят о динамическом распознавании; в противном случае, когда доступно только изображение подписи, говорят о статическом распознавании. Доказано, что при использовании динамического распознавания достигается большая точность, чем при использовании статического распознавания. В настоящей работе в качестве характеристик подписи используются амплитуды, частоты и фазы гармоник, извлечённых из сигналов подписи координат X и Y движения пера с помощью дискретного преобразования Фурье. Предварительно все сигналы подвергаются предобработке, включающей в себя устранение разрывов, устранение угла наклона, нормализацию позиции и масштабирование. В качества инструмента распознавания подписи по полученным признакам предлагается использовать нечёткий классификатор. В работе исследуется эффективность данного инструмента в составе ансамбля, а
также с применением процедуры отбора информативных признаков. Для построения ансамбля классификаторов используется известный метод баггинга, а отбор признаков основан на определении взаимной информации между признаком и классом объекта. Проведены
эксперименты по распознаванию подписи на наборе данных SVC2004 с построением нечёткого классификатора и ансамблей из трёх, пяти, семи и девяти нечётких классификаторов. Эксперименты проводились как с использованием процедуры отбора, так и без отбора.
Проведено сравнение эффективности работы построенных классификаторов между собой и с известными аналогами: деревьями решений, машинами опорных векторов, дискриминантным анализом и k-ближайшими соседями.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Выработка требований к мультиспектральным данным дистанционного зондирования Земли в задаче экспертизы зарастания пахотных земель древесно-кустарниковой растительностью
стр.146-156
Денисова А.Ю., Егорова А.А., Сергеев В.В., Кавеленова Л.М.
В статье рассматривается вопрос формирования требований к мультиспектральным данным дистанционного зондирования Земли при экспертизе зарастания пахотных земель древесно-кустарниковой растительностью с применением авторской технологии анализа состава растительных сообществ, основанной на суперпиксельной сегментации. Исследование производится по двум наземным контрольно-измерительным площадкам с использованием доступных данных дистанционного зондирования Земли высокого разрешения. В статье
рассматривается влияние пространственного разрешения, комбинаций спектральных каналов, а также сезонов съёмки на качество оценки элементарных классов растительности, составляющих основу растительного сообщества – залежь, по мультиспектральным данным
дистанционного зондирования Земли. В ходе исследований было показано, что для определения древесно-кустарниковой растительности эффективнее использовать данные дистанционного зондирования Земли, полученные в осенний период, а именно во второй половине сентября. Наилучшими спектральными каналами для анализа древесно-кустарниковой растительности на фоне травянистых растительных сообществ оказались красный и синий спектральные каналы, а для разделения на классы различных травянистых растительных
сообществ в составе спектра необходимо наличие ближнего инфракрасного канала. Данные дистанционного зондирования Земли с пространственным разрешением 2,5 м позволяют
устойчиво выделять древесно-кустарниковые растительные сообщества с высокой сомкнутостью крон (90 % и более), но не могут быть использованы для классификации отдельно стоящих экземпляров деревьев. Отдельно стоящие высокие деревья и кустарники (с высотой 8 м) могут быть классифицированы на изображениях с пространственным разрешением 0,8 м, однако увеличение пространственного разрешения не повышает качества классификации. Наивысшая достигнутая с помощью использованной технологии точность определения элементарных классов растительности на исследуемых площадках составила 90 % и 83 %, что показывает высокий потенциал её применения в рассматриваемом виде экспертизы пахотных земель.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Аппаратная реализация свёрточной нейронной сети с использованием вычислений в системе остаточных классов
стр.157-168
Современные архитектуры свёрточных нейронных сетей являются весьма ресурсозатратными, что ограничивает возможности их широкого практического применения. В статье предложена архитектура свёрточной нейронной сети, разделённой на аппаратную и программную части для увеличения производительности вычислений. Для реализации
свёрточного слоя нейронной сети в аппаратной части использована модулярная арифметика с целью сокращения ресурсозатрат. Предложен численный метод квантования коэффициентов фильтров свёрточного слоя сети для минимизации влияния шума квантования на результат вычислений в системе остаточных классов и определения разрядности коэффициентов. Данный метод основан на масштабировании коэффициентов на фиксированное количество бит и округлении к большему и к меньшему. Используемые операции позволяют уменьшить ресурсы при аппаратной реализации за счёт простоты их выполнения. Все вычисления в свёрточном слое сети выполняются над числами в формате с фиксированной точкой. Программное моделирование с использованием Matlab 2017b показало, что свёрточная нейронная сеть с минимальным количеством слоёв может быть быстро и успешно обучена. Аппаратное моделирование с использованием field-programmable gate array Kintex7 xc7k70tfbg484-2 показало, что использование системы остаточных классов в свёрточном слое нейронной сети позволяет снизить аппаратные затраты на 32,6 % по сравнению с традиционным подходом, основанным на двоичной системе счисления. Результаты исследования могут быть применены при создании эффективных систем видео-наблюдения, для распознавания рукописного текста, лиц, объектов и местности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Алгоритм выявления случайных искажений в составе сцены на серии разновременных изображений ДЗЗ одной и той же территории
стр.169-185
Белов А.М., Денисова А.Ю.
Ряд задач обработки разновременных изображений дистанционного зондирования Земли одной и той же территории требует выявления на изображении объектов, не характерных для территории и представляющих собой случайные искажения в составе сцены. К таким искажениям можно отнести облака, тени и другие объекты или результаты воздействия
природных явлений, которые перекрывают часть наблюдаемой сцены или существенно меняют регистрируемую яркость объектов в её составе. Случайный характер искажений проявляется в том, что их наличие, расположение, размеры и форма зависят от времени регистрации изображений, т.е. проявляются не на всех снимках из анализируемой серии. В настоящей статье предлагается алгоритм детектирования искажений в составе сцены по серии разновременных изображений дистанционного зондирования Земли. Алгоритм основан на суперпиксельной сегментации изображений и обнаружении аномалий в многомерных потоках данных. Результатом являются маски случайных искажений в составе сцены для каждого из изображений в серии, что позволяет впоследствии в методах комплексирования данных
учитывать только релевантные для сцены участки каждого из изображений. Предлагаемый подход отличается универсальностью с точки зрения спектрального и пространственного разрешения анализируемых данных дистанционного зондирования Земли и допускает использование изображений с различной спектральной и пространственной дискретизацией в одном наборе. Качество работы алгоритма оценивалось путём моделирования серии разновременных мультиспектральных изображений с различными параметрами спектральной и пространственной дискретизации при различных условиях облачности и теней от облаков в качестве примера случайных искажений в составе сцены. В результате экспериментальных исследований было показано, что при оптимальном подборе параметров алгоритм обеспечивает точность обнаружения порядка 90 % при ошибке ложного обнаружения порядка 10 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Структурно-функциональный анализ и синтез глубоких конволюционных нейронных сетей
стр.186-200
Визильтер Ю.В., Горбацевич В.С., Желтов С.Ю.
Предложен общий поход к структурно-функциональному анализу и синтезу глубоких конволюционных нейронных сетей, который позволяет регулярным образом определить: из каких типовых структурно-функциональных элементов могут строиться конволюционные
нейронные сети; каковы необходимые математические свойства структурно- функциональных элементов; какие комбинации структурно-функциональных элементов являются допустимыми; каковы возможные пути построения и обучения глубоких сетей для анализа и распознавания нерегулярных, неоднородных или сложно структурированных
данных (таких как нерегулярные массивы, данные различного размера и различной природы, деревья, скелеты, графовые структуры, 2D-, 3D- и ND-облака точек, триангулированные поверхности, аналитические описания данных и т.п.). Определён необходимый набор структурно-функциональных элементов. Предложены методики решения задач структурно-функционального анализа и синтеза конволюционных нейронных сетей на основе структурно-функциональных элементов и правил их комбинации.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Системы счисления в модулярных кольцах и их приложения к безошибочным вычислениям
стр.201-211
В статье вводятся и исследуются новые системы параллельной машинной арифметики, связанной с представлением данных в избыточной системе счисления с базисом, формируемым последовательностями степеней корней характеристического полинома рекуррентности второго порядка. Такие системы счисления являются модулярными редукциями обобщений системы счисления Дж. Бергмана с основанием, равным «золотому сечению». Описывается ассоциированная система остаточных классов. В качестве приложения к задачам цифровой обработки сигналов в работе предлагается, в частности, новый «безошибочный» алгоритм вычисления дискретной циклической свёртки. Алгоритм основан на применении
нового класса дискретных ортогональных преобразований, для которых существуют эффективные реализации, не использующие умножений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
