+
Топологическая стабильность оптических вихрей при дифракции на случайном фазовом экране
стр.917-925
Теоретически показано, что распределение средней интенсивности в фокусе сферической линзы Гауссова оптического вихря, рассеянного фазовым случайным экраном (диффузором), имеет вид кольца с отличным от нуля значением на оптической оси. Радиус кольца средней интенсивности зависит как от топологического заряда оптического вихря, так и от рассеивающей силы диффузора. Поэтому по радиусу средней интенсивности нельзя однозначно судить о величине топологического заряда. Однако о величине топологического заряда оптического вихря можно судить по числу сингулярных фазовых точек, которые можно определить датчиком Шака – Гартмана. Показано также, что если использовать линейную комбинацию двух оптических вихрей, то распределение средней интенсивности будет иметь локальные максимумы, число которых равно разности топологических зарядов двух
исходных вихрей. Число этих максимумов уже не будет зависеть от степени рассеяния диффузора и может служить индикатором для идентификации оптического вихря. Моделирование и эксперимент подтверждают теоретические выводы.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Когерентность вихревых псевдобесселевых пучков в турбулентной атмосфере
стр.926-935
Проведено теоретическое исследование когерентных свойств вихревых конических волн, распространяющихся в турбулентной атмосфере. При анализе использовалось аналитическое решение уравнения для поперечной функции взаимной когерентности второго порядка поля оптического излучения. Рассматривались следующие характеристики когерентности вихревых конических волн: степень когерентности, радиус когерентности, среднеквадратичный и интегральный масштабы степени когерентности. Проанализирована зависимость этих характеристик от параметров оптического излучения и турбулентной атмосферы. Отмечается наличие высокой чувствительности среднеквадратичного и интегрального масштабов степени когерентности вихревых конических волн, в отличие от радиуса когерентности этих волн, к влиянию атмосферной турбулентности.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Метод обработки микроизображений для анализа структур ТЛИППС
стр.936-945
В работе описан метод обработки микроизображений лазерно-индуцированных периодических поверхностных структур для количественной оценки их упорядоченности и дефектности. Приведены результаты его применения для анализа микроизображений периодических структур, сформированных на плёнках хрома толщиной 30 нм астигматически сфокусированным Гауссовым пучком фемтосекундного лазера. Получены зависимости относительной площади модифицированной этим пучком области, площади дефектов, а также упорядоченности периодических структур от скорости сканирования и мощности записывающего пучка.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Расчет дифракционной линзы с фиксированным положением фокуса при нескольких заданных длинах волн
стр.946-955
Предложен метод расчета «спектральной» дифракционной линзы, обеспечивающей сохранение положения фокуса при нескольких различных длинах волн. Метод основан на минимизации функции, характеризующей отклонение комплексных функций пропускания
спектральной линзы для заданных длин волн от функций комплексного пропускания дифракционных линз, рассчитанных отдельно для каждой из заданных длин волн. В качестве примера рассчитаны спектральные дифракционные линзы для трех и семи длин волн. Результаты моделирования работы рассчитанных линз подтверждают хорошую работоспособность предложенного метода.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Цветовые модели представления полихроматических интерференционных изображений тонких слоистых объектов в оптической микроскопии
стр.956-967
Рассматриваются алгоритмы анализа полихроматической интерференционной картины изображения тонких слоистых объектов в оптической микроскопии для измерения оптических толщин слоев. Обсуждается метод измерения оптических толщин слоев, основанный на сравнении цветов исследуемого интерференционного изображения и численно моделируемого. Рассматривается математическая модель, используемая для расчета и моделирования интерференционной картины, и алгоритмы обработки исследуемого интерференционного изображения. Приведен алгоритм сравнения цветов в рамках цветовой модели RGB, и показаны недостатки этой модели. Показана возможность использования
цветовой модели Lab, и описаны алгоритмы сравнения цветов интерференционных изображений в этой цветовой модели. Приведены результаты применения разработанных алгоритмов для измерения оптических толщин эритроцитов в сухом мазке крови. Проведена
оценка погрешности и стабильности разработанного алгоритма.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Задача двух рефлекторов, формирующих световой пучок с плоским волновым фронтом из точечного источника, как задача перемещения масс
стр.968-975
В статье рассматривается задача расчета оптического элемента из двух отражающих поверхностей, формирующего заданное распределение освещенности с плоским фронтом, при условии точечного источника света. Формулируется понятие слабого решения для данной задачи, а также устанавливается эквивалентность данной задачи и задачи перемещения масс Монжа–Канторовича с некоторой функцией стоимости.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Properties of nematic LC planar and smoothly-irregular waveguide structures: research in the experiment and using computer modeling.
стр.976-982
Egorov A.A, Sevastyanov L.A, Shigorin V.D, Ayriyan A.A, Ayriyan E.A.
Nematic liquid crystal planar and smoothly-irregular waveguide structures were studied experimentally and by the computer modeling. Two types of optical smoothly-irregular waveguide structures promising for application in telecommunications and control systems are studied by numerical simulation: liquid crystal waveguides and thin film solid generalized waveguide Luneburg lens. Study of the behavior of these waveguide structures where liquid crystal layer can be used to control the properties of the entire device, of course, promising, especially since such devices are also able to perform various sensory functions when changing some external parameters, accompanied by a change in a number of their properties. It can be of interest to researchers not
only in the field of the integrated optics but also in some others areas: nano-photonics, optofluidics, telecommunications, and control systems. The dependences of the attenuation coefficient (optical losses) of waveguide modes and the effective sizes (correlation radii) of quasi-stationary irregularities of the liquid-crystal layers on the linear laser radiation polarization and on the presence
of pulse-periodic electric field were experimentally observed. An estimate was made of the correlation radii of liquid-crystal waveguide quasi-stationary irregularities. The obtained results are undoubtedly important for further research of waveguide liquid crystal layers, both from the theoretical point of view, and practical – in the organization and carrying out new experimental researches, for example, when developing promising integrated-optical LC sensors.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Конвертирование вихревых пучков оптического диапазона в радиодиапазон на основе нелинейной генерации разностной частоты
стр.983-991
В рамках модифицированной модели медленно меняющихся амплитуд рассмотрен процесс конвертирования вихревых пучков оптического диапазона в вихревые пучки терагерцового радиодиапазона на основе нелинейной генерации разностной частоты в среде с восприимчивостью второго порядка. Дано теоретическое обоснование закона конвертирования топологических зарядов вихревых пучков – топологический заряд выходного радиовихревого пучка равен разности топологических зарядов входных оптических вихревых пучков. Реализована компьютерная имитационная модель рассматриваемых процессов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Возможность генерации терагерцовых и инфракрасных поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на цилиндрических проводниках с помощью дифракционных оптических элементов
стр.992-1000
Рассмотрены три оптические системы, использующие дифракционные оптические элементы для генерации поверхностных плазмон-поляритонов с орбитальным угловым моментом на осесимметричных проводниках. Во всех трех системах падающее излучение сначала преобразуется бинарными спиральными фазовыми аксиконами в совокупность сходящихся к оптической оси плоских волн. В зоне пересечения этих волн формируется «закрученный» Бесселев пучок. Подогнав диаметр первого кольца Бесселева пучка к диаметру цилиндрического проводника, можно генерировать вращающийся поверхностный плазмон-поляритон
методом дифракции на краю ("end-fire coupling"). Использование дополнительной линзы позволяет преобразовать возбуждающий поверхностный плазмон-поляритон Бесселев пучок в закрученный кольцевой пучок, диаметр которого не зависит от топологического заря-
да пучка. В третьей схеме сходящиеся плоские волны «перехватываются» цилиндрической металлической дифракционной реш?ткой, формирующей закрученные поверхностные плазмон-поляритоны на присоединенном к решетке цилиндрическом проводнике. Приведены примеры возможного использования предлагаемых систем в экспериментах на терагерцовом лазере на свободных электронах.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
A novel switching bilateral filtering algorithm for depth map
стр.1001-1007
Ruchay A.N, Dorofeev K.A, Kalschikov V.V.
In this paper, we propose a novel switching bilateral filter for depth map from a RGB-D sensor. The switching method works as follows: the bilateral filter is applied not at all pixels of the depth map, but only in those where noise and holes are possible, that is, at the boundaries and sharp changes. With the help of computer simulation we show that the proposed algorithm can effectively and fast process a depth map. The presented results show an improvement in the accuracy of 3D object reconstruction using the proposed depth filtering. The performance of the proposed algorithm is compared in terms of the accuracy of 3D object reconstruction and speed with that of common successful depth filtering algorithms.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Совместная реконструкция и сегментация изображений: сравнение двух алгоритмов малоракурсной томографии
стр.1008-1020
В статье сравниваются два алгоритма малоракурсной томографии: итерационный алгоритм минимизации функционала Поттса и алгебраический алгоритм реконструкции с TV- регуляризацией и адаптивной сегментацией. Оба алгоритма ориентированы на восстановление кусочно-постоянных структур, используют теорию опознавания со сжатием и совмещают процедуры реконструкции и сегментации изображений. На уровне численного эксперимента показано, что каждый из алгоритмов способен точно восстанавливать фантом
Шеппа–Логана всего по 7 ракурсам. Когда же речь идет о восстановлении объекта, имеющего сложную высокочастотную структуру (QR-кода), минимальное число ракурсов, необходимое для точной реконструкции, возрастает до 17–21 в случае алгоритма реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией и до 32–34 в случае итерационного алгоритма минимизации функционала Поттса. Показано, что разработанный авторами статьи алгоритм реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией имеет некоторое
преимущество над итерационным алгоритмом минимизации функционала Поттса по таким критериям, как точность и скорость реконструкции, а также устойчивость к шуму проекционных данных. Отмечено, что алгоритм реконструкции с TV-регуляризацией и адаптивной сегментацией имеет хороший потенциал для дальнейшего совершенствования.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Алгоритм совмещения пространственных объектов разномасштабных карт на основе топологического анализа данных
стр.1021-1029
В статье рассматривается проблема автоматического совмещения пространственных объектов на разномасштабных картах одной и той же местности. Для решения поставленной задачи предлагается использовать методы топологического анализа данных. Исходными данными алгоритма являются пространственные объекты, которые могут быть получены
с карт разных масштабов и подвержены искажениям. Персистентная гомология позволяет идентифицировать общую структуру таких объектов в виде топологических особенностей. Основными топологическими особенностями в исследовании являются компоненты связности и пустоты объектов. В работе приводится математическое описание метода персистентной гомологии для представления пространственных объектов. Приводится определение баркода для пространственных данных, который содержит описание объекта в виде топологических признаков. Разработан алгоритм сравнения баркодов пространственных данных, который позволяет найти общую структуру объектов. Алгоритм базируется на анализе данных из баркода. Введ?н показатель схожести объектов по топологическим признакам. Показаны результаты исследований работы алгоритма. Проведенные эксперименты подтвердили высокое качество предложенного алгоритма. Процент схожести при сопоставлении природных объектов с уч?том масштаба и деформации получился в пределах от 85 до 92, а для муниципальных при наличии растяжений и искажений частей объектов – от 74 до 87. Отражены преимущества предложенного подхода с аналогами при совмещении объектов, которые
подвержены значительной деформации при масштабировании, а также при искажениях.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Ретуширование и восстановление отсутствующих частей изображений с помощью итерационного вычисления их спектров
стр.1030-1040
В представленной работе проводится сравнительный анализ нескольких методов, используемых в задачах заполнения лакун на изображениях: интерполяция кубическим сплайном, нейронная сеть и метод интерполяции последовательно вычисляемого спектра Фурье. Методы тестируются на глобальной карте поля интегрального паросодержания атмосферы. Показано, что предлагаемый нами метод интерполяции последовательно вычисляемого спектра Фурье является вполне конкурентоспособным по сравнению с альтернативными методами,
особенно в случаях отсутствия априорной информации о характере потерянных данных. Предлагаемый нами метод цифровой виртуальной реконструкции изображений использует в качестве исходных все данные, которые есть в наличии. Представленные результаты свидетельствуют о существенном повышении качества цифровых изображений при использовании метода интерполяции последовательно вычисляемого спектра Фурье.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Реконструкция функций и цифровых изображений по их знаковым представлениям
стр.1041-1052
В работе рассматриваются вопросы реконструкции неявно заданных функций или цифровых изображений. Функции задаются с использованием наблюдений, каждое из которых представляет собой результат парного сравнения значений функции для двух случайных аргументов. Представлен анализ современного состояния исследований для частных постановок указанной проблемы: метода парных сравнений, используемого при принятии решений в случае конечного множества альтернатив; реконструкции предпочтений пользователей в многокритериальных задачах анализа; знаковых представлений изображений, используемых в качестве аппарата описания и анализа цифровых изображений. Предлагается унифицированный подход к реконструкции функций и изображений по их знаковым представлениям, основанный на переходе в пространство высокой размерности и построения линейного (для случая реконструкции функции и изображений) или нелинейного (в т.ч. непараметрического) классификатора (для реконструкции предпочтений). Для ряда алгоритмов классификации проведены экспериментальные исследования по оценке эффективности предложенного подхода на примере задачи реконструкции функции полезности в теории принятия решений и реконструкции функции яркости реальных изображений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Подход к восстановлению геомагнитных данных путем сопоставления суточных фрагментов временного ряда с равной геомагнитной активностью
стр.1053-1063
Мониторинг параметров геомагнитного поля и его вариаций осуществляется главным образом с помощью наземных магнитных обсерваторий и вариационных станций. Однако несовершенство применяемой аппаратуры и задействованных каналов связи обусловливает наличие пропусков во временных рядах геомагнитных данных, что, наряду с пространственной анизотропией источников данных, создает значимые препятствия на пути их автоматизированной обработки. При этом известные методы импутации пропусков во временных рядах обеспечивают среднеквадратическую ошибку восстановления, существенно превышающую уровень, принятый для такого рода геофизических наблюдений. В настоящей работе предложен метод восстановления геомагнитных данных, основанный на статистических методах обработки временных рядов и принципах машинного обучения с использованием размеченных данных. Его отличительной особенностью является то, что признаковым описанием фрагмента временного ряда выступает пара предшествующего и следующего за ним фрагментов того же ряда, в совокупности образующих обучающую выборку для поиска недостающего фрагмента по набору его признаков с последующим линейным масштабированием для восстановления исходного тренда информационного сигнала. Приводятся оценки параметров временных рядов геомагнитных данных, при которых возможно применение предложенного метода для восстановления как суточных вариаций, так и
фрагментов длительностью в несколько минут.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Алгоритм выделения интенсивных аномальных изменений во временном ходе параметров ионосферы
стр.1064-1071
В работе представлена модифицированная многокомпонентная модель временного ряда параметров ионосферы. Модель описывает регулярные вариации и аномальные изменения разномасштабной структуры, характеризующие возникновение ионосферных неоднородностей. Идентификация компонент модели основана на совместном применении вейвлетпреобразования и моделей авторегрессии проинтегрированного скользящего среднего. На основе предложенной модели разработан алгоритм анализа ионосферных параметров, позволяющий в оперативном режиме выделять интенсивные ионосферные аномалии, характеризующие возникновение сильных ионосферных бурь. Представлены результаты
апробации алгоритма, выполненные на примере обработки и анализа часовых и 15- минутных данных критической частоты ионосферы (foF2) в периоды магнитных бурь, произошедших в 2015–2017 гг. Выполненные оценки показали эффективность алгоритма и возможность его применения в задачах прогноза космической погоды.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Фибоначчи, трибоначчи, ..., гексаначчи и параллельная безошибочная машинная арифметика
стр.1071-1078
В работе предлагается новый метод синтеза систем машинной арифметики для «безошибочных» параллельных вычислений. Отличием предлагаемого подхода от вычислений в традиционных системах остаточных классов в прямой сумме модулярных колец является
параллелизация вычислений в конечных редукциях неквадратичных глобальных полей, элементы которых представлены в системах счисления порожденными последовательностями степеней корней характеристического полинома для последовательности n-Фибоначчи.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Optical elements based on silicon photonics.
стр.1079-1083
Butt M.A, Khonina S.N, Kazanskiy N.L.
Silicon photonics is gaining substantial impulse because it permits optical devices to be realized inexpensively using standard semiconductor fabrication techniques and integrated with microelectronic chips. In this paper, we designed few optical elements such as optical power splitter, polarization beam splitter and Bragg grating based on silicon platform simulated using finite element method.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Способ формирования вихревого поля СВЧ-диапазона
стр.1084-1087
Предложена структура в виде неоднородности на торце круглого волновода, предназначенная для формирования вихревого поля СВЧ-диапазона. Проводится построение ее численной модели. Проведенные численные эксперименты подтверждают возможность формирования вихревого поля СВЧ-диапазона на предложенной структуре. В работе также выбран наиболее целесообразный материал для изготовления неоднородности на торце круглого волновода.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследование устойчивости алгоритма восстановления фазы к отсутствующей информации в центре детектора в случае когерентного рассеяния на упорядоченной структуре
стр.1088-1092
Гибридный алгоритм ввода-вывода – численный метод восстановления фазы, позволяющий решать задачи когерентной рентгеновской дифракционной микроскопии для получения изображения микро- и нанообъектов в реальном пространстве из картины дифракции рентгеновских лучей без использования фокусирующей оптики. В данной работе исследована применимость данного алгоритма для случая отсутствующей информации в центре дифракционной картины, что является частой проблемой в задачах малоуглового рассеяния. Мы рассмотрели частный случай рассеяния от упорядоченной структуры и провели качественное и количественное описание восстановления изображения при расширении области затенения детектора. Было показано, что с увеличением числа затененных пикселей разрешение восстановленной картины уменьшается, точные позиции дефектов в упорядоченной структуре и форма частиц могут быть искажены или утеряны.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Исследование влияния параметров амплитудных спиральных зонных пластинок на формируемый обратный поток энергии
стр.1093-1097
С помощью численного моделирования методом конечных разностей во временной области исследовано влияние параметров амплитудных спиральных зонных пластинок из серебра, золота, алюминия и хрома на продольную компоненту вектора Умова–Поинтинга в формируемых ими оптических вихрях. Показано, что алюминиевая спиральная зонная пластинка с высотой рельефа 50 нм да?т наименьшее значение продольной компоненты вектора Умова–Поинтинга на оптической оси. При этом спиральная зонная пластинка из золота является наименее эффективной для формирования вихревых пучков с обратным потоком энергии.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Плотность спинового углового момента в остром фокусе светового поля с фазовой и поляризационной сингулярностями
стр.1098-1102
Для светового поля, в центре которого имеются одновременно фазовая и поляризационная сингулярности, получены выражения для распределения плотности спинового углового момента в окрестности острого фокуса апланатической системы. Полученные выражения включают
радиальную, азимутальную и продольную составляющие спинового углового момента. В качестве частных случаев рассмотрена фокусировка оптических вихрей с радиальной, азимутальной и седловой поляризацией. На примере узкого кольцевого пучка показано, что в фокальной плоскости имеются области, где отсутствует продольная составляющая спинового углового момента (как у фотонного колеса) или она на порядок меньше поперечной составляющей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
Управление поперечно-модовой и поляризационной структурой терагерцовых когерентных пучков
стр.1103-1108
Исследована возможность формирования многомодовых когерентных пучков терагерцового диапазона с заданным поперечно-модовым составом, а также терагерцовых векторно-поляризованных пучков с помощью комбинаций элементов кремниевой дифракционной
оптики, формирующих одномодовые пучки из освещающего пучка терагерцового лазера на свободных электронах.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
