+
ОПТИЧЕСКОЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВАНИЕ ВТОРОГО ПОРЯДКА ТРЕХМЕРНОГО СВЕТОВОГО ПУЧКА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛОИСТОЙ МЕТАЛЛОДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ ПРИ НАКЛОННОМ ПАДЕНИИ
стр.845-855
Кашапов А.И., Досколович Л.Л., Безус Е.А., Головастиков Н.В., Быков Д.А.
Исследуется оптическая реализация операции дифференцирования второго порядка с помощью слоистой металлодиэлектрической структуры в геометрии наклонного падения. Показано, что преобразование профиля трехмерного светового пучка, происходящее при его отражении от слоистой структуры, может быть описано в рамках теории линейных систем. Получена передаточная функция соответствующей линейной системы, и показано, что если слоистая структура обладает нулем отражения второго порядка по пространственной частоте для одной из поляризаций, то реализуемое ей преобразование соответствует взвешенной сумме вторых производных по пространственным координатам от профиля падающего пучка. С использованием представленного теоретического описания рассчитаны слоистые металлодиэлектрические структуры для вычисления второй производной по одной из пространственных координат и для вычисления оператора Лапласа от профиля трехмерного линейно-поляризованного светового пучка. Представленные результаты численного моделирования демонстрируют вычисление указанных операторов с высоким качеством.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
INVERSE SCATTERING TRANSFORM ALGORITHM FOR THE MANAKOV SYSTEM
стр.856-862
Chernyavsky A.E., Frumin L.L.
A numerical algorithm is described for solving the inverse spectral scattering problem associated with the Manakov model of the vector nonlinear Schrödinger equation. This model of wave processes simultaneously considers dispersion, nonlinearity and polarization effects. It is in demand in nonlinear physical optics and is especially perspective for describing optical radiation propagation through the fiber communication lines. In the presented algorithm, the solution to the inverse scattering problem based on the inversion of a set of nested matrices of the discretized system of Gelfand-Levitan-Marchenko integral equations, using a block version of the Levinson-type Toeplitz bordering algorithm. Numerical tests carried out by comparing calculations with known exact analytical solutions confirm the stability and second order of accuracy of the proposed algorithm. We also give an example of the algorithm application to simulate the collision of a differently polarized pair of Manakov optical vector solitons.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СПИНОВЫЙ УГЛОВОЙ МОМЕНТ ГАУССОВЫХ ПУЧКОВ С НЕСКОЛЬКИМИ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫМИ СИНГУЛЯРНОСТЯМИ
стр.863-874
Ковалев А.А., Котляр В.В.
Исследован параксиальный векторный Гауссов пучок с несколькими поляризационными сингулярностями, расположенными равномерно на окружности. Такой пучок является суперпозицией цилиндрически поляризованного пучка Лагерра-Гаусса с линейно поляризованным Гауссовым пучком. Показано, что, несмотря на линейную поляризацию в начальной плоскости, при распространении в пространстве формируются чередующиеся области с плотностью спинового углового момента разного знака, что свидетельствует о спиновом эффекте Холла. Установлено, что в любой поперечной плоскости максимальный по величине спиновый угловой момент достигается на окружности определённого радиуса. Получено приближённое выражение для расстояния до поперечной плоскости с максимальной плотностью спинового углового момента. Кроме того, получен радиус окружности с сингулярностями, для которого достижимая плотность спинового углового момента максимальна. Обнаружено, что в этом случае энергии пучков Лагерра-Гаусса и Гаусса равны. Получено выражение для плотности орбитального углового момента, и установлено, что она равна плотности спинового углового момента, умноженной на - m /2, где m - порядок пучка Лагерра-Гаусса, равный числу поляризационных сингулярностей. Рассмотрена аналогия с плоскими волнами, и обнаружено, что спиновый эффект Холла возникает из-за разной расходимости у линейно поляризованного Гауссова пучка и у цилиндрически поляризованного пучка Лагерра-Гаусса.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
СПИНОВЫЙ УГЛОВОЙ МОМЕНТ В ОСТРОМ ФОКУСЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ВЕКТОРНОГО ПУЧКА С ОПТИЧЕСКИМ ВИХРЕМ
стр.875-883
Котляр В.В., Стафеев С.С., Телегин А.М.
Рассмотрена острая фокусировка светового поля с двойной (фазовой и поляризационной) сингулярностью. С помощью метода Ричардса-Вольфа получено точное аналитическое выражение для продольной проекции вектора спинового углового момента в фокусе. Из этого выражения следует, что в фокусе формируются 4( n - 1) субволновые области, n - порядок цилиндрического векторного пучка, центры которых лежат на окружности определенного радиуса с центром на оптической оси. Причем в соседних областях знак спинового углового момента разный. Это означает, что в соседних областях в фокусе свет имеет левую и правую эллиптические поляризации (спиновый эффект Холла). В центре фокуса вблизи оптической оси имеет место правая эллиптическая поляризация ( m > 0) или левая эллиптическая поляризация, если m < 0, m - топологический заряд оптического вихря. Полный продольный спин, то есть усредненная по сечению пучка продольная компонента спинового углового момента равна нулю и сохраняется при фокусировке. Из-за наличия в пучке оптического вихря с топологическим зарядом m , вблизи фокуса поперечный поток энергии вращается по спирали (в самом фокусе по окружности). Направление вращения вблизи оптической оси при m > 0 против часовой стрелки, а при m < 0 - по часовой стрелке.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
DESIGN AND SIMULATION OF A MULTICHANNEL SENSING SYSTEM FOR LIQUID REFRACTOMETRY BASED ON INTEGRATED PHOTONICS
стр.884-894
Zakoyan A.G., Voronkov G.S., Lyubopytov V.S., Sultanov A.Kh., Grakhova E.P., Kutluyarov R.V.
The paper proposes a new architecture for the photonic laboratory-on-a-chip sensing systems, where multiple sensors based on microring resonators (MRR) are fed by a MRR with low quality factor, working as a spectrum shaper. This architecture enables simultaneous intensity scanning of at least four MRR-based sensors on the silicon-on-insulator platform. We evaluated numerically the system’s sensitivity for various schemes of connecting the sensors and the spectrum shaper. The sensor’s sensitivity was 110 nm/RIU. The sensing system configuration largely determines its sensitivity, which reaches 1980 dB/RIU. The considered architecture may be useful for implementing fully integrated optical lab-on-a-chip structures, as well as distributed multichannel sensing systems.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА ОСНОВЕ ФОТОННОГО КРИСТАЛЛА С Y-ОБРАЗНЫМ ДЕФЕКТОМ
стр.895-900
Мокшин П.В., Головашкин Д.Л., Павельев В.С.
В работе показана перспективность использования фотонного кристалла с Y-образным дефектом для построения интерференционных логических элементов, реализующих различные логические операции. Приведены результаты численного моделирования интерференционных логических элементов на основе такого фотонного кристалла, реализующих логические операции «И», «ИЛИ», «НЕ». Показана возможность построения интерференционных логических элементов, реализующих логическую операцию «ИЛИ-НЕ», на основе каскадирования интерференционных логических элементов, основанных на фотонных кристаллах с Y-образным дефектом. Показано отсутствие проблемы «неопределенности фазы» у построенного элемента.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АЛГОРИТМ НЕУПОРЯДОЧЕННОГО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ТЕРАГЕРЦОВОГО ВОЛНОВОГО ФРОНТА ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ФАЗЫ ПРИ ПЛОТНОЙ МНОГОПЛОСКОСТНОЙ РЕГИСТРАЦИИ ДАННЫХ
стр.901-912
Циплакова Е.Г., Чопард А., Балбекин Н.С., Смолянская О.А., Перро Ж.Б., Гийе Ж.П., Моне П., Петров Н.В.
Итерационные алгоритмы восстановления фазы из дифракционных распределений в терагерцовом (ТГц) диапазоне частот являются многообещающим подходом вычислительной визуализации, способным обеспечить высокое пространственное разрешение восстанавливаемых изображений. Одним из часто применяемых алгоритмов стал SBMIR (англ. Single Beam Multiple Intensity Reconstruction), где в качестве исходных данных используются множественные распределения интенсивности дифракционного объектного поля. По сравнению с одноплоскостными методами, многоплоскостной подход позволяет ускорить сходимость, однако требует времязатратной регистрации данных на различном удалении приемника от объекта. Ранее нами был предложен метод записи в режиме однократного сканирования, который позволяет быстро получить исчерпывающий набор дифракционных распределений ТГц-объектного поля. В настоящей работе представлена апробация одного из современных алгоритмов на основе SBMIR и техники стохастического распространения волнового фронта (R-SBMIR, от англ. randomly ordered propagations) на экспериментальных данных ТГц-диапазона, снятых при помощи метода однократного сканирования. В отличие от ряда классических алгоритмов, которые могут потребовать серии численных экспериментов для определения оптимальных распределений интенсивности из большого набора данных, неупорядоченное распространение оценочного волнового фронта гарантирует восстановление изображений с наилучшим контрастом и разрешением без предварительной настройки параметров. Показано, что комплексное внедрение техники однократного сканирования с последующей обработкой данных при помощи R-SBMIR имеет потенциал для автоматизации метода восстановления фазы в ТГц-диапазоне.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
3D MEASUREMENT USING FRINGE PROJECTION PROFILOMETRY
стр.913-919
Alkhatib M.N., Shmelev Yu.D., Tyshova O.A., Sinilshchikov I.V., Bobkov A.V.
This work is devoted to measuring the depth of the 3D object using the structured light method, in particular, phase shift profilometry. Theoretical studies on the methods of three-dimensional measurement systems and fringe projection profilometry are presented. The phase shift profilometry method with an improved calculation of the frequency of sinusoidal patterns is applied. In practical implementation in the environment (20 cm × 30 cm), the algorithm is tested on a stepped object consisting of eight steps with a difference of 150 mm between two successive steps. In this case, the achievable error for measuring such an object is 20 mm. Our method has great potential in industrial applications where the measurement of the smoothing of the surface of the object is needed to find the defect in the surface with high accuracy without contacting the object.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ВЛИЯНИЕ СЛАБОЙ ИНЖЕКЦИИ НА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫЕ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В ШИРОКОАПЕРТУРНОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ ЛАЗЕРЕ С ВЕРТИКАЛЬНЫМ РЕЗОНАТОРОМ
стр.920-926
Ярунова Е.А., Кренц А.А., Молевич Н.Е.
В работе теоретически исследована динамика широкоапертурного полупроводникового поверхностно излучающего лазера с вертикальным резонатором (VCSEL) с учетом фактора Генри. Выполнен линейный анализ устойчивости пространственно-однородного режима генерации, и показано, что в таких лазерах развивается модуляционная неустойчивость. Определен минимальный размер апертуры, при которой начинает развиваться неустойчивость оптического поля. Результаты подтверждены численным решением системы дифференциальных уравнений. Показано, что подавление модуляционной неустойчивости может достигаться при инжекции в резонатор внешнего оптического излучения малой амплитуды.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РАССЕЯННОГО СВЕТА ПРИ ОСВЕЩЕНИИ РЕЗОНАНСНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЁТКИ СТРУКТУРИРОВАННЫМ ИЗЛУЧЕНИЕМ
стр.927-937
Хонина С.Н., Капитонов Ю.В.
В данной работе проведён сравнительный теоретический анализ и численное моделирование действия различных типов решёток в дальней зоне дифракции на основе преобразования Фурье. Более детально рассмотрен пространственный спектр (картины дифракции в дальней зоне или в фокальной плоскости) бинарных амплитудных решёток, в том числе с учётом вариаций фил-фактора. При анализе характеристик экспериментально созданных резонансных решёток на основе галогенидных перовскитов рассмотрено влияние типа освещающего пучка на формирование первых трёх дифракционных порядков.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ОСОБЕННОСТИ ДИФРАКЦИИ ГАУССОВЫХ ПУЧКОВ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ВЫСОТЫ КРЕМНИЕВЫХ СУБВОЛНОВЫХ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
стр.938-947
В данной работе методом конечных разностей во временной области исследованы особенности дифракции Гауссовых пучков и мод Лагерра-Гаусса на кремниевых субволновых оптических элементах с переменной высотой рельефа в ближней зоне. В качестве оптических элементов рассматривались дифракционные аксиконы и субволновые кольцевые решетки при изменении высоты рельефа. Было показано, что возможен такой подбор высоты отдельных колец рельефа кольцевых решеток, при котором достижимо уменьшение размеров фокального пятна вплоть до 0,26l, формирование протяженного светового отрезка (до 4,88λ), формирование оптических ловушек.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
CONSTRAINTS FOR JACCARD INDEX-BASED ROTATIONAL SYMMETRY FOCUS POSITION IN BINARY IMAGES
стр.948-957
Lomov N.A., Seredin O.S., Liakhov D.V., Kushnir O.A.
This study proposes analytical estimate for the size of a binary raster figure region which is guaranteed to contain the rotational symmetry focus. Focus here is the point a maximum Jaccard index between initial figure and rotated one. The size of the region is determined by the lower estimate of the intersection area during the rotation of the approximating primitives, considering the sizes of the inner and outer parts of the figure relative to the primitive. The smallest circumscribed circle or ellipse and sets of concentric circles and ellipses produced by the principal component analysis were used as the approximating figure. To verify the hypothesis that the size of the region is insignificant compared to the area of the figure, we numerically simulated the proposed method with test image datasets.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
АЛГОРИТМ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГРУПП КРОВИ ПО ИЗОБРАЖЕНИЯМ СЕРОЛОГИЧЕСКИХ ПЛАНШЕТОВ
стр.958-967
Корчагин С.А., Зайченкова Е.Е., Шарапов Д.А., Ершов Е.И., Буторин Ю.В., Венгеров Ю.Ю.
В работе рассматривается алгоритм для автоматизации системы медицинской экспресс-диагностики, предназначенной для определения группы крови путем анализа реакции агглютинации (склеивания эритроцитов). После забора крови и заполнения серологического планшета лаборанту достаточно разместить его в специальном сканере для последующего автоматического определения группы крови. Оцифровка данных и помощь лаборанту в распознавании планшетов позволяет решить сразу две критически важные задачи: хранение результатов анализа и контроль человеческого фактора. Предлагаемый алгоритм распознавания позволяет точно определить границы лунок и оценить степень агглютинации посредством легковесной свёрточной нейронной сети. Был собран уникальный набор данных с независимой оценкой степени агглютинации медицинскими экспертами. Наивысшая достигнутая точность оценки степени агглютинации на собранном наборе данных из 3231 изображения лунок оказалась сопоставима с оценкой среднего эксперта и составила 98,2 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ОБЪЕМА ГРАНУЛЫ ПОЛИМЕРНОГО ГЕЛЯ В ОПТИЧЕСКОЙ МИКРОМЕТРИИ
стр.968-971
В работе предложен алгоритм обработки фотографии полимерной гранулы с целью определения ее объема. Исследованы факторы, влияющие на результат автоматической обработки данных в методе оптической микрометрии. Показано, что по контуру гранулы эллиптического типа алгоритм определяет ее объем с относительной погрешностью 0,4 %, что соответствует ошибке определения диаметра гранулы в 1 пиксель.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
AN IMPROVED VIDEO WATERMARKING ALGORITHM WITH EXTRACTION USING A MOBILE DEVICE CAMERA
стр.972-979
Evsutin O.O., Melman A.S., Podbolotov D.I., Stankevich A.G.
The use of screen-capture-resistant digital watermarks is a promising way to store information invisibly in a video stream for later retrieval by the user using a smartphone camera. However, the development of algorithms that implement this scenario is associated with the problem of balancing between the imperceptibility of embedding and robustness. A serious problem is the extraction of watermarks using a mobile device. Most people use the vertical positioning of the smartphone when shooting, which excludes the possibility of only marked video sequences entering the frame. The extraction algorithm first finds the screen area in the image and then extracts the watermark under various distortion conditions. This study proposes an approach to improve the efficiency of the algorithm for embedding digital watermarks into video data based on rectangular patterns, which provides resistance to screen shooting. The proposed approach to increasing the embedding imperceptibility provided an increase in the PSNR and SSIM values by 17.18 % and 7.90 %, respectively. The use of a neural network at the extraction stage reduced the BER value by 64.64 %.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
ЗАЩИТА АВТОРСКИХ ПРАВ НА ГЛУБОКИЕ МОДЕЛИ КЛАССИФИКАЦИИ ИЗОБРАЖЕНИЙ
стр.980-990
Выборнова Ю.Д., Ульянов Д.И.
С ростом числа задач, решаемых с помощью методов глубокого обучения, растёт потребность в защите от несанкционированного распространения такого вида интеллектуальной собственности, как предобученные модели глубоких нейронных сетей. На сегодняшний день одним из наиболее распространенных способов защиты авторских прав в цифровом пространстве является встраивание цифровых водяных знаков. При решении задачи встраивания цифровых водяных знаков важным критерием является сохранение точности прогнозов модели после процедуры внедрения защитной информации. В данной работе предлагается метод встраивания цифровых водяных знаков в модели классификации изображений, основанный на добавлении в обучающую выборку изображений, полученных путем наложения псевдоголограмм на изображения оригинального дат+асета. Псевдоголограмма - это изображение, синтезируемое на основе заданной бинарной последовательности путем расстановки импульсов, кодирующих каждый бит, в спектральной области. Согласно результатам проведенного экспериментального исследования предложенный метод позволяет сохранить качество классификации и, кроме того, сохраняет свою работоспособность независимо от архитектуры защищаемой нейронной сети. Проведённые серии атак на защищенные модели показывают, что попытки злоумышленника полностью удалить цифровые водяные знаки маловероятны без значительной потери качества прогнозов. Результаты экспериментов также включают рекомендации по выбору параметров метода, таких как размер триггерной и обучающей выборок, а также длина последовательностей, кодируемых псевдоголограммами.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
НЕЙРОСЕТЕВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ОБНАРУЖЕНИЯ СТУПЕНЧАТЫХ АНОМАЛИЙ В ПАРАМЕТРАХ ДВИЖЕНИЯ ГОЛОВЫ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МРТ С АДАПТАЦИЕЙ НА ОСНОВЕ МЕТАОБУЧЕНИЯ
стр.991-1001
Давыдов Н.С., Евдокимова В.В., Серафимович П.Г., Проценко В.И., Храмов А.Г., Никоноров А.В.
Контроль качества и обнаружение артефактов в данных функциональной магнитно-резонансной томографии актуален для исследований головного мозга и клинических применений. Движение головы испытуемых остается основным источником артефактов - даже микросмещение головы способно исказить структурные и функциональные МРТ-данные. В настоящей работе предложена сквозная нейросетевая технология обнаружения ступенчатых аномалий с обучением на частично синтезированных данных с адаптацией к конкретному малому набору реальных данных. Разработана процедура формирования синтетического набора данных для обучения и автоматизированной разметки реальных данных. Предложена рекуррентная нейросетевая модель обнаружения ступенчатых аномалий. Разработан метод адаптации модели по малому набору реальных данных на основе одношагового метаобучения. Экспериментальная проверка точности проведена в задаче детектирования ступенчатых аномалий скользящим окном в 10, 15 и 24 отсчёта. Эксперименты показали, что предложенная технология обеспечивает обнаружение ступенчатых аномалий с точностью до 0,9546.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА МНОГООБЪЕКТНОГО ТРЕКИНГА С НЕОБУЧАЕМЫМИ ПРИЗНАКАМИ СОПОСТАВЛЕНИЯ ОБЪЕКТОВ
стр.1002-1010
Горбачев В.А., Калугин В.Ф.
Проблема межкадрового сопоставления объектов на видеопоследовательностях (трекинга, отслеживания) множества объектов - одна из самых сложных задач в компьютерном зрении. В данной работе решается задача отслеживания множества объектов на видеозаписях, полученных с борта беспилотного летательного аппарата. Эта задача в отличие от отслеживания со статичной камеры имеет особенность в виде сложного движения и тряски камеры, что приводит к резким изменениям положения точки съёмки, ракурса и масштаба объектов. В этой работе мы исследуем возможность применения улучшения качества трекинга на основе алгоритма ByteTrack, одного из лучших алгоритмов отслеживания для набора данных MOT Challenge, на наборе данных Visdrone 2019.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
+
METHODS, ALGORITHMS AND PROGRAMS OF COMPUTER ALGEBRA IN PROBLEMS OF REGISTRATION AND ANALYSIS OF RANDOM POINT STRUCTURES
стр.1011-1017
Reznik A.L., Soloviev A.A.
An original approach to solving difficult time-consuming problems of registration and analysis of random point images is described. The approach is based on the development and application of high-performance specialized computer algebra systems. Three software packages have been created specifically for carrying out equivalent analytical transformations on a computer. The first software system is designed to calculate formulas describing the volumes of convex polyhedra with parametrically specified boundaries in n -dimensional space. The second system is based on the calculation of multidimensional integral expressions by the method of cyclic differentiation of the integral with respect to the parameter. The third system is based on the accelerated implementation of complex combinatorial-recursive transformations on a computer. Another distinctive feature of the work is the extension of the classical Catalan numbers to the multidimensional case (they were required to solve a number of intermediate probabilistic-combinatorial problems). The implementation of the above computer algebra software systems on a multi-core cluster of Novosibirsk State University, together with the direct use of the explicit form of generalized Catalan numbers, allowed the authors to obtain several new previously unknown probabilistic formulas and dependencies required for solving problems in the field of analysis of random point images.
Загружаем данные из библиотечной системы...
Ключевые слова
