Институт в фотографиях

2018

Том 54 № 1 2018 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

1. Пен Е. Ф., Шелковников В. В. Сравнение дифракционной эффективности голографических отражательных решёток для различных схем записи в фотополимерном материале

Аннотация:
Теоретически и экспериментально исследовано соотношение дифракционной эффективности объёмных отражательных голограмм, полученных с использованием как двухпучковой, так и однопучковой схем записи в поглощающих светочувствительных материалах. На примере конкретного фотополимерного материала продемонстрировано это соотношение.

Страницы: 3-9
DOI: 10.15372/AUT20180101

2. Гибин И. С., Козик В. И., Нежевенко Е. С. Генерация динамических сцен для тестирования тепловизионных приборов в дальнем ИК-диапазоне

Аннотация:
При создании специализированных стендов контроля и оценки параметров информационных систем важное значение имеют устройства формирования тестовых полей. Рассмотрены имитационно-моделирующие стенды на основе микрозеркальных модуляторов, способные генерировать динамические (перестраиваемые) изображения в реальном времени. Для применения таких модуляторов в длинноволновом ИК-диапазоне спектра проведена их модернизация путём замены обычных защитных стёкол материалами, прозрачными в ИК-диапазоне, вплоть до длины волны 14 мкм. Исследованы конструктивные особенности стендов на основе описания микрозеркальных модуляторов в виде эшелеттов – дифракционных решёток с пилообразной формой штриха. Приведены результаты экспериментов. Модернизированные модуляторы показали свою работоспособность в составе инфракрасных имитационно-моделирующих стендов и являются перспективными при разработке современных систем контроля и динамического тестирования инфракрасных фотоприёмных устройств и систем.

Страницы: 10-16
DOI: 10.15372/AUT20180102

3. Гречихин В. А., Хренникова Т. А. Потенциальная точность оценки информационного параметра сигнала гомодинного лазерного доплеровского виброметра

Аннотация:
Проведён анализ потенциальной точности оценки индекса модуляции сигнала гомодинного лазерного доплеровского виброметра с гармонической частотной модуляцией при известных и неизвестных неинформационных параметрах сигнала. С использованием неравенства Рао – Крамера получены выражения для расчёта нижней границы дисперсии эффективной оценки индекса модуляции и исследована её зависимость от параметров смеси сигнала и шума. Даны рекомендации по выбору условий проведения измерений амплитуды вибросмещения гомодинным лазерным доплеровским виброметром.

Страницы: 17-23
DOI: 10.15372/AUT20180103

4. Трунов В. И., Губин К. В., Иванова К. А., Полещук А. Г., Седухин А. Г., Черкашин В. В. Применение датчика волнового фронта Шэка – Гартмана для контроля параметров сверхзвуковой газовой струи

Аннотация:
Представлены результаты экспериментального исследования распределения плотности в малоразмерной (диаметр 1–2 мм) сверхзвуковой газовой струе в вакууме. Измерения проведены с помощью разработанного датчика волнового фронта Шэка – Гартмана, состоящего из микролинзовой матрицы с числом элементов 100 × 100 и видеокамеры форматом 2048 × 2048 пикселей. Дан анализ достоверности результатов измерений по пространственной и временнóй разрешающим способностям, а также по минимальным уровням изменений фазы, вносимых тестируемым объектом.

Страницы: 24-30
DOI: 10.15372/AUT20180104

5. Бобринев В. И., Галкин М. Л., Ковалев М. С., Малинина П. И., Одиноков С. Б. Исследование синтезированных голограмм Френеля для датчиков волнового фронта

Аннотация:
Исследуется возможность применения синтезированных голограмм Френеля в задаче определения фазовых искажений волнового фронта. Приведены результаты компьютерного моделирования распространения элементарного сигнала на основе интегрального преобразования Френеля. Показан принцип работы голограммы для датчика волнового фронта.

Страницы: 31-37
DOI: 10.15372/AUT20180105

6. Azarpour A., Sharifi S., Nezhad M. K. Исследование нелинейных оптических свойств шафрана в нанокаплях и растворе методом Z-сканирования

Аннотация:
Молекулы с сильным двухфотонным поглощением находят применение в фотодинамической терапии или фотонных устройствах. Влияние полярности среды и её дисперсности на нелинейные оптические свойства шафрана изучалось методом Z-сканирования с помощью непрерывного лазера с длиной волны 532 нм. Установлено, что значения нелинейного показателя преломления и сечение двухфотонного поглощения шафрана возрастают при уменьшении полярности среды и при увеличении размера капли в микроэмульсии.

Страницы: 38-45
DOI: 10.15372/AUT20180106

7. Атутов С. Н., Микерин С. Л., Плеханов А. И., Симанчук А. Э., Сорокин В. А., Якиманский А. В., Смирнов Н. Н., Валишева Н. А. Планарный фазовый электрооптический модулятор на основе хромофорсодержащих полиимидов

Аннотация:
Представлены экспериментальные исследования нелинейно-оптических и электрооптических свойств оригинальных синтезированных хромофорсодержащих полиимидов с ковалентно присоединённым красителем DR-13. Проведено сравнение результатов измерений методом генерации второй гармоники и прямых измерений электрооптического отклика методом Teng – Man. Обнаружена высокая температурная стабильность исследованных полиимидов. Рассмотрены и экспериментально реализованы методы создания фазового электрооптического модулятора в планарном исполнении с использованием синтезированных хромофорсодержащих полиимидов. Приведены оптические и электрооптические характеристики созданного модулятора.

Страницы: 46-53
DOI: 10.15372/AUT20180107

8. Бокало С. Ю., Бокашов И. М., Ляхов Д. М., Пикулев С. В., Черных А. В. Стабилизация астрономических изображений с помощью управляемого плоского зеркала

Аннотация:
Разработан опытный образец ключевого элемента адаптивно-оптической системы – корректора наклонов световых пучков, представляющего собой плоское управляемое зеркало. Реализован алгоритм коррекции атмосферных искажений световых волн низкой интенсивности, создано программное обеспечение, функционирующее в режиме реального времени. В лабораторных экспериментах достигнуто значение ширины полосы замкнутой системы 100 Гц. Перспективность применения созданного программного обеспечения подтверждена в ходе дневных наблюдений за звёздами.

Страницы: 54-60
DOI: 10.15372/AUT20180108

9. Жимулева Е. С., Завьялов П. С., Кравченко М. С. Разработка телецентрических объективов для систем размерного контроля

Аннотация:
Представлены особенности проектирования телецентрических в пространстве предметов объективов. Приведены оптические схемы трёх телецентрических объективов, разработанных для систем размерного контроля, использующих метод теневой проекции. Описан метод контроля качества изготовления таких объективов, обладающих малыми дисторсией (менее 0,02 %) и нетелецентричностью (менее 0,01º). Дано сравнение экспериментально полученных оптических характеристик двух изготовленных нами объективов и одного фирмы Thorlabs (США).

Страницы: 61-70
DOI: 10.15372/AUT20180109

10. Ружицкая Д. Д., Самойленко А. А., Иванов А. Д., Миньков К. Н. Анализ спектров пропускания оптических микрорезонаторов методом уширения моды

Аннотация:
Представлен алгоритм обработки спектров пропускания оптических микрорезонаторов с модами «шепчущей галереи» для применения в качестве детектора наночастиц. Алгоритм основан на уширении резонансной кривой микрорезонатора при осаждении наночастиц на его поверхности. Сопоставлены экспериментальные результаты по детектированию частиц с теорией адсорбции Ленгмюра. Оценён вклад нестабильности источника возбуждающего излучения, вызванной температурным дрейфом резонансной частоты, в погрешность измерений.

Страницы: 71-79
DOI: 10.15372/AUT20180110

11. Мордасов М. М., Савенков А. П., Сафонова М. Э., Сычев В. А. Бесконтактное триангуляционное измерение расстояния до зеркальных поверхностей

Аннотация:
Проведён метрологический анализ триангуляционных лазерных датчиков расстояния до зеркальных поверхностей. В результате теоретических и экспериментальных исследований установлено, что диапазон измерения расстояния зависит от угла падения лазерного луча, а основным фактором, влияющим на точность измерения, является поворот датчика в плоскости падения. Предложена схема бесконтактного детектора расстояния до поверхности жидкости, обеспечивающего сигнализацию достижения заданного значения. Приведён обзор триангуляционных измерительных систем.

Страницы: 80-88
DOI: 10.15372/AUT20180111

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

12. Борзов С. М., Потатуркин О. И. Классификация гиперспектральных изображений при различных способах формирования обучающих выборок

Аннотация:
Проведены исследования эффективности методов контролируемых спектральной и спектрально-пространственной классификаций типов растительности по данным гиперспектральной съёмки при различных способах формирования обучающих выборок. Рассмотрены зависимости точности классификации от количества спектральных признаков. Показано, что одновременный учёт пространственных и спектральных признаков позволяет достичь качественной классификации трудноразличимых типов растительности только при использовании обучающих выборок с максимальной степенью распределения пикселей по изображению.

Страницы: 89-97
DOI: 10.15372/AUT20180112

13. Бычков И. В., Опарин Г. А., Черных А. Н., Феоктистов А. Г., Горский С. А., Ривера-Родригес Р. Масштабируемое приложение для поиска глобальных минимумов многоэкстремальных функций

Аннотация:
Рассмотрена актуальная проблема обеспечения масштабируемости вычислений при решении многоэкстремальных задач, возникающих в различных областях научных исследований, включая обработку изображений. Предложен подход к разработке масштабируемого приложения Градиент для решения задачи глобальной оптимизации многоэкстремальных функций с помощью метода мультистарта в инструментальном комплексе Orlando. Реализован дополнительный этап вычислений в схеме решения задачи, позволяющий осуществить декомпозицию задачи с учётом производительности вычислительных ресурсов и тем самым обеспечить минимизацию времени её решения по сравнению с классическим методом мультистарта. Разработаны специальные агенты системы метамониторинга для измерения производительности ресурсов относительно решаемой задачи.

Страницы: 98-105
DOI: 10.15372/AUT20180113

14. Кулешов Е. Л., Петров К. А., Кириллова Т. С., Халиуллин Р. А. Критерий согласия на основе биномиального распределения вероятностей

Аннотация:
На основе биномиального распределения вероятностей построен критерий согласия, который сводится к последовательности двусторонних критериев проверки гипотезы о значении функции распределения вероятностей при разных значениях её аргумента. Показано, что каждый элемент этой последовательности является несмещённым локально наиболее мощным критерием. Предложен алгоритм вычисления уровня значимости, свободный от распределения вероятностей. Качество критерия проверялось численным моделированием.

Страницы: 106-113
DOI: 10.15372/AUT20180114

15. Вундер Н. А., Синетова М. М., Ушаков А. В. Псевдокомпенсация запаздывания для улучшения точностных характеристик непрерывной системы управления с коррекцией по схеме Смита

Аннотация:
Рассмотрена схема Смита включения последовательного компенсатора в прямую ветвь проектируемой системы для анализа качества процессов в установившемся режиме. Данная схема является эффективным способом решения задачи наделения системы требуемым запасом устойчивости путём вывода звена чистого запаздывания за пределы замкнутого контура. Влияние запаздывания будет проявляться только в увеличении длительности переходного процесса на величину запаздывания без изменения перерегулирования. Обнаружено, что добротность по скорости системы со схемой Смита включения последовательного компенсатора теоретически не может быть больше величины, обратной величине запаздывания. Показана возможность снижения указанного негативного свойства схемы Смита включения последовательного компенсатора путём «псевдокомпенсации» запаздывания с помощью дифференцирующих звеньев.

Страницы: 114-123
DOI: 10.15372/AUT20180115

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ В НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ И ПРОМЫШЛЕННОСТИ 

16. Боровик С. Ю., Кутейникова М. М., Секисов Ю. Н., Скобелев О. П. Влияние температуры в проточной части турбины на результаты измерений радиальных и осевых смещений торцов лопаток

Аннотация:
Приведены результаты упрощённого анализа дифференциальной измерительной цепи с импульсным питанием включённых в неё одновитковых вихретоковых датчиков, с приближённым дифференцированием токов и АЦП на выходе. Цепь предназначена для применения в составе систем автоматизации испытаний газотурбинных двигателей. Рассматриваются способы устранения влияния температуры на датчики с использованием аппаратных и программных средств системы измерения. С помощью модели измерительной цепи определяются семейства функций преобразования (зависимостей кода от искомых радиальных и осевых смещений) для нормальной и номинальной температур, а по их разности – семейства функций влияния температуры на изменения кодов, характеризующие возможные погрешности. Даны количественные оценки максимальных значений функций влияния, подтверждающие эффективность предложенных способов.

Страницы: 124-131
DOI: 10.15372/AUT20180116

Том 54 № 2 2018 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

1. Полещук А. Г., Корольков В. П., Вейко В. П., Заколдаев Р. А., Сергеев М. М. Лазерные технологии в микрооптике. Ч. II. Изготовление элементов с трёхмерным микрорельефом

Аннотация:
Для решения проблемы планирования маршрута, заданного последовательностью поворотных пунктов, Представлен обзор исследований, выполненных в области разработки процессов формирования 3D-микрорельефа оптических элементов с применением как прямого лазерного воздействия на различных длинах волн, так и фотолитографических технологий на основе фотошаблонов, изготовленных путём лазерной записи. Рассмотрены типовые характеристики рельефа, ограничения и преимущества, свойственные представленным методам.

Страницы: 3-19
DOI: 10.15372/AUT20180201

2. Генцелев А. Н., Дульцев Ф. Н., Кондратьев В. И., Лемзяков А. Г. Формирование толстых высокоаспектных резистивных масок методом контактной фотолитографии

Аннотация:
Описан способ формирования толстых (100 мкм и более) резистивных масок, которые могут быть использованы для решения широкого диапазона технологических задач, например для изготовления рентгенопоглощающего топологического рисунка LIGA-шаблонов, микрорельефов штампов, литьевых форм и т. п. Представлены особенности метода контактной фотолитографии, на основе которого разработана и изготовлена установка. Источником её экспонирующего излучения является светодиод. Экспериментально продемонстрирована возможность получения отдельно стоящих элементов резистивной маски (в частности, с латеральными размерами  5 мкм и высотой  70 мкм, аспектное отношение  14), а также микрорельефа (высотой  40 мкм) титанового штампа, выполненного путём реактивного ионно-лучевого травления через резистивную маску.

Страницы: 20-29
DOI: 10.15372/AUT20180202

3. Пен Е. Ф. Регистрация рефлексов высоких порядков в объёмных отражательных голографических решётках

Аннотация:
Экспериментально зарегистрированы рефлексы высоких порядков в объёмных отражательных голографических решётках в фотополимерном материале.

Страницы: 30-34
DOI: 10.15372/AUT20180203

4. Белоусов Д. А., Полещук А. Г., Хомутов В. Н. Устройство для регистрации дифракционной картины синтезированных голограмм в широком угловом диапазоне

Аннотация:
Представлены результаты разработки и исследования устройства для регистрации и анализа дифракционной картины синтезированных голограмм. Показано, что устройство позволяет регистрировать дифракционную картину излучения, отражённого от поверхностного микрорельефа исследуемого элемента или прошедшего через него, в угловом диапазоне дифракции порядка ±90º и 360º по азимутальному углу. Описана возможность определения периодов, скважности и угловой ориентации дифракционных структур, а также дифракционной эффективности всех дифракционных порядков исследуемого элемента. Разработанное устройство предназначено для оперативного контроля глубины и формы микрорельефа синтезированных голограмм в процессе производства.

Страницы: 35-42
DOI: 10.15372/AUT20180204

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

5. Артюшенко В. М., Воловач В. И. Алгоритмы оценки информационных параметров сигнала при воздействии широкополосных негауссовских помех

Аннотация:
Рассмотрен синтез алгоритмов оценки информационных параметров сигнала с безынерционным нелинейным преобразованием входной смеси сигнала и широкополосных негауссовских помех. Проанализированы оптимальные в области малых расстроек и квазиоптимальные алгоритмы, способные работать при произвольных расстройках между измеряемыми параметрами и их оценками при случайном отношении сигнал/помеха на входе измерителя. Получены основные расчётные соотношения, позволяющие определить вид оптимальных амплитудных характеристик блока нелинейного преобразования, качество подавления аддитивной помехи в названном блоке с оптимальной и произвольной амплитудной характеристикой, крутизну дискриминационной характеристики и значение фазовой характеристики в области малых расстроек. Показано, что, задав тип воздействия и передаточную функцию сглаживающей цепи, можно определить установившиеся динамические и флуктуационные ошибки в замкнутой следящей системе.

Страницы: 43-53
DOI: 10.15372/AUT20180205

6. Сурин В. А., Тырсин А. Н. Модель нелинейного фильтра для цифровой обработки контрастных изображений

Аннотация:
Предложена модель цифровой фильтрации зашумлённых контрастных изображений с минимальным размытием яркости на границе перепада, которая основана на сглаживании цифрового изображения с помощью обобщённого метода наименьших модулей. Модель предполагает варьирование двумя параметрами функции потерь в зависимости от степени контрастности и уровня шума. Результаты основаны на обширных вычислительных экспериментах, выполненных методом статистических испытаний Монте-Карло.

Страницы: 54-62
DOI: 10.15372/AUT20180206

7. Донец И. В., Рейзенкинд Я. А., Шевченко В. Н. Экспериментальная проверка вариационной процедуры построения многомерных радиоизображений эхо-сигналов в неизлучающих радарах

Аннотация:
Представлены результаты экспериментальной апробации вычислительно-эффективной процедуры построения многомерных (в координатах «угловое направление – задержка – доплеровский сдвиг частоты») радиоизображений эхо-сигналов целей вариационным методом в комплексах радиолокации с посторонним подсветом.

Страницы: 63-69
DOI: 10.15372/AUT20180207

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

8. Деребезов И. А., Гайслер А. В., Гайслер В. А., Дмитриев Д. В., Торопов А. И., Кожухов А. С., Щеглов Д. В., Латышев А. В., Асеев А. Л. Спектроскопия одиночных квантовых точек AlInAs

Аннотация:
На основе твёрдых растворов AlxIn1 – xAs/AlyGa1 – yAs исследована система квантовых точек. Применение широкозонных твёрдых растворов AlxIn1 – xAs в качестве основы квантовых точек позволяет существенно расширить спектральный диапазон излучения в коротковолновую область, включая участок длин волн вблизи 770 нм, представляющий интерес для разработки аэрокосмических систем квантовой криптографии. Методом криогенной микрофотолюминесценции изучены оптические характеристики одиночных квантовых точек AlxIn1 – xAs, выращенных по механизму Странского – Крастанова. С использованием интерферометра Хэнбери Брауна – Твисса изучена статистика излучения экситонных состояний одиночных квантовых точек. Функция парных фотонных корреляций отчётливо демонстрирует субпуассоновский характер статистики излучения, что является прямым подтверждением возможности создания излучателей одиночных фотонов на основе квантовых точек AlxIn1 – xAs. На участке длин волн вблизи 770 нм исследована тонкая структура экситонных состояний квантовых точек. Показана величина расщепления экситонных состояний, сравнимых с естественной шириной экситонных линий, что представляет большой интерес для разработки излучателей пар запутанных фотонов на основе квантовых точек AlxIn1 – xAs.

Страницы: 70-77
DOI: 10.15372/AUT20180208

9. Паулиш А. Г., Загубисало П. С., Бараков В. Н., Павлов М. А. Экспериментальное исследование пьезооптического преобразователя для высокочувствительных датчиков деформации

Аннотация:
Исследованы характеристики пьезооптического преобразователя новой конструкции, обладающего при малых габаритах высокой чувствительностью к деформации. Благодаря оригинальной форме фотоупругого элемента удалось при заданной внешней силе существенно увеличить напряжение в его рабочей области, тем самым повысив чувствительность преобразователя. С помощью специально созданного устройства измерены основные характеристики преобразователя. Созданная его математическая модель позволила рассчитать величину деформации при заданной приложенной силе. В итоге чувствительность к относительной деформации составила Dx/x = 3 · 10–10, динамический диапазон более четырёх порядков, а коэффициент тензочувствительности на три порядка выше, чем для тензорезисторных датчиков деформации.

Страницы: 78-84
DOI: 10.15372/AUT20180209

10. Абрамкин Д. С., Петрушков М. О., Емельянов Е. А., Путято М. А., Семягин Б. Р., Васев А. В., Есин М. Ю., Лошкарев И. Д., Гутаковский А. К., Преображенский В. В., Шамирзаев Т. С. Влияние дислокационного фильтра на основе LT-GaAs на совершенство слоёв GaAs/Si

Аннотация:
Обсуждается влияние дислокационных фильтров, созданных на основе низкотемпературных слоёв (LT) GaAs, и послеростового отжига на совершенство гетероструктуры GaAs/Si. Показано, что слои LT-GaAs снижают плотность прорастающих дислокаций и уменьшают шероховатость поверхности. Послеростовой отжиг при температуре 650 ºС снижает концентрацию центров безызлучательной рекомбинации в слоях GaAs/Si до уровня, близкого к уровню в слоях GaAs, выращенных на согласованной подложке.

Страницы: 85-92
DOI: 10.15372/AUT20180210

11. Паханов Н. А., Андреев В. М., Шварц М. З., Пчеляков О. П. Современные архитектуры и технологии высокоэффективных солнечных элементов на гетероструктурах III–V для космического и наземного применения

Аннотация:
Многопереходные солнечные элементы (СЭ) на соединениях III–V являются самыми эффективными преобразователями солнечной энергии в электричество и широко используются в космических солнечных батареях и наземных фотоэлектрических модулях с концентраторами излучения. Все современные высокоэффективные солнечные элементы III–V основаны на отрабатываемой длительное время трёхпереходной III–V-гетероструктуре GaInP/GaInAs/Ge и имеют практически предельную для данной архитектуры эффективность 30 и 41,6 % для космического и наземного сконцентрированного излучений соответственно. Увеличение КПД в настоящее время происходит за счёт перехода от 3-переходной к более эффективным 4-, 5- и даже 6-переходным архитектурам III–V: развиваются технологии роста и методы постростовой обработки структур, создаются новые (с оптимальными значениями запрещённых зон) материалы и улучшаются кристаллографические параметры. В предлагаемом обзоре рассмотрены последние достижения и перспективы основных направлений исследований и совершенствования архитектур, технологий и материалов, на базе которых в лабораториях получены солнечные элементы с лучшими показателями эффективности преобразования: 35,8 % для космического, 38,8 % для наземного и 46,1 % для концентрированного солнечного излучений. Физические свойства соединений III–V хорошо изучены и разработаны технологии их получения. Максимальная эффективность фотоэлектрического преобразования СЭ на гетероструктурах III–V для внеатмосферного солнечного излучения достигает 35,8 % [1], что определяет их практически безальтернативное использование в космосе. В наземных условиях рекордные значения КПД СЭ составляют 38,8 % для неконцентрированного (AM1.5G) и 46,0 % для концентрированного (AM1.5D) излучений [1]. Предполагается, что к 2020 году эффективность приблизится к 40 % для прямого космического и к 50 % для концентрированного наземного солнечного излучений. В данном обзоре рассматриваются архитектуры и технологии изготовления СЭ с рекордной эффективностью для наземных и космических применений. Следует отметить, что в наземных энергоустановках использование СЭ III–V экономически выгодно в системах с концентраторами солнечного излучения.

Страницы: 93-112
DOI: 10.15372/AUT20180211

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ

12. Юдин Ю. В., Григорьев Д. Н., Эпштейн Л. Б. Канал усиления сигналов лавинных фотодиодов для спектрометрических измерений при высокой пиковой загрузке

Аннотация: 
Предложен метод усиления и формирования аналогового сигнала, оптимизированный для достижения наибольшего отношения сигнал/шум при работе с источником сигнала большой ёмкости и позволяющий при этом распознавать сигналы, которые поступили с небольшим интервалом времени. Разработан усилительный канал, реализующий предложенный метод. Данный канал предназначен для усиления сигналов лавинных фотодиодов в детекторах, построенных на основе быстрых сцинтилляторов. Описаны структура усилительного канала, принцип восстановления формы входного сигнала и основные схемотехнические решения, использованные в разработанном усилителе.

Страницы: 113-117
DOI: 10.15372/AUT20180212

13. Анисёнков А. В. Роль информационной системы AGIS в обеспечении распределённой обработки и моделирования данных эксперимента ATLAS

Аннотация: 
При проведении современного эксперимента в области физики высоких энергий особое внимание уделяется вопросу глобальной интеграции информационных и вычислительных ресурсов в единую систему для осуществления эффективного хранения и обработки экспериментальных данных. Эксперимент ATLAS, проводимый на ускорительном комплексе Большого адронного коллайдера в Европейском центре ядерных исследований, ежегодно производит десятки петабайт данных с регистрирующей электроники, а также порядка петабайт данных с системы моделирования. Для обработки и хранения подобных сверхбольших объёмов данных компьютерная модель эксперимента ATLAS базируется на технологии географически распределённых параллельных вычислений, включающей глобальную грид-инфраструктуру проекта WLCG (Worldwide LHС Computing Grid) и способной удовлетворить требования эксперимента по обработке огромных массивов данных и обеспечить высокую степень их доступности (масштаба сотен петабайт). Рассматривается центральная информационная система AGIS (ATLAS Grid Information System), используемая коллаборацией ATLAS для описания топологии и ресурсов компьютерной инфраструктуры эксперимента, настройки и связи высокоуровневых программных систем вычислительных центров, описания и хранения всевозможных параметров, управляющей, конфигурационной и другой вспомогательной информации, необходимой для эффективного функционирования служб и сервисов глобальной распределённой системы обработки. Обозначена роль системы AGIS в создании концепции общего описания ресурсов вычислительных центров грид-узлов, суперкомпьютерных центров и ресурсов облачных вычислений в единую информационную модель для эксперимента ATLAS. Данный подход позволил коллаборации расширить вычислительные возможности проекта WLCG и интегрировать суперкомпьютеры и платформы облачных вычислений в программные компоненты системы распределённого анализа и запуска заданий (PanDA, ATLAS Production and Distributed Analysis workload management system).

Страницы: 118-124
DOI: 10.15372/AUT20180213

Том 54 № 3 2018 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Дмитриев Е. В., Козодеров В. В., Дементьев А. О., Сафонова А. Н. Комплексирование классификаторов в задаче тематической обработки гиперспектральных аэрокосмических изображений

Аннотация:
Рассмотрена задача тематической обработки гиперспектральных аэрокосмических изображений. Предлагаемая методика, основанная на алгоритме декодирования, позволяет построить эффективный алгоритм многоклассовой классификации на основе комбинации стандартных алгоритмов бинарной классификации различной сложности. Приведено обоснование выбора конфигурации алгоритма классификации. С помощью тестовых расчётов на основе модельных и реальных данных показана эффективность использования предлагаемого подхода для распознавания объектов по гиперспектральным изображениям.

Страницы: 3-13
DOI: 10.15372/AUT20180301

2. Асмус В. В., Бучнев А. А., Кровотынцев В. А., Пяткин В. П., Салов Г. И. Комплекс программного обеспечения PlanetaMonitoring в прикладных задачах дистанционного зондирования

Аннотация:
Представлен программный комплекс PlanetaMonitoring, разработанный совместно Научно-исследовательским центром «Планета» и Институтом вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, который реализует программные технологии предварительной и тематической обработки многозональных спутниковых изображений оптического, инфракрасного и микроволнового диапазонов. Рассмотрено использование некоторых технологий предварительной обработки спутниковых данных, в частности яркостные и геометрические преобразования, геокодирование и составление обзорных монтажей. Описана тематическая обработка многозональных спутниковых изображений программными технологиями распознавания объектов (без обучения и с обучением), выделения и картирования линеаментов и кольцевых структур, а также определения пространственного перемещения природных объектов (ледяных полей, водных масс, облачных образований в атмосфере) по разновременным спутниковым изображениям. Эти программные технологии были использованы при решении ряда прикладных задач дистанционного зондирования Земли.

Страницы: 14-23
DOI: 10.15372/AUT20180302

3. Фаворская М. Н., Пахирка А. И., Зотин А. Г., Буряченко В. В. Создание панорамных аэрофотоснимков на основе многополосного смешивания

Аннотация:
Панорамный аэрофотоснимок, составленный из набора последовательных изображений, полученных с беспилотного летательного аппарата, позволяет более точно распознавать визуальные объекты. Автоматическая сшивка аэрофотоснимков представляет собой сложную техническую задачу, особенно при наличии артефактов регистрирующей аппаратуры и условий съёмки. Считается, что последовательность сшиваемых изображений известна и определяется полётной траекторией. Предлагается метод сшивки аэрофотоснимков на основе выравнивания освещённости и многополосного смешивания. Исследованы возможности применения точечных дескрипторов SURF, FAST, FAST-ER и KAZE для сшивки изображений. Показано, что точечные дескрипторы на основе нелинейной диффузной фильтрации дают лучшие результаты по точности при наличии глобальных и/или локальных визуальных искажений сшиваемых изображений.

Страницы: 24-31
DOI: 10.15372/AUT20180303

4. Морозов Ю. В., Райфельд М. А., Спектор А. А. Обработка сейсмических сигналов для оценки траектории движущегося транспортного средства

Аннотация:
Рассмотрено применение энергетических параметров сигналов для оценки движения объектов с непрерывным воздействием на грунт в системах пассивной сейсмической локации. Предложены статистики для измеренных значений мощностей сигналов с учётом энергетических свойств среды. Проанализировано влияние перемещения объекта на отношение мощностей сигналов на различных датчиках. Приведены результаты проверки алгоритма оценки параметров траектории прямолинейного движения автомобиля.

Страницы: 32-38
DOI: 10.15372/AUT20180304

5. Якубайлик О. Э., Кадочников А. А., Токарев А. В. Геоинформационная веб-система и приборно-измерительное обеспечение оперативной оценки загрязнения атмосферы

Аннотация:
Рассматривается опыт исследований и разработок программных и аппаратных средств для мониторинга загрязнения атмосферы промышленного города, выполненных в Институте вычислительного моделирования СО РАН. Обсуждаются функциональные возможности, архитектурные особенности, пользовательский интерфейс распределённой геоинформационной веб-системы экологического мониторинга г. Красноярска, которая создаётся в сервис-ориентированной архитектуре. Реализованы сбор данных с автоматизированных постов наблюдений за состоянием атмосферного воздуха, сервисы агрегации и представления информации в виде интерактивных графиков и тематических карт в веб-интерфейсе. Разработан оригинальный прибор для измерения уровня загрязнения атмосферы мелкодисперсной пылью (PM2.5), данные с которого в реальном времени поступают в систему через сотовую сеть. Сформирована система интегральной оценки уровня загрязнения атмосферы, основанная на вычислениях индекса качества атмосферы (AQI).

Страницы: 39-46
DOI: 10.15372/AUT20180305

 

6. Громилин Г. И., Косых В. П., Дражников Б. Н., Козлов К. В., Васильев В. Н. Оценивание скорости сканирования случайной текстуры многорядным фотоприёмником

Аннотация:
Сканирующие приборы, использующие набор взаимно смещённых фотоприёмных линеек для повышения частоты отсчётов в направлении, ортогональном направлению сканирования, требуют высокой степени стабилизации скорости сканирования для обеспечения высокого качества формируемого изображения. Предлагается новый способ оценивания скорости сканирования, основанный на анализе смещений изображений произвольной случайной текстуры, создаваемых линейками в процессе сканирования. Посредством имитационного моделирования исследуется зависимость точности различных методов оценивания скорости от статистических характеристик текстуры. Показано, что даже при достаточно высоком уровне случайного шума (С/Ш = 10) на изображениях с текстурой, обеспечивающей выполнение критерия Найквиста для каждой линейки, ошибки оценивания скорости сканирования не превышают 0,1 % от номинального значения.

Страницы: 47-53
DOI: 10.15372/AUT20180306

7. Богачев И. В., Левенец А. В., Чье Ен Ун. Способ обратимого сжатия кадров измерительных данных на основе "паркетного" разбиения

Аннотация:
Рассмотрено представление измерительных данных как битовое пространство. Предложены способ и базирующийся на нём алгоритм обратимого геометрического сжатия кадров измерительных данных, в основе которого лежит их преобразование к битовому виду с последующим отображением на плоскость и разбиением на строго однородные области. Приведены экспериментальные результаты, показывающие, что предложенный алгоритм обеспечивает достаточно высокую общую эффективность сжатия.

Страницы: 54-60
DOI: 10.15372/AUT20180307

8. Катулев А. Н., Малевинский М. Ф. Вейвлет-распознавание типа динамического объекта, обнаруживаемого оптико-электронным прибором

Аннотация:
Предложен алгоритм автоматического распознавания типа динамического объекта, обнаруживаемого оптико-электронным прибором при априорной неопределённости о текущей фоноцелевой обстановки. Распознавание осуществляется по выборкам статистик в виде энергий вейвлет-спектров измерений координат угла места, азимута и вычисленной максимальной дальности обнаруживаемого объекта. Критерий распознавания несмещённый, наиболее мощный. Моделированием установлены высокая эффективность и реализуемость алгоритма в реальном масштабе времени на современных ПЭВМ.

Страницы: 61-69
DOI: 10.15372/AUT20180308

9. Ющенко В. П., Легкий В. Н., Литвиненко С. А., Буднов С. А. Анализ влияния поверхностных волн от движущегося объекта на его изображение при реконструкции с использованием апертурного синтеза

Аннотация:
Рассмотрена реконструкция изображения сечения тонкой проволоки, полученного с помощью ультразвукового локатора в водной среде на частоте 1,3 МГц при монохроматическом зондирующем сигнале. Реконструкция изображения осуществлена с использованием синтезированной апертуры путём корреляционной обработки траекторного доплеровского сигнала с рассчитанными опорными траекторными сигналами от точечных объектов. Учтено мешающее действие на реконструкцию изображения отражённой ультразвуковой волны от поверхностной волны, оставляемой движущейся проволокой. Приведены результаты реконструкции изображения сечения проволоки по модельным и экспериментальным траекторным сигналам при наличии поверхностной волны.

Страницы: 70-77
DOI: 10.15372/AUT20180309

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

10. Власов Е. В. Способы повышения контраста комбинированных изображений и линейности стимула аккомодации глаза в мультифокальных трёхмерных дисплеях

Аннотация:
Анализируется контраст комбинации двух планов-изображений, разнесённых вдоль зрительной оси глаза для стимулирования аккомодации в  -дисплеях. Предложено два способа нормализации на основе индивидуальных и групповых расчётов оптимальных коэффициентов комбинаций для разных диаметров зрачка глаза при заданном разрешении изображений.

Страницы: 78-84
DOI: 10.15372/AUT20180310

 11. Климов А. В., Меледин В. Г., Аникин Ю. А., Куликов Д. В., Кротов С. В., Кабардин И. К. Спектральный метод детектирования сигналов лазерного доплеровского измерителя скорости турбулентных потоков

Аннотация:
Предложен спектральный метод детектирования сигналов лазерного доплеровского измерителя скорости турбулентных процессов. Метод основан на адаптированном под ширину спектральной плотности мощности сигнала оценивании соотношения сигнал/шум и сравнении его с порогом распознавания. В ходе численного моделирования показано, что величина неравномерности оценок сигнал/шум составляет 1 % при различных скоростях турбулентного процесса. В физических экспериментах по измерению аэродинамических турбулентных процессов показано, что предложенный метод позволил устранить ошибки вычисления среднего и разброса скоростей в 15 и 78 %, удалив из системы обработки сигналы с низким отношением сигнал/шум, и уменьшить величину неравномерности оценок сигнал/шум в сравнении с известным методом Тропиа для широкого диапазона турбулентных скоростей.

Страницы: 85-93
DOI: 10.15372/AUT20180311

 12. Варданян В. А. Методика оценки и компенсация шума биений между поднесущими OFDM-сигнала в волоконно-оптических системах передачи с прямым фотодетектированием

Аннотация:
Разработана математическая модель для расчёта шума биений, возникающих во время фотодетектирования однополосного оптического сигнала с множеством ортогональных поднесущих каналов. Модель позволяет оценить спектральное распределение шума биений, а также искажения уровней поднесущих из-за дисперсии волокна. Исследуются влияние шума биений на ортогональные поднесущие каналы, способы увеличения пропускной способности системы передачи и метод компенсации шума на принимающей стороне.

Страницы: 94-103
DOI: 10.15372/AUT20180312

13. Гужов В. И., Ильиных С. П., Марченко И. О. Метод повышения пространственного разрешения в цифровой голографической микроскопии

Аннотация:
Рассматривается новый метод повышения пространственного разрешения в цифровой голографической микроскопии, основанный на дополнении исходной голограммы результатами измерений, полученных при пространственном сдвиге фотоприёмного устройства на величину, меньшую значения используемого разрешения. В отличие от известных методов новый метод не требует решения системы уравнений.

Страницы: 104-110
DOI: 10.15372/AUT20180313

14. Крастева А., Насыров Р. К., Петров Н., Гатева С., Карталева С., Насыров К. А. Особенности спектра 85Rb в ячейке с антирелаксирующим покрытием

Аннотация:
Экспериментально и теоретически изучается деформация спектра D1-линии85Rb в оптических ячейках с антирелаксирующим покрытием внутренних стенок ячейки. Обнаружено, что форма спектра существенно зависит от скорости и направления изменения частоты лазера. Эти особенности находят физическое объяснение и подтверждаются численным моделированием. Обсуждается влияние магнитного поля на форму спектра.

Страницы: 111-118
DOI: 10.15372/AUT20180314

15. Боршевников А. Н., Дементьев Д. А., Леонов Е. В., Ляхов Д. М., Сохарева Г. Н., Черных А. В., Шанин Ю. И., Щипалкин В. И. Управление адаптивной оптической системой с деформируемыми зеркалами низкого и высокого пространственных разрешений

Аннотация:
Кратко описаны методы управления двумя деформируемыми зеркалами, одно из которых корректирует аберрации высокой пространственной частоты, а другое – аберрации низкой пространственной частоты. Приведены результаты начальных экспериментов по отработке алгоритмов управления такими деформируемыми зеркалами.

Страницы: 119-125
DOI: 10.15372/AUT20180315

 

Том 54 № 4 2018 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Грузман И. С. Субпиксельное оценивание координат узлов решётки квазипериодических текстур

Аннотация:
Предложен алгоритм  оценивания координат узлов деформированных решёток квазипериодических текстур с субпиксельной точностью. Алгоритм состоит из двух этапов. На первом этапе вычисляются векторы частот и начальных фаз полигармонической модели функции яркости по характеристикам выбросов спектров фрагментов изображения. Полученные оценки используются для определения координат узлов локальной решётки. На втором этапе локальные решётки объединяются в глобальную решётку для всего изображения квазипериодической текстуры. Применение оценок параметров модели с повышенной точностью по фрагментам изображения небольших размеров обеспечило устойчивую работу алгоритма при значительных деформациях решётки и субпиксельную точность оценивания координат её узлов. Приведены результаты компьютерного моделирования и обработки реальных полутоновых изображений квазипериодических текстур, демонстрирующие эффективность предложенного алгоритма.

Страницы: 3-10
DOI: 10.15372/AUT20180401

2. Косых В. П., Громилин Г. И., Фирсов А. П., Савлук А. В. Ошибки оценивания параметров локальных магнитных аномалий по данным разновысотной магнитной съёмки с помощью БПЛА

Аннотация:
Исследуются ошибки оценок размеров, глубины залегания и намагниченности локального источника магнитной аномалии простой формы при совместном анализе данных магнитной съёмки, зарегистрированных на нескольких высотах. Численное моделирование показывает, что разновысотные измерения магнитной индукции, обусловленной наличием источника, позволяют получить более точную оценку некоторых его параметров, чем измерения на одной высоте.

Страницы: 11-17
DOI: 10.15372/AUT20180402

3. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Метод сжатия геометрических данных с применением функций возмущения

Аннотация:
Рассмотрены проблемы компактного полигонального описания объектов. Предложен метод сжатия без потерь геометрических данных на основе функций возмущения. Показаны преимущества такого подхода перед известными алгоритмами преобразования трёхмерных моделей для быстрой передачи информации и компактного её хранения.

Страницы: 18-25
DOI: 10.15372/AUT20180403

4. Злобина А. Г., Журбин И. В., Немцова О. М. Метод селективной сегментации данных малоглубинного электропрофилирования

Аннотация:
Разработан метод селективной сегментации, обеспечивающий корректное восстановление границы объекта в плане и оценку диапазона глубины его залегания. Метод предполагает обработку комплекса данных электроразведки: малоглубинного электропрофилирования и векторных картин преимущественных направлений изменения сопротивления среды. Оценка границы объекта производится на основе применения алгоритма нечёткой кластеризации fuzzy c-means, адаптированного для анализа данных многоразносного электропрофилирования. Оценка диапазона глубины залегания объекта в грунте основана на применении функции скалярного произведения к смежным по глубине векторным картинам преимущественных направлений. Эффективность метода подтверждена результатами компьютерного моделирования и примером обработки данных натурного эксперимента на археологическом памятнике – средневековом укреплённом поселении.

Страницы: 26-34
DOI: 10.15372/AUT20180404

5. Клочко В. К., Гудков С. М. Пространственно-временная обработка изображений объектов в пассивных системах радиовидения

Аннотация:
Предложены концепция и методы пространственно-временной обработки радиоизображений малоразмерных объектов в многопозиционной системе радиометров, позволяющие повысить эффективность функционирования данной системы. Пространственная обработка осуществляется в каждом цикле обзора сканирующих радиометров в целях определения пространственных координат объектов и взаимной ориентации систем координат. Временнáя обработка выполняется в последовательности циклов обзора радиометров для определения траекторных параметров меняющих взаимное положение объектов.

Страницы: 35-42
DOI: 10.15372/AUT20180405

6. Булычев Ю. Г., Насенков И. Г., Ячменёв А. В. Амплитудно-гиперболический метод пассивной локации источника излучения

Аннотация:
Применительно к двухпозиционной системе, регистрирующей амплитуду и разность моментов времени прихода волны на приёмные позиции, предлагается новый метод определения дальности и местоположения источника излучения. Приводятся формулы, позволяющие исследовать методическую погрешность и точностные характеристики метода для различных условий наблюдения и результаты вычислительного эксперимента. Даны рекомендации по применению метода.

Страницы: 43-50
DOI: 10.15372/AUT20180406

7. Конев А. А., Мещеряков Р. В., Костюченко Е. Ю. Сегментация речевых сигналов на вокализованные и невокализованные участки на основе одновременной маскировки

Аннотация:
Рассмотрена модель одновременной тональной маскировки, выделяющая компоненты речевого сигнала, воспринимаемые слуховой системой человека. Предложен алгоритм одновременной маскировки на основе этой модели. Показано, что сигнал после одновременной маскировки представляется бинарной структурой, отражающей гармоническую структуру вокализованной последовательности. Экспериментально доказано, что данная структура может быть использована для выделения ключевых (с точки зрения восприятия слуховой системой) участков речи. На базе этой структуры создан алгоритм высококачественной сегментации речевого сигнала на вокализованные и невокализованные участки, не требующий обучения перед применением. По результатам тестирования совместного использования алгоритмов одновременной маскировки и сегментации речевого сигнала получены оценки качества их работы.

Страницы: 51-57
DOI: 10.15372/AUT20180407

8. Скворцов Б. В., Борминский С. А., Живоносновская Д. М. Теоретические основы бесконтактных измерений электромагнитных параметров материалов методом импульсного зондирования

Аннотация:
Предлагается и теоретически обосновывается метод бесконтактного оперативного измерения удельной электрической проводимости, а также диэлектрической и магнитной проницаемостей материалов посредством импульсного зондирования контролируемой поверхности. Отражённый от контролируемого объекта электромагнитный импульс в своём спектральном составе несёт информацию об измеряемых параметрах, которые можно вычислить по предлагаемой методике.

Страницы: 58-66
DOI: 10.15372/AUT20180408

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

9. Угожаев В. Д. Перестраиваемый вращением двухлучевой интерферометр с неподвижным светочувствительным элементом. Ч. II. Интерферометр на основе светоделительного блока

Аннотация:
Рассмотрен перестраиваемый по углу схождения пересекающихся световых пучков двухлучевой интерферометр с неподвижными зеркалами и неподвижным светочувствительным элементом на основе симметричного светоделительного блока, в котором перестройка периода интерференционной картины выполняется единственным движением – вращением интерферометра относительно неподвижного источника коллимированного светового пучка. Показано, что такое управление периодом доступно для углов схождения от 30 до 180º при диаметре световых пучков не менее 10 % от длины светоделительного блока. В указанной области наибольшая ширина диапазона перестройки угла схождения может превышать 40º, а допустимый диаметр пучков приближаться к 40 %. Проведено сопоставление с аналогичным интерферометром на основе светоделительного кубика, определены возможные области применения рассматриваемого интерферометра.

Страницы: 67-77
DOI: 10.15372/AUT20180409

10. Микерин С. Л., Плеханов А. И., Симанчук А. Э., Якиманский А. В., Мартыненков А. А., Валишева Н. А. Компактный амплитудный электрооптический модулятор на основе хромофорсодержащих полиимидов

Аннотация:
Представлены результаты работ по созданию и исследованию компактных волноводных электрооптических модуляторов с использованием оригинальных синтезированных хромофорсодержащих полиимидов с ковалентно присоединённым коммерческим красителем DR-13. Разработаны и реализованы полностью полимерные электрооптические планарные структуры с архитектурой фазового поляризационного и амплитудного модуляторов в виде интерферометра Маха – Цендера. Исследованы характеристики созданных модуляторов на длине волны 1,3 мкм, достигнуто полуволновое напряжение 24 В при длине активной части модулятора 1,3 см.

Страницы: 78-83
DOI: 10.15372/AUT20180410

11. Бессмельцев В. П., Голошевский Н. В., Кастеров В. В., Киприянов Я. А., Смирнов К. К. Метод калибровки лазерной гальванометрической сканирующей системы субмикронного разрешения

Аннотация:
Рассмотрен метод калибровки модулей сканирования на основе дефлекторов гальванометрического типа, основанный на двухшаговом итерационном алгоритме обработки профилометрической карты тестовой записи калибруемого модуля. Показано, что получить высокую точность и робастность определения координат реперных точек тестовой записи возможно при нахождении приблизительного положения таких точек и выделении фрагмента в их окрестности на первом шаге и при поиске точных значений координат корреляционным методом на втором шаге. Использование этого метода и простого алгоритма кусочно-планарной интерполяции даёт возможность обеспечить позиционирование лазерного луча с относительной погрешностью 10–5 от поля записи.

Страницы: 84-91
DOI: 10.15372/AUT20180411

12. Косцов Э. Г., Скурлатов А. И., Щербаченко А. М. Оптико-электронная система для исследования наноперемещений подвижных элементов MEMS

Аннотация:
Рассматривается экспериментальная конструкция оптико-электронной системы для бесконтактного измерения микро- и наноперемещений подвижных элементов MEMS. Основу устройства составляет гетеродинный интерферометр со стабилизированным по частоте He–Ne-лазером и акустооптическим модулятором лазерного излучения. При воздействии на структуру MEMS импульсов напряжения с амплитудой до 1 В экспериментально достигнуто разрешение по перемещению подвижного элемента менее 1 нм, при этом амплитуда перемещения линейно зависит от управляющего напряжения с чувствительностью 100–200 нм/В. Установлено, что на кривой местоположение элемента – управляющее напряжение эффект  гистерезиса не проявляется.

Страницы: 92-100
DOI: 10.15372/AUT20180412

13. Атутов С. Н., Плеханов А. И. Фотоэкстракция атомов рубидия из объёма фотонного кристалла

Аннотация: 

Представлены результаты исследования явления фотоэкстракции атомов рубидия из объёма фотонного кристалла. Обнаружено, что в случае облучения кристалла в стоп-зоне, когда десорбирующий свет не проникает глубоко, отделение атомов происходит практически с его поверхности, поэтому падение плотности десорбированных атомов в ячейке только экспоненциальное. В случае облучения кристалла вне стоп-зоны объём кристалла облучается практически полностью. В связи с этим экспоненциальное падение плотности атомов в ячейке сменяется сравнительно медленным её падением диффузионного характера. Измерен объёмный коэффициент диффузии атомов рубидия в фотонном кристалле, который оказался равным 2 · 10–8 см2/с.

Страницы: 101-107
DOI: 10.15372/AUT20180413

14. Шапиро Е. Г., Шапиро Д. А. Оптимизация пропускной способности волоконной линии связи с нелинейной памятью

Аннотация: 

Выполнено сравнение каналов с памятью и без памяти в простейшей модели гауссового распределения шума. Показано, что оба канала имеют похожие зависимости пропускной способности от средней мощности сигналов. В то же время оптимальный входной алфавит для канала с памятью меняется. Численно продемонстрирована применимость модели с нелинейной памятью к линии связи QPSK с периодической компенсацией дисперсии.

Страницы: 107-116
DOI: 10.15372/AUT20180414

15. Заболотский А. А. Особенности диполь-дипольного взаимодействия в спиральном молекулярном агрегате

Аннотация: 

Рассматриваются формирование и динамика возбуждений в атомной или молекулярной  наноцепочке спиральной формы. Учитывается диполь-дипольное взаимодействие круговых поляризаций оптических переходов соседних молекул. При решении выведенных уравнений Блоха в континуальном приближении используется система координат Френе – Серре. Получены решения, описывающие фомирование устойчивых локализованных структур, солитонов, обусловленных кривизной цепочки, которые могут оказывать критическое влияние на люминесцентные свойства хиральной среды.

Страницы: 117-125
DOI: 10.15372/AUT20180415

Том 54 № 5 2018 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

1. Резник А. Л., Тузиков А. В., Соловьев А. А., Торгов А. В. Дискретные алгоритмы для решения двух непрерывных задач анализа случайных точечных изображений

Аннотация:
Представлен комбинаторно-дискретный подход к решению непрерывных вероятностных задач, возникающих при анализе случайных точечных структур. В его основе лежит замена вычислительных схем, базирующихся на расчёте громоздких многомерных интегральных выражений, схемами, не требующими применения аппарата дифференциального и интегрального исчислений. Ещё одна отличительная особенность исследования – это то, что для ранжирования случайных взаимозависимых числовых последовательностей системно применяются обобщённые числа Каталана, которые являются многомерным расширением классической последовательности Каталана.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20180501

2. Салов Г. И. Обнаружение малоразмерных объектов на зашумлённых изображениях при неизвестных вероятностных распределениях

Аннотация:
Рассматривается задача обнаружения на зашумлённых изображениях объектов малых размеров при отсутствии информации о вероятностных распределениях величин сигналов, наблюдаемых в точках области объекта и в точках окружающего объект сложного (случайного) фона. Получены подходящие критические значения для сравнительно недавно введённого нового непараметрического статистического теста (критерия) в случае обнаружения объекта малого размера. Сравниваются мощности нового критерия и известного двухвыборочного критерия Вилкоксона для случая с экспоненциальными распределениями.

Страницы: 12-24
DOI: 10.15372/AUT20180502

3. Павлова А. И., Павлов А. В. Анализ методов коррекции цифровых моделей рельефа, построенных по спутниковым данным

Аннотация:
Выполнен анализ алгоритмов коррекции цифровых моделей рельефа, полученных по результатам дистанционного зондирования земной поверхности. Дана оценка точности глобальных цифровых моделей высот ASTER GDEM2, SRTM X-band, ALOS DMS, которая показала, что для различных условий рельефа (плоских, всхолмлённых и сильно расчленённых равнин) Новосибирской области наименьшие абсолютные и относительные ошибки имеют снимки ALOS DMS. Проведён сравнительный анализ алгоритмов, предложенных авторами L. Wang и Н. Liu, O. Plantchon и F. Darboux, J. D. Pelletier, D. Tarboton в целях устранения артефактов на исходных космических снимках, связанных с локальными понижениями в рельефе (депрессиями, ямами). Получены наименьшие ошибки для различных условий местности с помощью алгоритма L. Wang и Н. Liu.

Страницы: 25-32
DOI: 10.15372/AUT20180503

4. Лапко А. В., Лапко В. А. Непараметрические алгоритмы оценивания состояний природных объектов

Аннотация:
Рассматриваются модификации непараметрического алгоритма распознавания образов, соответствующего критерию максимального правдоподобия с дополнительными решающими функциями. Синтез предлагаемых алгоритмов основан на анализе отношений оценок плотностей вероятности распределения случайных величин в классах и их функционалов с вводимыми порогами. Выбор порогов определяется особенностями задачи классификации. Полученные результаты применяются при оценивании состояний древостоев лесных массивов по данным дистанционного зондирования.

Страницы: 33-39
DOI: 10.15372/AUT20180504

5. Шакенов А. К., Будеев Д. Е. Пространственная фильтрация с учётом изменения наблюдаемого изображения объекта при микросканировании

Аннотация:
Предложен алгоритм фильтрации для обнаружения объектов на изображениях, полученных в режиме микросканирования. Приведён алгоритм расчёта фильтра для объекта известной формы. Проведено исследование влияния на результат фильтрации изменения формы объекта, вызванного субпиксельным смещением объекта относительно центра фоточувствительного элемента. Апробирован подход к выбору формы фильтра с учётом изменения формы объекта. Приведены результаты численного моделирования.

Страницы: 40-46
DOI: 10.15372/AUT20180505

6. Миловзоров Д. Г., Ясовеев В. Х. Математическое моделирование малогабаритного трёхкомпонентного феррозондового датчика азимута

Аннотация:
Рассматриваются задачи определения параметров пространственной ориентации твёрдых тел. Выполняется анализ известных результатов математического моделирования трёхкомпонентного феррозондового датчика азимута. Осуществляется разработка и анализ математических моделей подобного датчика азимута с произвольно ориентированными феррозондами.

Страницы: 47-53
DOI: 10.15372/AUT20180506

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

7. Ленкова Г. А. Дифракционно-рефракционные хрусталики глаза с бинарными структурами

Аннотация:
Проведён краткий аналитический обзор работ, в которых рассматриваются особенности применения простейших бинарно-фазовых дифракционных структур в мультифокальных искусственных хрусталиках глаза (интраокулярных линзах) для расширения фокальной области. Приводятся результаты теоретического исследования влияния сферических аберраций глаза, оптической силы диафрагмы (диаметра зрачка) и скважности структуры на глубину фокуса (пределы чёткого видения). Анализируется распределение интенсивности  по порядкам дифракции (фокусам) в простейших бинарных дифракционно-рефракционных интраокулярных линзах.

Страницы: 54-63
DOI: 10.15372/AUT20180507

8. Выхристюк И. А., Куликов Р. В., Сысоев Е. В. Повышение достоверности интерференционных измерений при использовании нескольких длин волн

Аннотация:
Предложены методы повышения достоверности интерференционных измерений нанорельефа поверхностей, содержащих резкие перепады высоты, которые приводят к неоднозначности определения фазы интерференционного сигнала. Рассмотрено влияние общей погрешности измерения на диапазон многоволновых измерений. Приведены результаты натурных экспериментов, демонстрирующие увеличение диапазона измерений нанорельефа предложенными методами в сравнении с одноволновыми измерениями.

Страницы: 64-72
DOI: 10.15372/AUT20180508

9. Чубаков В. П., Чубаков П. А. Флуориметр с отражающими оптическими элементами для регистрации одновременно протекающих реакций в микропланшете

Аннотация:
Представлена автоколлимационная оптическая схема флуориметра, позволяющего проводить одновременную регистрацию протекающих реакций во всех пробирках микропланшета. Показано, что фокусировка изображения осуществляется сферическим зеркалом, исключающим фоновые блики и хроматическую аберрацию. Продемонстрирована работа флуориметра путём регистрации сигнала от микропланшетов форматов 96 и 384 пробирки.

Страницы: 73-78
DOI: 10.15372/AUT20180509

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО- И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

10. Багинский И. Л., Косцов Э. Г. Ёмкостные двигатели с высокой удельной мощностью

Аннотация:
Описывается новый класс ёмкостных двигателей, основанных на нанометровых межэлектродных зазорах и обладающих удельной энергоёмкостью, значительно превышающей удельную энергоёмкость индуктивных двигателей. Проанализированы особенности их функционирования. Показаны величина удельной энергии, вырабатываемой за цикл электромеханического преобразования, развиваемые силы и мощности рассматриваемых двигателей, которые превышают аналогичные параметры индуктивных двигателей на 2–3 порядка, что открывает возможность их широкого практического применения.

Страницы: 79-86
DOI: 10.15372/AUT20180510

11. Жданов Е. Ю., Погосов А. Г., Похабов Д. А., Буданцев М. В., Кожухов А. С.,Бакаров А. К. Исследование упругих свойств подвешенных проводящих наноструктур GaAs/AlGaAs c помощью атомно-силовой микроскопии

Аннотация:
Демонстрируется применимость атомно-силовой микроскопии к исследованию упругих свойств подвешенных полупроводниковых структур на основе относительно толстых мембран GaAs/AlGaAs в условиях, когда исследуемая жёсткость существенно превышает жёсткость кантилевера атомно-силового микроскопа, что подтверждается соответствием экспериментально определённых значений как относительной, так и абсолютной жёсткости, измеренной в разных точках структуры, теоретическим значениям.

Страницы: 87-93
DOI: 10.15372/AUT20180511

12. Вьюхин В. Н., Иванов С. Д. Регистрация маломощных наносекундных импульсов излучения приёмником на основе тонкоплёночной пироэлектрической структуры

Аннотация:
Приведены результаты экспериментального исследования тонкоплёночного пироэлектрического приёмника излучения на основе ниобата бария-стронция для детектирования наносекундных импульсов излучения. Показана возможность регистрации импульсов излучения длительностью 30 нс при чувствительности 1 В/Вт (NEP = 8 ∙ 10–7 Вт/Гц1/2).

Страницы: 94-98
DOI: 10.15372/AUT20180512

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

13. Белоконь С. А., Золотухин Ю. Н., Филиппов М. Н. Нечёткая кластеризация в задачах определения аэродинамических характеристик и моделирования динамики летательного аппарата 

Аннотация:
Для определения аэродинамических характеристик летательного аппарата по данным лётных испытаний предложен модифицированный метод нечёткой кластеризации. Этот подход позволяет описать аэродинамические характеристики летательного аппарата в виде модели «чёрного ящика», входами которого являются данные телеметрии, такие как перегрузки, угловые скорости, тяга силовой установки, скоростной напор, а выходами – безразмерные аэродинамические коэффициенты сил и моментов. Приведены результаты моделирования в среде MATLAB/Simulink.

Страницы: 99-107
DOI: 10.15372/AUT20180513

14. Абдуракипов С. С., Гобызов О. А., Токарев М. П., Дулин В. М. Мониторинг режимов горения на основе регистрации изображений пламени и машинного обучения

Аннотация:
Рассматривается способ автоматического определения режима горения по изображениям пламени на основе обучаемой на маркированных данных свёрточной нейронной сети. Показано, что на изображениях пламени газового горелочного устройства точность классификации режимов достигает 98 %. Сравниваются результаты работы свёрточной нейронной сети и классификации с помощью различных линейных моделей.

Страницы: 108-115
DOI: 10.15372/AUT20180514

15. Димова А. С., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Нестеров А. А., Филиппов М. Н. Управление квадрокоптером в задаче транспортировки груза на подвесе

Аннотация:
Рассматривается задача управления движением квадрокоптера при транспортировке груза на подвесе. Подвес представляет собой невесомый шарнирно закреплённый в центре масс квадрокоптера стержень с грузом на конце. Получены уравнения движения для двумерной модели с помощью уравнений Лагранжа второго рода, на базе которых построена модель, выявившая возникновение колебаний подвеса, приводящих к неустойчивости системы. Предложен регулятор, созданный на основе метода структурного синтеза и включающий в себя величину угла отклонения стержня от вертикали. Эффективность алгоритма подтверждается результатами численного моделирования.

Страницы: 116-121
DOI: 10.15372/AUT20180515

16. Шакиров С. Р., Квашнин А. Г., Писарев А. В. Моделирование работы адаптивной системы управления процессом сушки в установке утилизации органических отходов

Аннотация:
Рассмотрен синтез адаптивной системы автоматического управления производительностью вихревой сушилки установки утилизации органических отходов. Представлено обоснование применения адаптивного регулятора для управления загрузкой сушилки влажным топливом.

Страницы: 122-128
DOI: 10.15372/AUT20180516

 

 

 

Том 54 № 6 2018 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИЧЕСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 

1. Бессмельцев В. П., Максимов М. В., Вилейко В. В., Голошевский Н. В., Терентьев В. С. Многоканальный конфокальный микроскоп на основе дифракционного фокусирующего мультипликатора с автосинхронизацией развёртки

Аннотация:
Представлена реализация сканирующего лазерного конфокального микроскопа, в котором сканирование образца производится матрицей освещающих пучков, что значительно увеличивает скорость построения изображений объекта. Формирование матрицы обеспечивается дифракционным оптическим элементом. Развёртка матрицы лазерных пучков по образцу выполняется гальванометрическими сканерами с подвижными рефрактивными плоскопараллельными пластинами. Применение такой схемы сканирования позволяет осуществить прохождение освещающих пучков в осветительном канале и сигнальных пучков в приёмном канале через одну неподвижную матрицу конфокальных диафрагм и обеспечить развёртку сканирующих пучков в плоскости образца и сигнальных пучков в плоскости фотоприёмной матрицы без использования дополнительной синхронизированной пары сканеров. Представленный конфокальный микроскоп может быть реализован в задачах, требующих высокого быстродействия.

Страницы: 3-11
DOI: 10.15372/AUT20180601

2. Адищев С. В., Дуда Т. А., Зайцева Ю. В., Зыкова В. А., Милёхин А. Г., Окотруб К. А., Суровцев Н. В. Спектр колебаний CHкак мера конформационного и латерального порядков в слоях жирных кислот и фосфолипидов   

Аннотация:
Интенсивность линии антисимметричных колебаний CH2 в спектре комбинационного рассеяния света молекулярных слоёв жирных кислот и фосфолипидов чувствительна как к упорядоченности молекул в слое (латеральный порядок), так и к конформационному порядку углеводородной цепи молекулы. Хотя интенсивность этой линии широко используется как индикатор порядка в слоях молекул, содержащих углеводородные хвосты, природа чувствительности линии антисимметричных колебаний к порядку остаётся неясной. Проведено экспериментальное исследование этого вопроса и показано, что нарушение порядка приводит к перераспределению колебательных мод и к изменению поляризуемости антисимметричного колебания. Предложена гипотеза, согласно которой интенсивность линии комбинационного рассеяния света антисимметричного колебания CH2 в значительной мере определяется его взаимодействием с электронными возбуждениями углеводородной цепи.

Страницы: 12-20
DOI: 10.15372/AUT20180602

3. Штейнберг И. Ш., Твердохлеб П. Е., Беликов А. Ю. Анализ и отображение внутренних неоднородностей прозрачных оптических материалов путём трёхмерного лазерного гетеродинного микрозондирования

Аннотация:
Предложен метод изучения внутренних фазовых неоднородностей прозрачных оптических материалов путём их «поточечного» трёхмерного лазерного гетеродинного микрозондирования. Световым микрозондом в этом случае является бегущая микрорешётка, формируемая в зоне пересечения двух сфокусированных когерентных пучков света: опорного и сигнального. Дана оценка размеров микрозонда по координатам x, y, z и степени влияния сферической аберрации при глубинном микрозондировании. Возможности метода иллюстрируются на примерах восстановления и последующего отображения фазовых неоднородностей в объёме лазерной керамики и её произвольных слоях.

Страницы: 21-33
DOI: 10.15372/AUT20180603

4. Чугуй Ю. В. Расчёт и анализ импульсного отклика проекционных пространственно-неинвариантных систем

Аннотация:
В рамках волновой оптики исследованы характеристики широко используемых на практике пространственно-неинвариантных проекционных систем телецентрического типа. В классе френелевских функций строго рассчитан импульсный отклик системы в зависимости от апертур проекционного объектива и фильтра. Установлено, что он состоит из двух компонент, одна из которых в основном определяет инвариантные свойства системы, а другая - неинвариантные. На базе предложенной нами ранее аппроксимации френелевской функции элементарными функциями впервые найдено в аналитическом виде выражение для импульсного отклика и исследовано его поведение при различных соотношениях апертур объектива и фильтра. Проанализирована корректность выбора параметров известных квазиинвариантных оптических систем. Для улучшения их пространственно-инвариантных характеристик дана рекомендация по выбору апертуры фильтра. Данный подход в отличие от известных оптико-геометрических позволяет получить достоверную информацию о характере преобразований волновых полей в рассматриваемых системах.

Страницы: 34-47
DOI: 10.15372/AUT20180604

5. Дворецкий С. А., Ковчавцев А. П., Ли И. И., Половинкин В. Г., Сидоров Г. Ю., Якушев М. В. Архитектура перспективных многорядных фотоприёмных модулей ИК-диапазона

Аннотация:
Проведён анализ существующих конструкций линейных многорядных ИК ФПУ с режимом временн´ой задержки и накопления. Предложены варианты перспективных конструкций линейных инфракрасных фотоприёмников, обеспечивающих повышение чувствительности и пространственного разрешения. Анализ основан на расчёте методом Монте-Карло диффузии фотогенерированных носителей заряда в фотодиодных матрицах на эпитаксиальных слоях кадмий—ртуть—теллур, учитывающем основные фотоэлектрические и конструктивные параметры фоточувствительных элементов и оптической системы.

Страницы: 48-56
DOI: 10.15372/AUT20180605

6.  Jindal P., Kaur H. J. Анализ эффективности разветвителя мощности на основе фотонного кристалла в зависимости от радиуса искусственного дефекта для достижения оптимального резонанса

Аннотация:
Нанофотоника является новой областью в технологии оптических материалов, задача которой — обеспечить прогресс в развитии оптических интегральных схем. Разветвитель мощности на фотонном кристалле представляет собой полезный компонент для создания фотонных интегральных схем. Такие разветвители являются важными элементами для соединения блоков в чипе. Предлагается конструкция Y-разветвителя мощности на двумерном фотонном кристалле (21 × 15 мкм), использующая явление резонанса в отражении электромагнитной волны от вытравленных круглых воздушных отверстий, образующих гексагональную решётку с периодом a. Для анализа такой структуры были использованы методы разложения электромагнитного поля по плоским волнам и конечных разностей во временной области. Результаты моделирования показывают, что оптимальный резонанс, обеспечивающий достижение максимальной передаваемой мощности с равным разделением в плечах, наблюдается при радиусе дефектного отверстия, равном 0,3a мкм.

Страницы: 57-63
DOI: 10.15372/AUT20180606

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

7.  Борзов С. М., Потатуркин О. И. Спектрально-пространственные методы классификации гиперспектральных изображений. Обзор

Аннотация:
Выполнен обзор методов спектрально-пространственной классификации гиперспектральных данных. Рассмотрены публикации, посвящённые наиболее популярным способам использования пространственной информации для повышения точности результирующих картосхем. Показано, что лучшие результаты достигаются при применении предварительной обработки «сырых» данных до выполнения процедур попиксельной спектральной классификации. Рассмотрены и проанализированы недостатки, ограничения и возможные направления развития существующих подходов.

Страницы: 64-86
DOI: 10.15372/AUT20180607

8. Кибиткин В. В., Солодушкин А. И., Плешанов В. С. Измерение количественных характеристик локальных вихрей на плоскости деформируемого материала

Аннотация:
Рассмотрена задача нахождения центра вихря, его размеров и пространственного распределения смещений на основе плоского векторного поля. Вместо типичного сканирования контуром предложен алгоритм затравочных точек, а в качестве критерия определения центра вихревого течения используется удельная циркуляция. В целях повышения устойчивости алгоритма введён параметр, играющий роль порога. Методом Монте-Карло изучено влияние погрешности измерений на точность нахождения координат центра жёсткого поворота, а также установлена зависимость вероятности ложных тревог от уровня порога. Показано использование метода наименьших квадратов для нахождения пространственного распределения смещений. Данный подход продемонстрирован на примере реального векторного поля, измеренного перед вершиной магистральной трещины.

Страницы: 87-95
DOI: 10.15372/AUT20180608

9. Червяков Н. И., Ляхов П. А., Нагорнов Н. Н. Анализ шума квантования фильтров многоуровневого дискретного вейвлет-преобразования изображений

Аннотация:
Решена задача анализа влияния шума квантования коэффициентов фильтров дискретного вейвлет-преобразования (ДВП) на результат обработки изображений. Предложена реализация метода многоуровневого ДВП, позволяющая определить эффективную разрядность коэффициентов фильтров ДВП, при которой шум квантования не оказывает существенного влияния на результат обработки изображений. Выявлена зависимость пикового отношения сигнала к шуму (PSNR) при ДВП изображений от используемого вейвлета, разрядности коэффициентов и количества уровней обработки. Выведены формулы для нахождения минимальной разрядности коэффициентов, при которой обработанное изображение достигает высокого качества (PSNR ≥ 40 дБ) в зависимости от используемого вейвлета и количества уровней обработки. Экспериментальное моделирование многоуровневого ДВП изображения подтвердило полученные результаты. В предложенном методе все данные представлены в формате с фиксированной точкой, что открывает возможность эффективной аппаратной реализации на современных устройствах (FPGA, ASIC и др.).

Страницы: 96-106
DOI: 10.15372/AUT20180609

МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

10. Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Свитова А. М., Семенюк Е. Д., Соболев М. А. Идентификация динамики подвижного объекта с помощью нейронных сетей

Предложен метод идентификации динамики летательного аппарата квадророторного типа на основе рекуррентной нейронной сети Элмана, которая соответствует каноническому виду динамической системы в пространстве состояний и не требует структурной корректировки. Результаты численного эксперимента показали сходимость алгоритма обучения сети с помощью расширенного фильтра Калмана.

Страницы: 107-113
DOI: 10.15372/AUT20180610

11. Половинкин В. Г., Стучинский В. А., Вишняков А. В., Ли И. И. Моделирование пространственного распределения квантовой эффективности фотодиодных матриц и фотоэлектрических характеристик многоэлементных ИК ФПУ на их основе

Аннотация:
Представлены результаты расчётов пространственного распределения локальной квантовой эффективности по площади многоэлементных фотоприёмных устройств на основе фотодиодов. Расчёты диффузии фотогенерированных носителей заряда в фоточувствительном слое матрицы производились путём моделирования методом Монте-Карло. Обсуждаются способы уменьшения объёма необходимых расчётов, основанные на использовании свойств симметрии матрицы. Сформулированы требования к фотоэлектрическим и конструктивным параметрам (толщине фоточувствительного слоя, длине диффузии носителей заряда и длине оптического поглощения в этом слое, соотношению размера n–p-переходов и геометрических размеров фоточувствительного элемента), обеспечивающим достижение предельных значений чувствительности и пространственного разрешения многоэлементных ИК ФПУ.

Страницы: 114-121
DOI: 10.15372/AUT20180611

 

Указатель статей, опубликованных в журнале "Автометрия" в 2018 году