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 CH2 как 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
