+
ПЕРЕСТРОЙКА УСТОЙЧИВЫХ СОСТОЯНИЙ СПИРАЛЬНЫХ ВИХРЕВЫХ ПУЧКОВ
стр.5-15
Воляр А.В., Абрамочкин Е.Г., Акимова Я.Е., Брецько М.В.
Используя асимптотический подход и эксперимент, подкрепленный компьютерным моделированием, мы проанализировали процессы восстановления структурной устойчивости и переходы в новые устойчивые состояния спиральных вихревых пучков, подверженных возмущениям фигурными апертурами. На примере тетрагонального пучка мы рассмотрели три сценария возмущения: 1) асимметричное возмущение, когда непрозрачный экран перекрывает каустику только с одной стороны квадрата, 2) симметричное возмущение, когда фигурная апертура перекрывает весь пучок за исключением узкой области каустики и 3) симметричное возмущение, когда фигурная апертура экранирует только узкую область каустики, не затрагивая остальной пучок. В то же время асимптотический расчет проводился для всех типов многоугольных пучков. Было показано, что если фигурная апертура не разрушает область каустики спирального пучка, то он способен восстановить свою прежнюю форму в дальней зоне дифракции. Если же возмущение даже локально разрушает часть каустики, то возмущенный пучок переходит в новое устойчивое состояние через цепочки рождения и уничтожения оптических вихрей (дислокационные реакции).
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СИНУСОИДАЛЬНЫЙ ГАУССОВ ОПТИЧЕСКИЙ ВИХРЬ КАК СУПЕРПОЗИЦИЯ ДВУХ ГИПЕРГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПУЧКОВ
стр.16-21
Котляр В.В., Ковалев А.А.
Рассмотрены гипергеометрические пучки с параболическим волновым фронтом в начальной плоскости, распространяющиеся в однородной среде. Хотя гипергеометрические пучки имеют особенность в центре начальной плоскости и бесконечную энергию, суперпозиция двух таких пучков уже не имеет особенности и имеет конечную энергию. Детально рассмотрен частный случай такой суперпозиции - синусоидальный Гауссов пучок с единичным топологическим зарядом. Этот пучок относится к типу элегантных лазерных пучков, так как и в начальной плоскости, и в зоне дифракции Френеля описывается одной и той же функцией с комплексным аргументом. Диаметр первого светового кольца у синусоидального Гауссова пучка почти не зависит от радиуса перетяжки Гауссова пучка.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ОРБИТАЛЬНОГО УГЛОВОГО МОМЕНТА ПУЧКА РАДИОВОЛНЫ НА ОСНОВЕ КОЛИЧЕСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАДИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
стр.22-29
На данный момент в связи с дефицитом радиочастотного спектра возникает необходимость в развитии технологий, позволяющих использовать этот спектр эффективнее. Одна из таких технологий предполагает применение радиоволн с орбитальным угловым моментом. В данной работе предложен новый количественный метод определения числа одиночных состояний пучка несущего орбитального углового момента, основанный на анализе S21 параметра системы. Это позволяет приемному устройству быть настроенным на прием лучей с определенным состоянием орбитального углового момента. Радиоволны, несущие орбитальный угловой момент, имеют частоту 80 ГГц. В качестве передающей антенны был применен пирамидальный рупор, радиоволну от которого закручивала спиральная фазовая пластина. Приемные антенны, расположенные в матрице, представляли из себя диполи. Исследованы ограничения данного метода. Работа представляет собой эксперимент на компьютерной модели.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
GENERATION OF LINEARLY POLARIZED MODES USING A DIGITAL MICROMIRROR DEVICE AND PHASE OPTIMIZATION
стр.30-38
Correa-Rojas N.A., Gallego-Ruiz R.D., Álvarez-Castaño M.I.
Linearly polarized modes were generated from the fundamental LP01 using Lee holograms displayed on a digital micromirror device. The phase in the holograms was optimized using simulated annealing algorithm and complex amplitude correlation to improve the quality of the converted modes. The correlation measurements, and comparisons between numerical and experimental results, show the fidelity of the obtained modes and the effectiveness of the optimization. Furthermore, the optimized holograms can be combined to generate multiple modes spatially addressed with individual control. The results, and the use of a digital micromirror device instead of the most common liquid crystal modulators, make this method suitable for Modal Division Multiplexing systems and compatible with other optical telecommunication techniques like Wavelength and Polarization Division multiplexing, and reconfigurable optical networks.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СОЗДАНИЕ И ФОКУСИРОВКА ВЕКТОРНОГО ПУЧКА ВТОРОГО ПОРЯДКА С ПОМОЩЬЮ СУБВОЛНОВОГО ОПТИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА
стр.39-47
Дегтярёв С.А., САВЕЛЬЕВ Д.А.
В данной статье предложен вид субволновых аксиконов для создания и фокусировки векторных цилиндрических пучков второго порядка. При этом показано, что с помощью предложенных субволновых аксиконов можно создавать фокусные пятна с обратным потоком энергии. С помощью программы Comsol Multiphysics проведено моделирование работы субволновых аксиконов с различным углом закрутки. Показано различие получаемых распределений плотности потока мощности при различных углах закрутки спирали аксикона.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
КАЧЕСТВО ОБРАЩЕНИЯ ВОЛНОВОГО ФРОНТА ПРИ ЧЕТЫРЕХВОЛНОВОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ В МНОГОМОДОВОМ ВОЛНОВОДЕ С ТЕПЛОВОЙ НЕЛИНЕЙНОСТЬЮ
стр.48-55
Ивахник В.В., Капизов Д.Р., Никонов В.И.
Для четырехволнового преобразователя излучения в двумерном многомодовом волноводе с тепловой нелинейностью при малом коэффициенте отражения проанализировано влияние пространственной структуры волн накачки на качество обращения волнового фронта. Показано, что полуширина модуля функции размытия точки четырехволнового преобразователя излучения по мере уменьшения радиуса Гауссовых волн накачки на гранях волновода уменьшается, наблюдается улучшение качества обращения волнового фронта. Для четырехволнового преобразователя излучения в двумерном волноводе с бесконечно проводящими поверхностями показано наличие точек «генерации», вблизи которых наблюдается резкое увеличение амплитуды объектной волны, вид которой полностью определяется одной из мод волновода.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ КОСМИЧЕСКОГО ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА, ОСНОВАННОГО НА СХЕМЕ ОФФНЕРА, В ПРИБЛИЖЕНИИ ВОЛНОВОЙ ОПТИКИ
стр.56-64
Расторгуев А.А., Харитонов С.И., Казанский Н.Л.
В приближении скалярной теории дифракции разработан метод расчёта функции рассеяния точки гиперспектрометра по схеме Оффнера с дифракционной решёткой. Метод последовательно учитывает ограничения и дифракцию светового пучка на элементах системы гиперспектрометра в соответствии с физикой формирования изображения. В работе рассматривается моделирование функции рассеяния точки гиперспектрометра при различных параметрах пучка и длинах волн. Результаты моделирования проверены с использованием аналитических соотношений, геометрооптического расчёта, а также сравнения с работами других исследователей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПОВЫШЕНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАЗРЕШЕНИЯ СИГНАЛОВ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
стр.65-70
Гужов В.И., Марченко И.О., Трубилина Е.Е.
Восстановление сигнала в промежутках между дискретными значениями играет огромную роль при решении задачи пространственного сверхразрешения в оптической микроскопии и цифровой голографии. В статье рассмотрен вопрос восстановления высокоразрешающих элементов изображений по некоторому числу сдвинутых на субпиксельную величину растров. Числовые значения отсчетов изображения получаются путем пространственного интегрирования по некоторой конечной площадке регулярных растров. Повышение пространственного разрешения осуществляется с помощью аналитического выражения для спектра дискретных сигналов, полученного с использованием аппарата обобщенных функций. В отличие от идеальной дискретизации спектр функции дополняется множителем, вид которого зависит от вида апертуры. Для получения высокоразрешающих элементов изображения необходимо разделить Фурье-спектр дискретизированного изображения на множитель, зависящий от выбранной апертуры. Спектр апертуры обычно известная функция, поэтому если известен спектр изображения, полученного усреднением с некоторой апертурой, то можно получить и спектр исходного изображения. Используются апертуры различных форм, например, эллиптические, ромбовидные, гексагональные, но наиболее часто используются апертуры прямоугольной формы. В статье приведены результаты моделирования для прямоугольной апертуры, но при замене, например, на набор регулярных апертур в виде круга выражение будет верно и для регулярных круговых растров. Аналитическое выражение для спектра изображения может быть использовано для восстановления спектра исходного изображения. Получив от него обратное Фурье-преобразование, можно получить исходное изображение. При повышении пространственного разрешения появляется возможность проводить исследования методами цифровой голографии объемных диффузных объектов с качеством аналоговой (при регистрации на фотографические среды) голографии и создания оптических систем сверхразрешения на базе оптических микроскопов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОДИКА ПЕРВИЧНОЙ ЮСТИРОВКИ КАНАЛЬНОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛНОВОДА И ВОЛОКОННОЙ ЛИНЗЫ С ПОМОЩЬЮ СИСТЕМЫ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ
стр.71-82
Карнаушкин П.В., Скляренко М.С.
Работа посвящена разработке методики первичной юстировки волоконной линзы и канального волновода фотонной интегральной схемы с использованием методов компьютерного зрения. Описана конструкция и основные узлы системы технического зрения с освещением юстируемых объектов в отраженном свете. Методика включает поиск пространственного положения торца фотонной интегральной схемы, зафиксированной под углом 90 ± 1° к горизонтальной оси кадра, поиск координат кончика и угла волоконной линзы и последующую корректировку положения волоконной линзы с помощью системы манипуляторов. Представлены метод поиска и отбора единственной линии, соответствующей торцу фотонной интегральной схемы, с помощью преобразования Хафа; способы группировки разрывных контуров волоконной линзы и поиска истинного контура на основе априорной информации о геометрии линзы; варианты подавления шумов и учета различных дефектов на изображениях. Экспериментально показано, что погрешность определения угла волоконной линзы зависит от расстояния между линзой и торцом фотонной интегральной схемы. Установлено, что представленная методика позволяет определять продольное и угловое смещения между волоконной линзой и торцом фотонной интегральной схемы с абсолютными значениями погрешностей < 4 мкм и < 0,05° соответственно.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АВТОМАТИЗАЦИЯ СИНТЕЗА И РАНЖИРОВАНИЕ СКЛЕЕННОГО И РАСКЛЕЕННОГО ДВУХЛИНЗОВЫХ ОБЪЕКТИВОВ
стр.83-89
Нгуен З.Х., Бахолдин А.В.
В работе представлен алгоритм синтеза склеенного и расклеенного двухлинзовых объективов. Представлено описание программы синтеза двухлинзовых объективов из материалов задаваемого пользователем каталога. Рассмотрена специфика автоматизации синтеза таких объективов. Предложен подход к ранжированию рассчитанных вариантов двухлинзовых систем по критерию предварительной оценки, определяемому через основные параметры в рамках теории аберраций третьего порядка. Разработанная программа поможет инженеру-оптику быстро рассчитать склеенные и расклеенные двухлинзовые объективы с требуемыми характеристиками.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
КЛАССИФИКАЦИЯ КОСМОСНИМКОВ SENTINEL-2 БАЙКАЛЬСКОЙ ПРИРОДНОЙ ТЕРРИТОРИИ
стр.90-96
Бычков И.В., Ружников Г.М., Федоров Р.К., Попова А.К., Авраменко Ю.В.
В работе рассматривается задача классификации мультиспектральных космоснимков Sentinel-2 при организации экологического мониторинга Байкальской природной территории. Специфика территории потребовала создания нового набора из 12 классов, который учитывает актуальные проблемы и сформирован таким образом, что площади, соответствующие этим классам, полностью покрывают исследуемую территорию. Обучающая выборка сформирована с помощью Web-интерфейса на основе космоснимков Sentinel-2 и полевых исследований. Классификация космоснимков проводилась с использованием алгоритмов RandomForest и нейронной сети ResNet50. Точность расчетов показала, что результаты классификации могут применяться для решения актуальных задач Байкальской природной территории, в частности, для анализа изменений лесного фонда, оценки влияния изменений климата на ландшафт, анализа динамики застройки, инвентаризации сельхозугодий и т.д.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОБНАРУЖЕНИЕ СВЕТОВОЗВРАЩАЮЩИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ПОИСКА ПРОСТРАНСТВЕННЫХ АНОМАЛИЙ
стр.97-102
Борзов С.М., Потатуркин О.И., Узилов С.Б.
Данная работа посвящена исследованию методов обнаружения световозвращающих объектов, в т.ч. оптических и оптико-электронных приборов наблюдения, на основе поиска пространственных аномалий в изображениях, сформированных в системах лазерной импульсной локации. Разработаны алгоритмы и программно-аппаратные средства обнаружения световозвращающих объектов. При этом особое внимание уделено различным способам формирования разностных кадров при периодической подсветке, в т.ч. с предварительным замещением каждого пикселя фоновых изображений на максимальное значение по соответствующей окрестности. Продемонстрирована эффективность предложенных методов для обнаружения световозвращающих объектов в условиях интенсивного солнечного освещения, несмотря на наличие в поле зрения зеркальных и диффузных отражающих поверхностей.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПОЛУХРУПКИЕ ВОДЯНЫЕ ЗНАКИ ДЛЯ АУТЕНТИФИКАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ВОССТАНОВЛЕНИЯ, АДАПТИРОВАННЫЕ К HGI-КОМПРЕССИИ
стр.103-112
Баврина А.Ю., Федосеев В.А.
В статье предлагается новая полухрупкая система встраивания цифровых водяных знаков для защиты изображений, обладающая возможностью локализации несанкционированных искажений и восстановления искаженных фрагментов изображения. Система адаптирована к методу компрессии HGI и, подобно ему, использует иерархическую структуру изображения при встраивании информации. Отличие заключается в замене этапа квантования постинтерполяционных остатков, присутствующего в HGI, специальным квантователем, основанным на методе Quantization Index Modulation. В результате встроенный водяной знак становится устойчивым к компрессии HGI вплоть до заданного пользователем уровня искажений, вносимых при сжатии. Проведенные эксперименты демонстрируют необходимость выбора баланса между качеством защищенного изображения и точностью локализации возможных изменений. Помимо отыскания маски искажённых областей, предлагаемая система позволяет восстанавливать искажённые фрагменты с приемлемым качеством за счёт встраивания данных исходного изображения в качестве водяного знака на других иерархических уровнях. Разработанная система может использоваться для защиты изображений дистанционного зондирования и медицинских изображений от злонамеренных искажений.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
WESCORE: QUALITY ASSESSMENT METHOD OF MULTICHANNEL IMAGE VISUALIZATION WITH REGARD TO ANGULAR RESOLUTION
стр.113-120
This work considers the problem of quality assessment of multichannel image visualization methods. One approach to such an assessment, the Escore quality measure, is studied. This measure, initially proposed for decolorization methods evaluation, can be generalized for the assessment of hyperspectral image visualization methods. It is shown that Escore does not account for the loss of local contrast at the supra-pixel scale. The sensitivity to the latter in humans depends on the observation conditions, so we propose a modified wEscore measure which includes the parameters allowing for the adjustment of the local contrast scale based on the angular resolution of the images. We also describe the adjustment of wEscore parameters for the evaluation of known decolorization algorithms applied to the images from the COLOR250 and the Cadik datasets with given observational conditions. When ranking the results of these algorithms and comparing it to the ranking based on human perception, wEscore turned out to be more accurate than Escore.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СПОСОБ ОЦЕНКИ ЧЕТКОСТИ ФОТОРЕАЛИСТИЧНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ С ВЫСОКИМ РАЗРЕШЕНИЕМ
стр.121-129
В статье предлагается способ оценки четкости фотореалистичных изображений, основанный на сравнении коэффициента детальности оригинального и искаженного изображений. В алгоритме идентификации мелких структур оригинального изображения используются операции сегментации активных пикселей, к которым относятся точечные объекты, тонкие линии и фрагменты текстуры. Количество активных пикселей оценивается значением коэффициента детальности, которое определяется отношением активных пикселей к общему количеству пикселей изображения. Этот же алгоритм используется для вычисления значения коэффициента детальности искаженного изображения, и далее оценивается снижение четкости с помощью сравнения полученных значений. К особенностям способа относится то, что идентификация мелких структур и сегментация активных пикселей выполняется в нормированной системе N-CIELAB.Также в алгоритме учитывается влияние ложных микроструктур на результаты оценки реставрированного изображения. Рассматриваются особенности построения нейронных сетей SRCNN в задачах качественного повышения разрешения изображения с восстановлением мелких структур. Приводятся результаты анализа качества увеличенных изображений по традиционным метрикам PSNR и SSIM, а также по предлагаемому способу.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АЛГОРИТМЫ ПОСТРОЕНИЯ МНОГОКАДРОВОГО СВЕРХРАЗРЕШЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЙ В УСЛОВИЯХ АППЛИКАТИВНЫХ ПОМЕХ НА ОСНОВЕ ГЛУБОКИХ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
стр.130-138
Рассматриваются алгоритмы построения многокадрового сверхразрешения, позволяющие восстанавливать изображения с высоким разрешением за счет накопления последовательности изображений с низким разрешением в условиях аппликативных помех. Воздействие аппликативных помех проявляется в появлении локальных участков аномальных наблюдений на каждом изображении и также является фактором понижения разрешения. Решению данной задачи до настоящего времени уделялось недостаточно внимания, при этом перспективным подходом для обработки изображений, включая построение многокадрового сверхразрешения, является использование глубоких нейронных сетей. В работе рассмотрены существующие подходы к решению данной задачи и предложен новый подход, основанный на использовании нескольких свёрточных нейронных сетей. Особенностью рассматриваемого подхода и реализуемых на его основе алгоритмов является выполнение итеративной обработки входной последовательности изображений с низким разрешением с применением нейронных сетей на разных этапах обработки, включая регистрацию изображений низкого разрешения, сегментацию и выявление участков, пораженных аппликативными помехами, а также преобразования, направленные непосредственно на повышение разрешения. Данный подход позволяет комбинировать сильные стороны существующих аналогов и устранить их основные недостатки, связанные с необходимостью использования приближенных математических моделей данных, которые требуются для синтеза алгоритмов обработки изображений в рамках статистической теории решений. Для обновления текущей оценки изображения высокого разрешения предложена специальная свёрточная нейронная сеть, организованная в виде направленного ациклического графа. Проведены экспериментальные исследования, показавшие работоспособность предложенного алгоритма и его преимущество по точности восстановления изображения с высоким разрешением по сравнению с альтернативными вариантами решения задачи.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОБНАРУЖЕНИЕ ОБЪЕКТОВ НА ИЗОБРАЖЕНИИ: ОТ КРИТЕРИЕВ БАЙЕСА И НЕЙМАНА-ПИРСОНА К ДЕТЕКТОРАМ НА БАЗЕ НЕЙРОННЫХ СЕТЕЙ
стр.139-159
Андриянов Н.А., Дементьев В.Е., Ташлинский А.Г.
Актуальность задач обнаружения и распознавания объектов на изображениях и их последовательностях с годами только возрастает. За последние несколько десятилетий предложено огромное количество подходов и методов обнаружения как аномалий, то есть областей изображения, характеристики которых отличаются от прогнозных, так и объектов интереса, о свойствах которых есть априорная информация, вплоть до библиотеки эталонов. В работе предпринята попытка системного анализа тенденций развития подходов и методов обнаружения, причин этого развития, а также метрик, предназначенных для оценки качества и достоверности обнаружения объектов. Рассмотрено обнаружение на основе математических моделей изображений. При этом особое внимание уделено подходам на основе моделей случайных полей и отношения правдоподобия. Проанализировано развитие сверточных нейронный сетей, направленных на задачи распознавания и обнаружения, включая ряд предобученных архитектур, обеспечивающих высокую эффективность при решении данной задачи. В них для обучения используются уже не математические модели, а библиотеки реальных снимков. Среди характеристик оценки качества обнаружения рассмотрены вероятности ошибок первого и второго рода, точность и полнота обнаружения, пересечение по объединению, интерполированная средняя точность. Также представлены типовые тесты, которые применяются для сравнения различных нейросетевых алгоритмов.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ПОВЫШЕНИЕ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ НЕЙРОСЕТЕВЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ NVDLA НА ПЛИС
стр.160-166
Носкова Е.С., Захаров И.Е., Шкандыбин Ю.Н., Рыкованов С.Г.
На сегодняшний день актуальна проблема создания высокопроизводительных и энергоэффективных аппаратных платформ для решения задач искусственного интеллекта. Популярным решением этой проблемы является использование ускорителей глубокого обучения для запуска нейросетей, таких как графические процессорные устройства и тензорные процессорные устройства. Компания NVIDIA предлагает программный комплекс NVDLA, позволяющий конструировать нейросетевые ускорители на базе открытого исходного кода. Данная статья описывает полный цикл создания прототипа ускорителя NVDLA на ПЛИС, а также тестирование полученного решения путем запуска на нем нейронной сети resnet-50. В завершение предоставляется оценка производительности и энергопотребления прототипа NVDLA ускорителя относительно GPU и CPU, результаты которой показывают превосходство NVDLA по многим характеристикам.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
