Институт в фотографиях

2022

Том 58 № 1 2022 (ЯНВАРЬ – ФЕВРАЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

 

1. Козик В. И., Нежевенко Е. С. Сокращение размерности системы признаков при классификации гиперспектральных данных дистанционного зондирования Земли с помощью нейронных сетей

Аннотация:
Гиперспектральный метод анализа земной поверхности весьма эффективен при решении проблем классификации как объектов, находящихся на ней, так и состояния этих объектов (например, сельскохозяйственных культур). Однако полномасштабный гиперспектральный анализ — очень дорогая процедура, и вполне объяснимы поиски путей её удешевления. Самый логичный способ — это сокращение числа спектральных составляющих (признаков классификации) путём выбора (или формирования из них) наиболее информативных. Предлагается осуществлять его путём применения нейросетевых технологий. На примере обработки 200-канального гиперспектрального изображения показано, что сокращение размерности пространства признаков с использованием указанных технологий позволяет достичь при классификации высоких значений точности, превосходящих получаемые при применении известных методов.

Страницы: 5-12
DOI: 10.15372/AUT20220101

2. Шипко В. В. Комплексный алгоритм объединения гиперспектральных и панхроматических изображений

Аннотация:
Представлен комплексный алгоритм объединения гиперспектральных и высокодетальных панхроматических изображений. Алгоритм включает в себя предварительные процедуры выделения контуров и последующего совмещения гиперспектрального и панхроматического изображений по соответствующим точкам их контуров. В результате точного совмещения повышается точность спектрального разделения объектов на гиперспектральных изображениях. Полученное результирующее гиперспектральное изображение обладает высоким спектральным и пространственным разрешением. Результаты численных исследований подтверждают высокую эффективность разработанного алгоритма.

Страницы: 13-20
DOI: 10.15372/AUT20220102

3. Крысов А. В., Райфельд М. А. Алгоритм пространственной фильтрации широкополосных сигналов в РЛС с фазированной антенной решёткой на основе их разложения в пространстве помехи

Аннотация:
Важной задачей современной радиолокации являются исследование подходов, направленных на создание широкополосных радиолокационных систем (РЛС) с адаптивной фазированной антенной решёткой (АФАР), разработка принципов их построения и алгоритмов обработки широкополосных сигналов в РЛС с АФАР. Основное преимущество таких подходов — повышение разрешающей способности системы, позволяющей более качественно классифицировать цели. Основное внимание уделяется вопросу адаптивной пространственной фильтрации активных помех в радиолокаторе, использующем цифровую многоканальную обработку сигналов в частотной области.

Страницы: 21-32
DOI: 10.15372/AUT20220103

4. Лапко А. В., Лапко В. А. Быстрый выбор коэффициентов размытости ядерной оценки плотности вероятности независимых случайных величин

Аннотация:
Предлагается методика быстрого выбора коэффициентов размытости ядерных функций в непараметрической оценке плотности вероятности двухмерной случайной величины с независимыми компонентами. Исследуемые законы распределения принадлежат семейству одномодальных и симметричных плотностей вероятностей. Обосновывается возможность их оптимизации на основе анализа асимптотических выражений средних квадратических отклонений компонент двухмерной случайной величины. Каждая компонента характеризуется оптимальным коэффициентом размытости ядерных функций, который зависит от нелинейного функционала плотности вероятности. Установлена его функциональная зависимость от коэффициента контрэксцесса одномерной случайной величины. Эффективность предлагаемой методики подтверждается результатами аналитических исследований.

Страницы: 33-39
DOI: 10.15372/AUT20220104

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

5. Двойнишников С. В., Рахманов В. В., Кабардин И. К., Меледин В. Г., Семенов Д. О. Способ определения края объектов цилиндрической формы на изображении теневым методом размерного контроля

Аннотация:
Предложен способ определения края объектов цилиндрической формы на изображении с использованием проекционного теневого метода. Метод предусматривает применение телецентрической оптики и некогерентного источника освещения. Метод основан на определении края объекта на изображении по положению максимума производной зависимости интенсивности. Выполнены теоретические и экспериментальные оценки погрешности предложенного метода. Достигнут уровень погрешности измерений диаметра цилиндрических объектов на уровне 0, 3·10−5. Полученный результат подтверждает работоспособность и перспективность предложенного метода.

Страницы: 40-46
DOI: 10.15372/AUT20220105

6. Кучьянов А. С., Сорокин В. А., Чубаков П. А., Микерин С. Л. Интерференционные методы измерения концентраций паров аммиака сенсором на основе кремнезёмных частиц

Аннотация:
Предложены два метода и разработаны устройства для измерения оптического отклика на аммиак сенсора на основе плёночных опалоподобных кремнезёмных материалов. Экспериментально подтверждено объяснение избирательного отклика сенсора на аммиак, связанное с его высокой растворимостью в воде. Получены экспериментальные результаты работы такого сенсора с концентрациями аммиака от единиц ppm до 20 об. % с быстрым откликом.

Страницы: 47-53
DOI: 10.15372/AUT20220106

7. Чугуй Ю. В. Дифракционные явления на протяжённой асимметричной щели c абсолютно поглощающими внутренними гранями

Аннотация:
На основе модели эквивалентных диафрагм рассчитаны в дальней зоне дифракционные картины Фраунгофера (спектры) протяжённых (по глубине) асимметричных отверстий щелевого типа с абсолютно поглощающими внутренними гранями и с различными входными (D) и выходными (D1) апертурами. Изучено в аналитическом виде поведение спектра протяжённого объекта в случае отличий апертур 2|∆| = |D1D|, заметно меньших размера зоны Френеля δd = √λd  (λ — длина волны света, d — глубина отверстия). Показано, что в диапазоне углов |θ| << θкр = √λ/d наблюдаемая дифракционная картина протяжённого объекта эквивалентна дифракции света на плоской щели (d = 0) с эффективной шириной Dэфф = D + ∆ − θd/(√2π).

На основе конструктивной аппроксимации интегральной функции Френеля изучены в аналитическом виде особенности дифракции света на объёмных отверстиях, апертуры которых заметно отличаются друг от друга: 2|Δ| >> δd. Расчётами показано, что в случаях расширяющихся (D1 > D) и суживающихся (D1 < D) апертур поведение минимумов на- блюдаемых дифракционных картин в диапазонах углов |θ| < |θ| = |Δ|/d мало отличается от эквидистантного для плоской щели (d = 0) с ширинами D и D1 соответственно.

Полученные результаты могут быть использованы при разработке оптико-электронных систем размерного контроля пластин с отверстиями.

Страницы: 54-67
DOI: 10.15372/AUT20220107

8. Сороколетов Д. С., Ракшун Я. В., Дарьин Ф. А., Гогин А. А. Негауссовый характер аппаратной функции поликапиллярной линзы при продольной расфокусировке

Аннотация:
Предпринята попытка точного количественного описания и обобщения характера пространственного распределения аппаратной функции (АФ) для различных случаев качества юстировки поликапиллярной рентгеновской линзы по угловым и поперечным координатам. Проведена серия экспериментальных работ по определению аппаратной функции линзы в областях, соответствующих значительным отстройкам от области её фокуса в продольном направлении. В процессе анализа полученных результатов предложено две аппроксимирующие модели, которые потенциально могут с удовлетворительной точностью аппроксимировать АФ для большинства характерных случаев настройки линзы. На примере детального анализа результатов трёх серий экспериментов по определению АФ в обширной области пространства, соответствующих различным случаям юстировки поликапиллярной линзы, показано, что предложенные модели универсальны и с высокой точностью согласовываются с экспериментальным распределением АФ.

Страницы: 68-75
DOI: 10.15372/AUT20220108

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

9. Миловзоров Д. Г., Ясовеев В. Х. Математическое моделирование и анализ погрешностей градиентометрических систем на основе трёхкомпонентных феррозондовых датчиков

Аннотация:
Рассматриваются вопросы компоновки магнитометрических градиентометрических систем с использованием трёхкомпонентных феррозондовых и трёхкомпонентных акселерометрических преобразователей. Данные преобразователи широко используются и в измерительных системах пространственной ориентации. Предложены базовые математические модели трёхкомпонентных магнитометров, входящих в структуру градиентометра, подходящие для идеального случая расположения трёхкомпонентного преобразователя в корпусе прибора. Показана схема реального расположения феррозондов в корпусе градиентометра и обозначены углы отклонения осей их чувствительности от осей базиса прибора. Представлены уточнённые математические модели трёхкомпонентных феррозондовых преобразователей с учётом углов отклонения осей их чувствительности. Предложена методика калибровки трёхкомпонентного магнитометра при механических поворотах феррозондов на поверочных устройствах, установках (поворотных столах), которые позволяют задавать и контролировать с высокой точностью требуемые углы пространственной ориентации корпуса прибора. Произведена оценка погрешностей трёхкомпонентного феррозондового преобразователя методом вычислительного эксперимента — моделированием на ЭВМ.

Страницы: 76-90
DOI: 10.15372/AUT20220109

10. Соколов С. В., Погорелов В. А., Манин А. А., Ломтатидзе К. Т.  Разностно-дальномерный метод определения координат радиомаяка с использованием беспилотных летательных аппаратов

Аннотация:
Рассмотрено решение задачи определения координат радиомаяка (в том числе подвижного) в реальном масштабе времени по разностно-дальномерным измерениям, принимаемым группировкой малогабаритных беспилотных летательных аппаратов (МБЛА). Для формирования данного решения последовательно были получены: уравнения, описывающие динамику изменения навигационных параметров группировки МБЛА и наблюдателей этих параметров на основе измерений глобальной навигационной спутниковой системы, уравнения движения подвижного радиомаяка и наблюдателя его навигационных параметров, а на завершающем этапе — алгоритмы фильтрации параметров движения МБЛА по спутниковым измерениям и радиомаяка по измерениям, принятым на МБЛА. Численное моделирование полученных алгоритмов фильтрации показало возможность высокоточного определения координат подвижного радиомаяка с использованием предложенного подхода.

Страницы: 91-103
DOI: 10.15372/AUT20220110

11. Терещенко С. Н., Осипов А. Л., Моисеева Е. Д. Прогнозирование состава широкой фракции лёгких углеводородов методами машинного обучения при трубопроводной транспортировке

Аннотация:
Исследован подход применения методов машинного обучения для автоматического прогнозирования компонентного состава широкой фракции лёгких углеводородов при транспортировке по трубопроводу. На базе сети библиотек CatBoost разработана модель машинного обучения, позволяющая с процентом ошибки 2,263 по метрике MAPE определять компонентный состав смеси.

Страницы: 104-110
DOI: 10.15372/AUT20220111

12. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Методы интерактивного моделирования и визуализации функционально заданных объектов для 3D веб-приложений

Аннотация:
Предложены методы интерактивного моделирования и визуализации функционально заданных объектов с помощью веб-браузера, использующего интернет-стандарт HTML5 и библиотеку программного обеспечения WebGL. Разработано приложение для моделей высокой реалистичности, которое способно работать с интерактивной частотой кадров в реальном времени. Пользователь будет иметь возможность мгновенно изменять внешний вид данных, манипулируя различными свойствами отображения, доступными через пользовательский интерфейс на экране. Предложены и реализованы функциональные описания объектов, которые позволяют определять зависящие от времени геометрические формы, их внешний вид и преобразования с помощью функций возмущения.

Страницы: 111-118
DOI: 10.15372/AUT20220112

13. Абдуракипов С. С., Кирюхина Н. В., Бутаков Е. Б. О прогнозировании кризиса теплоотдачи при кипении в каналах с использованием алгоритмов машинного обучения

Аннотация:
Представлен сравнительный анализ различных алгоритмов машинного обучения для решения задачи прогнозирования кризиса теплоотдачи при кипении в двухфазных потоках внутри каналов различной геометрии. Рассмотрены двенадцать классических моделей регрессии, реализованных в библиотеках Scikit-learn, LightGBM, XGBoost, CatBoost, а также нейросетевые методы. Дано сравнение моделей между собой, а также с традиционными методиками прогнозирования, основанными на использовании скелетных таблиц, которые приближены к полуэмпирическим соотношениям и корреляционным формулам. Обсуждаются возможности гибридных моделей, совмещающих подход, который основан на знаниях из предметной области, с алгоритмами машинного обучения. Приведены результаты экспериментов с моделью, совмещающей в гибридной схеме регрессор CatBoost с одной из традиционных методик. Выявлено преимущество моделей машинного обучения перед традиционными подходами. Показано, что среди моделей машинного обучения ансамбли алгоритмов на основе градиентного бустинга достигают наилучших показателей по всем метрикам.

Страницы: 119-131
DOI: 10.15372/AUT20220113

Том 58 № 2 2022 (МАРТ – АПРЕЛЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

 

1. Зыкова В. А., Суровцев Н. В., Добрынина Е. А., Адищев С. В., Лактионова А. В. Метод измерения упругих свойств тонких биорелевантных плёнок

Аннотация:
Предложен новый метод исследования упругих свойств биорелевантных плёнок, основанный на изучении деформации объекта под действием стального шара, применяемого в качестве интендора, который помещён в магнитное поле. Варьирование расстояния между магнитом и стальным шаром позволяет изменять величину прилагаемого усилия в широком диапазоне, что открывает большой потенциал предложенного метода для исследования обширного класса биологически значимых объектов. Возможности этого метода продемонстрированы на примере определения модуля Юнга гидрогелевых плёнок различной жёсткости, изготовленных на основе желатина.

Страницы: 3-8
DOI: 10.15372/AUT20220201

2. Вишняков Г. Н., Минаев В. Л. Гомодинный квадратурный интерферометр перемещений для нового эталона килограмма на основе ватт-весов

Аннотация:
В новом отечественном эталоне единицы массы (килограмма) на основе ватт-весов предполагается использовать интерферометр для измерения перемещений и скорости электро- магнитной катушки и пробной массы в вертикальном направлении. Предложен и описан гомодинный интерферометр перемещений с квадратурным принципом регистрации фазы, предназначенный для этой цели. Рассмотрены результаты моделирования и применения алгоритма компенсации нелинейных эффектов, возникающих при квадратичном детектировании интерференционных сигналов. Приведены результаты экспериментальных исследований макета гомодинного квадратурного интерферометра перемещений. Показано, что погрешность измерения перемещения по критерию PV не превышает 0,2 нм.

Страницы: 9-18

DOI: 10.15372/AUT20220202

3. Кирьянов В. П. Расширение допустимых пределов кривизны осесимметричных 3D-поверхностей при записи микрорельефа

Аннотация:
Анализируется функционирование системы автоматической фокусировки излучения технологических лазеров на оптические 3D-поверхности, реализованной в оптической головке записи лазерного генератора изображений модели ЛГИ-2. Обсуждаются причины серьёзных ограничений по допустимому наклону поверхности записи. Предлагается альтернативное решение, позволяющее существенно увеличить допустимый угол наклона осесимметричных поверхностей, на которых должна проводиться запись топологии микроструктур.

Страницы: 19-23

DOI: 10.15372/AUT20220203

4. Зиенко С. И., Жбанова В. Л. Сравнительный анализ спектральной чувствительности трёхцветных матричных фотоприёмников

Аннотация:
Для количественной оценки спектральной чувствительности матричных фотоприёмников предлагается метод, основанный на преобразованиях Фурье для более детального разбора характеристик в частотной и временной областях по величине показателя широкополосности,  форме кривой импульсной (временной)  характеристики,  по степени колебательности, величине коэффициента демпфирования, энергетических потерь. Обнаружено сильное влияние электрон-фононного взаимодействия в полупроводнике на образование шумов в матричных фотоприёмниках относительно глаза человека.

Страницы: 24-36

DOI: 10.15372/AUT20220204

5. Голышев Н. В., Моторин С. В., Голышев Д. Н. Анализ методов локализации источников магнитного поля в биомагнитных исследованиях

Аннотация:
Рассмотрены вопросы локализации источников магнитного поля в магнитокардиографии с использованием 1D-модели мультидиполя. В реальных условиях экспериментатор имеет дело с недоопределённой, плохо обусловленной системой. Для получения устойчивого решения применялись регуляризирующие процедуры. В работе исследовались разрешающая способность метода, качество восстановления (определение пространственных параметров мультидиполя: глубины залегания и амплитуды дипольного момента) и вопросы устойчивости решения. В компьютерном моделировании использовались метод разложения матрицы по сингулярным числам и регуляризация по Тихонову.

Страницы: 37-45

DOI: 10.15372/AUT20220205

6. Безпалый А. Д., Быков В. И., Мандель А. Е. Фоторефрактивные изменения показателя преломления в кристалле LiNbO3:Cu с поверхностным легированием

Аннотация:
Экспериментально исследованы изменения показателя преломления, индуцированные в поверхностном слое кристалла ниобата лития, легированном ионами меди. Наведённые изменения индуцировались путём последовательного поточечного экспонирования экспериментального образца фокусированным лазерным излучением с длиной волны λ = 532 нм.

Страницы: 46-53

DOI: 10.15372/AUT20220206

7. Соколов А. А., Иванов С. Д. О доменной структуре тонких сегнетоэлектрических плёнок

Аннотация:
Рассмотрены методы определения доменной структуры тонких сегнетоэлектрических плёнок по временной зависимости пироэлектрического отклика на короткий импульсный нагрев поверхности. Задача нахождения распределения пирокоэффициента по толщине из временной  зависимости  пироэлектрического  тока  представляет  собой  решение  уравнения Фредгольма 1 рода. Несмотря на то что в общем случае эта задача является некорректной, она решается при дополнительных предположениях о виде резольвенты. Установлено распределение пирокоэффициента по глубине в тонкой плёнке ниобата бария — стронция в предположении о клиновидной форме доменов.

Страницы: 54-60

DOI: 10.15372/AUT20220207

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

8. Васюков В. Н., Зима Д. Н., Лозовский И. Ф., Морозов Ю. В., Мурасев А. А., Пшеничников И. А., Райфельд М. А., Соколова Д. О., Спектор А. А. Методы пространственно-временной обработки широкополосных сигналов и подходы к их моделированию

Аннотация:
Рассматриваются различные методы адаптивной пространственно-временной обработки сигналов в радиолокационной системе (РЛС) обзора, использующей цифровую антенную решётку и широкополосные зондирующие сигналы и работающей в условиях интенсивного воздействия активных и пассивных помех. Обсуждаются подходы к моделированию воздействующих на РЛС помех и алгоритмов их подавления при адаптивной обработке сигналов. Предложено проводить моделирование сигналов и помех и их обработку после формирования комплексной огибающей сигналов и преобразования в частотную область.

Страницы: 61-68

DOI: 10.15372/AUT20220208

9. Дмитриев Е. В., Кондранин Т. В., Зотов С. А. Сегментация природных и антропогенных объектов по панхроматическим спутниковым изображениям с использованием статистических текстурных признаков

Аннотация:
Рассматривается задача сегментации природно-техногенных объектов по панхроматическим спутниковым изображениям сверхвысокого пространственного разрешения (< 1 м) с использованием текстурного анализа. Проводится анализ эффективности различных статистических методов извлечения текстурных признаков. На основе численных экспериментов выделены методы, которые позволяют с высокой точностью (> 95%) сегментировать основные типы природных и антропогенных объектов, а также различные структуры растительного полога. Предложен метод TTSPCA, который даёт возможность совместно использовать наиболее информативные признаки, извлекаемые с помощью различных статистических методов. Результаты тестовых расчётов показывают, что данный метод имеет большую точность (> 99%)  при решении задачи текстурной сегментации по сравнению с рассмотренными стандартными подходами.

Страницы: 69-84

DOI: 10.15372/AUT20220209

10. Лагутин А. А., Мордвин Е. Ю., Волков Н. В., Ревякин А. И. Восстановление всепогодного режима работы гиперспектрального комплекса AIRS/AMSU спутника AQUA с использованием данных СВЧ-радиометра atms спутников SUOMI-NPP и NOAA-20

Аннотация:
Обсуждается технология обработки данных гиперспектрального зондировщика AIRS и микроволнового радиометра AMSU-A (установленных на спутнике Aqua), позволяющая восстанавливать геофизические параметры атмосферы и подстилающей поверхности даже при 80 % закрытия зоны наблюдения облаками. Выход из строя прибора AMSU-A в 2016 г. привел к исключению его данных из схемы обработки AIRS и внедрению упрощённого алгоритма AIRS Only, используемого сегодня в NASA. Предложен подход для восстановления «всепогодности» AIRS с использованием данных СВЧ-радиометра ATMS, установленного на спутниках Suomi-NPP и NOAA-20. Показано, что включение в алгоритм обработки данных ATMS позволяет получать геофизические результаты, практически совпадающие с оригинальными данными AIRS/AMSU.

Страницы: 85-92

DOI: 10.15372/AUT20220210

11. Лапко А. В., Лапко В. А. Оценивание нелинейного функционала от плотности вероятности трёхмерной случайной величины для повышения вычислительной эффективности непараметрических решающих правил

Аннотация:
Предлагается методика оценивания нелинейного функционала от плотности вероятности трёхмерной случайной величины, которая является актуальной при реализации процедур быстрого выбора коэффициентов размытости в задаче оптимизации ядерных оценок плотности вероятности. Решение этой проблемы позволяет значительно повысить вычислительную эффективность непараметрических решающих правил. Основу предлагаемого подхода составляет анализ формулы оптимальных коэффициентов размытости ядерной оценки плотности вероятности. Коэффициенты размытости ядерных функций представляются в виде произведения неопределённого параметра и средних квадратических отклонений анализируемых случайных величин. Основная составляющая неопределённого параметра является нелинейным функционалом от плотности вероятности. Рассматриваемый функционал для семейства одномодальных законов распределения задаётся видом плотности вероятности и не зависит от параметров плотности. Он определяется аппроксимацией функциональной зависимости от коэффициентов контрэксцесса и асимметрии, которые оцениваются по исходным статистическим данным. Для упрощения задачи восстановления искомой зависимости коэффициенты контрэксцесса и асимметрии преобразуются в обобщённый параметр. Исходную информацию составляет семейство логнормальных законов распределения. Оцениваются ошибки аппроксимации рассматриваемого нелинейного функционала от плотности вероятности по значениям введённого обобщённого параметра для семейства трёхмерных логнормальных законов распределения независимых случайных величин. Исследуется возможность применения предлагаемой методики при оценивании нелинейных функционалов от плотностей вероятностей, отличающихся от логнормальных законов распределения. Проводится анализ влияния возникающих ошибок аппроксимации на средние квадратические критерии восстановления непараметрической оценки плотности вероятности трёхмерной случайной величины.

Страницы: 93-103

DOI: 10.15372/AUT20220211

ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

12. Генцелев А. Н., Баев С. Г. Изготовление планарных элементов терагерцовой оптики посредством глубокой трафаретной рентгенолитографии

Аннотация:
Представлены особенности проведения трафаретной (с использованием шаблонов) рентгенолитографии синхротронным излучением (СИ) по тонким (до 50 мкм) и толстым (до 1 мм) слоям рентгенорезистов и примеры её реализации на рентгенолитографических станциях электронного накопителя ВЭПП-3. Приведены расчётные графики спектральной зависимости разрешающей способности рентгенолитографии от величины зазора между рабочими поверхностями рентгеношаблона и обрабатываемой подложки, графики зависимостей интенсивности пучка СИ и поглощаемой плотности мощности от глубины проникновения излучения в резист и аналогичные графики для контраста рентгеношаблонов. Дано описание самонесущих перфорированных (со сквозными отверстиями) металлических рентгеношаблонов, проиллюстрирован СЭМ-фотографиями выход на новый качественный уровень их изготовления из металлической фольги способом лазерной резки излучением с фемтосекундной длительностью импульса, вследствие чего принципиально меняется характер взаимодействия излучения с металлом. Полученные таким образом рентгеношаблоны характеризуются и высоким уровнем контраста, и малыми размерами перемычек, формируемых резкой сетчатых структур. Это позволит с помощью LIGA-технологии получать образцы планарных элементов терагерцовой оптики в виде металлических микроструктур, варьируя размеры ячеек, ширину перемычек структур, их толщину в существенно более широком диапазоне, чем это делалось ранее.

Страницы: 104-112

DOI: 10.15372/AUT20220212

13. Загубисало П. С., Новоселов А. Р. Оптимальная конструкция охлаждаемого flip-chip фотоприёмника ИК-диапазона

Аннотация:
Определена оптимальная конструкция охлаждаемого flip-chip фотоприёмника спектрального ИК-диапазона для установки в криостат как с сохранением возможности изгиба при охлаждении, так и жёсткого крепления к пьедесталу через пластину сапфира. Проведён численный расчёт радиально-симметричной модели фотоприёмника GaAs (первый слой) — In (кольцевые структуры) — Si — GaAs (второй слой) при диаметре пластин 10 мм. Выявлены уровни максимальных деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце, возникающие при охлаждении фотоприёмника до 77 К для пластин разной толщины (от 0 до 700 мкм). Для модели фотоприёмника при закреплении её на охлаждаемом пьедестале криостата с сохранением возможности изгиба определена оптимальная конструкция — пластины GaAs(1) и Si толщиной около 50 мкм и без GaAs(2), уровень деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце (ширина 15 мкм, толщина 5 мкм) при этом составил около 427 МПа. При жёстком креплении модели на пьедестале криостата оптимальной конструкцией являются пластины GaAs(1) и Si толщиной 50 мкм и компенсационный слой GaAs(2) толщиной 100 мкм, уровень максимальных деформационных нагрузок в краевом индиевом кольце при этих условиях составил 600 МПа.

Страницы: 113-122

DOI: 10.15372/AUT20220213

 

 

Том 58 № 3 2022 (МАЙ – ИЮНЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

 

1. Павлов В. А., Бакакин Г. В., Рахманов В. В., Двойнишников С. В. Исследование температурного смещения длины волны полупроводникового лазерного диода в доплеровском анемометре

Аннотация:
Стабильность длины волны лазерного излучения в зависимости от температуры является важной характеристикой лазерного доплеровского анемометра с хроматическим разделением каналов. Выполнены экспериментальные исследования смещения длины волны полупроводникового лазерного диода на 660 нм в зависимости от температуры и мощности лазерного излучения. Установлено, что температурный дрейф длины волны лежит в пределах 0,2 нм/°C. Показано, что применение полупроводниковых диодов данного типа в лазерных доплеровских анемометрах с хроматическим разделением каналов возможно, но требует тщательного подбора оптических фильтров.

Страницы: 3-11

DOI: 10.15372/AUT20220301

2. Кирьянов В. П., Петухов А. Д., Кирьянов А. В. Анализ алгоритмов самокалибровки в оптических датчиках угловых перемещений

Аннотация:
К настоящему времени в прецизионной гониометрии разработано два основных вида алгоритмов самокалибровки оптических датчиков угловых перемещений, отличающихся регулярной и нерегулярной локализацией считывающих головок, используемых в их составе. Анализ точностных показателей таких датчиков выявил наличие в них не предусмотренных теорией особенностей, которые стимулировали выполнение экспериментов по моделированию ожидаемых показателей подобных алгоритмов. Предложенная имитационная модель оптических датчиков угловых перемещений на основе двумерного массива данных позволяет с достаточной для практики точностью выявлять методическую погрешность алгоритма измерений за счёт определения остаточного вклада искажающей функции в итоговую погрешность измерений. Кроме того, она даёт возможность выявить характерные особенности калибровочных кривых, формируемых на основе методов с равномерной или неравномерной локализацией считывающих головок. Результаты моделирования показывают, что методы самокалибровки, основанные на регулярной локализации считывающих головок, позволяют получить более высокую точность измерений по сравнению с методами, основанными на применении нерегулярной локализации.

Страницы: 12-23
DOI: 10.15372/AUT20220302

3. Векшин М. М., Никитин В. А., Яковенко Н. А. Исследование и создание интегральных  фотонных схем в стекле  К8 для функциональной обработки информации на длине волны 1550 нм

Аннотация:
Проведены расчёты на основе физико-математической модели ионного обмена и электростимулированной миграции ионов в стёклах с использованием методов распространяющегося пучка и модового анализа с последующим формированием фотонных интегральных схем в подложках из отечественного оптического стекла K8, которые функционируют на длине волны 1550 нм. Изготовлены и исследованы основные пассивные волноводные компоненты, в том числе одномодовые делители оптических сигналов, элементы направленной связи, преобразователи поляризации и т. п. Созданы многоканальные волноводные разветвители оптических пучков и матрицы (512 × 512 шт) из длиннофокусных плосковыпуклых микролинз для датчиков волнового фронта Шэка — Гартмана методом электростимулированной миграции ионов в стеклянные подложки.

Страницы: 24-31
DOI: 10.15372/AUT20220303

4. Хацевич Т. Н., Боднарчук А. И. Телецентрические  F-Theta для сканирующих систем

Аннотация:
Предложена геометрическая модель идеального объектива F-Theta. Проведены расчёты траектории перемещения сканирующего пятна по рабочему полю сканирования, приведены результаты исследования некоторых зарубежных и предлагаемых в данной работе объективов в части отступления от линейного закона и от прямолинейности траектории. Представлены результаты расчёта ряда объективов для рабочих полей сканирования размерами от 35 × 35 до 400 × 400 мм.

Страницы: 32-40
DOI: 10.15372/AUT20220304

5. Васильев В. В., Вишняков А. В., Сидоров Г. Ю., Стучинский В. А. Способ измерения частотно-контрастной характеристики ИК-объектива

Аннотация:
Предложен метод определения частотно-контрастной характеристики (ЧКХ) инфракрасного (ИК) объектива. Излучение выходной щели монохроматора с определённой длиной волны фокусировалось с помощью исследуемого объектива в виде длинной узкой освещённой полоски на холодном металлическом экране с апертурной щелью. Применение щелевой измерительной апертуры вместо точечной для сканирования изображения источника позволило увеличить полезный сигнал и использовать в качестве источника излучения выходную щель монохроматора. Вместо одиночного ИК-детектора с малой фоточувствительной площадью использовался апертурированный матричный ИК-фотоприёмник. С помощью средне- и длинноволновых фотоприёмных матриц формата 320 × 256 на основе выращенных с применением молекулярно-лучевой эпитаксии слоёв материала кадмий—ртуть— теллур были измерены функции рассеяния линии и ЧКХ ИК-объективов средне- и длинноволнового ИК-диапазонов спектра. Дано сравнение экспериментальных результатов с дифракционной ЧКХ изученных объективов.

Страницы: 41-48

DOI: 10.15372/AUT20220305

6. Dashti M., Rasouli S. Реализация алгоритма обнаружения волнового фронта с двухканальной муаровой дефлектометрией и графическим пользовательским  интерфейсом  MATLAB

Аннотация:
Разработана экспериментальная установка двухканального датчика волнового фронта (ДВФ) на основе муаровой дефлектометрии. Возможности этого ДВФ были протестированы при измерениях атмосферной турбулентности. Как и другие ДВФ, он может быть использован в различных областях. Разработана программа с графическим интерфейсом MATLAB, позволяющая легко её освоить любому пользователю. Эта программа принимает одновременные горизонтальные и вертикальные муаровые узоры в качестве входных данных и восстанавливает соответствующую карту волнового фронта и её значения аберраций. Пошагово объясняется алгоритм этого процесса. Для типичного входного муарового рисунка вычисляются такие результаты, как форма волнового фронта и соответствующие первые десять коэффициентов Цернике, и отображаются в качестве выходных данных. Кроме того, в программе для приложений с атмосферной турбулентностью есть специальная часть, которая вычисляет величину силы турбулентности (C2n) и временную эволюцию угла прибытия.

Страницы: 49-60

DOI: 10.15372/AUT20220306

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

7. Борзов С. М., Карпов А. В., Потатуркин О. И., Хадзиев А. О. Применение нейронных сетей для дифференциальной диагностики лёгочных патологий по рентгенологическим изображениям

Аннотация:
Приведены исследования возможности создания интеллектуальных автоматизированных систем дифференциальной диагностики лёгочных заболеваний на основе идентификации патологических структур на рентгенологических изображениях (РИ) органов грудной полости (ОГП) с применением нейросетевых технологий. Представлен краткий анализ современных методик диагностики, и дано описание предлагаемого алгоритма определения типа патологий лёгочных тканей, используемого при визуальном анализе РИ и основанного на идентификации основных рентгенологических синдромов, а также на оценке количественных характеристик дифференциальной рентгенодиагностики. На примере классификации рентгенограмм здоровых и больных туберкулёзом пациентов продемонстрирована эффективность применения нейросетевых технологий при компьютерной диагностике лёгочных заболеваний. Исследования выполнены с применением общедоступной базы РИ ОГП, содержащей 3500 снимков здоровых и 3500 снимков больных людей.

Страницы: 61-71

DOI: 10.15372/AUT20220307

8. Терещенко С. Н., Осипов А. Л., Моисеева Е. Д. Определение количества колосьев на изображениях пшеничных полей методами компьютерного зрения

Аннотация:
Для точного подсчёта количества колосьев по фотографиям пшеничного поля использовалась технология нейронных сетей. Применялись методы глубокого обучения свёрточных нейронных сетей во взаимодействии с методикой transfer learning. С помощью архитектуры EfficientDet произведено обучение нейронной сети, которая позволила с точностью 0,88012 на выборке по метрике F1-score с пороговым значением 0,6 (совпадение площади предсказанной разметки и фактической) определить количество колосьев пшеницы по графическим изображениям.

Страницы: 72-78

DOI: 10.15372/AUT20220308

9. Шипко В. В., Борзов С. М. Исследование эффективности классификации гиперспектральных данных при ограничениях на разрядность квантования, количество спектральных каналов и пространственное разрешение

Аннотация:
Исследовалась возможность создания оперативного кадрового гиперспектрометра, функционирующего как обычная фотокамера. Рассмотрено, как изменится эффективность классификации при осуществлении идеи создания компактной и удобной в работе гиперспектральной камеры с оперативно перестраиваемыми параметрами. На тестовом гиперспектральном изображении выполнены экспериментальные исследования точности классификации в зависимости от количества и способа выбора спектральных каналов, пространственного разрешения и разрядности квантования яркости сигналов. Показано, что результирующая точность при этом снижается, однако остаётся приемлемой для широкого круга практических задач.

Страницы: 79-87
DOI: 10.15372/AUT20220309

10. Жуков А. О., Гладышев А. И., Прохоров М. Е., Заверзаев А. А. Обработка и анализ оптической некоординатной информации о наблюдаемых объектах

Аннотация:
Рассмотрен метод определения типа наблюдаемых объектов на основе отождествления фотометрического портрета объекта с одним из типовых, имеющихся в базе данных текущих и эталонных фотометрических портретов наблюдаемых объектов. Предложенный подход позволяет выявлять известные типовые объекты независимо от наличия априорной информации о них.

Страницы: 88-97
DOI: 10.15372/AUT20220310

11. Вяткин С. И., Долговесов Б. С. Физически корректная визуализация функционально заданных объектов

Аннотация:
Предлагаются функционально заданные объекты для реалистичных сцен. Описана физически корректная визуализация трёхмерных объектов на основе функций возмущения, т. е. рендеринг материалов происходит с учётом законов физики. Физически корректные модели отражения необходимы для получения фотореалистичных изображений. Шероховатость, микрорельеф, глянец поверхности указывают, насколько гладкой или шероховатой является поверхность материала. Показаны эффекты дифракции с учётом шероховатости поверхности. Рассматривается подповерхностный перенос света, который моделируется с использованием двунаправленного поверхностного рассеяния.

Страницы: 98-105

DOI: 10.15372/AUT20220311

ОПТИЧЕСКИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

12. Владимиров В. М., Реушев М. Ю., Древин К. А., Семенкова А. А. Исследование работы конвертора сигналов СВЧ-диапазона на основе волоконного электрооптического модулятора интенсивности

Аннотация:
Исследованы характеристики волоконного электрооптического модулятора интенсивности в режиме преобразования сигналов СВЧ-диапазона. Определены оптимальные условия для эффективной генерации разностной частоты смешиваемых сигналов на выходе модулятора.

Страницы: 106-111

DOI: 10.15372/AUT20220312

13. Чугуй Ю. В. Формирование в когерентном свете изображения протяжённого щелевого отверстия симметричного типа с абсолютно поглощающими внутренними гранями

Аннотация:
Исследованы особенности формирования изображений внешних граней протяжённых (по глубине) щелевых отверстий постоянной толщины d симметричного типа (с равными входной и выходной апертурами D) с абсолютно поглощающими внутренними гранями. В основу расчётов положена оптико-физическая модель дифракционных явлений на протяжённых абсолютно поглощающих объектах с использованием эквивалентных транспарантов щелевого типа. Изучены структуры изображений таких объектов, формируемых в идеальных и дифракционно-ограниченных системах. Показано, что профили изображений передней и задней граней протяжённого щелевого отверстия в значительной степени зависят от параметра N, равного отношению критического угла дифракции θкр = √λ/d к половинному угловому  размеру  θ0  апертурного  фильтра,  а  также  от  отношения  апертуры  щели  D  к размеру зоны Френеля δd = √λd. Установлено, что при N = θкр/θ0 ≥1 (глубина резкости системы ∆z = λ/θ20 d) имеет место смещение геометрических границ объекта в его изображении, которое определяется как взаимодействием дифракционных картин двух краёв для случая плоской щели (d = 0),  так и влиянием вторичной дифракции света на задней грани протяжённого объекта. Показано, что при D≥λd смещение границ в основном обусловлено вторичной дифракцией света, что, в свою очередь, приводит к систематической погрешности измерения апертуры D, равной εd = 0,22δd. Исследованы особенности формирования дифракционно-ограниченных изображений задней грани при сильных объёмных  эффектах (N ≤ 1).  Изучена  структура  полей  в  изображениях  граней  канального отверстия (D ≤ λd).

Страницы: 112-126

DOI: 10.15372/AUT20220313

 

Том 58 № 4 2022 (ИЮЛЬ – АВГУСТ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

УПРАВЛЯЮЩИЕ И ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ 

 

1. Рапопорт Э. Я., Плешивцева Ю. Э. Оптимальное управление подвижными объектами технологической теплофизики

Аннотация:
Рассмотрена задача оптимального по типовым критериям качества управления подвижными объектами с распределёнными параметрами применительно к актуальной проблеме оптимизации температурных режимов работы технологических установок непрерывного действия для предварительного нагрева полуфабрикатов перед последующей обработкой давлением. Определены оптимальные по расходу энергии распределения мощности тепловыделения по длине нагревателя в стационарных режимах его работы, выступающие в роли искомых проектных решений объекта. Предложены алгоритмы программного и позиционного управления переходными режимами работы нагревательной установки, оптимальные по типовому квадратичному критерию качества в условиях заданной точности равномерного приближения конечного пространственного температурного распределения к требуемому. Показано, что процедура синтеза оптимального регулятора сводится к построению системы управления с линейными обратными связями по неполному измерению состояния при нестационарных коэффициентах передачи, определяемых предварительным расчётом программного управления.

Страницы: 3-19
DOI: 10.15372/AUT20220401

2. Асанов А. З. Компенсация возмущений и взаимовлияния каналов управления угловой ориентацией и стабилизацией космического аппарата дистанционного зондирования Земли

Аннотация:
Для решения проблемы компенсации влияния возмущения на угловое положение космического аппарата предложена инженерная методика синтеза алгоритма управления маховичной системой ориентации и стабилизации, основанная на обеспечении селективной инвариантности системы управления и схемы противонакопления сигнала. Эффективность метода подтверждена численным моделированием.

Страницы: 20-27
DOI: 10.15372/AUT20220402

3. Герасимов Ф. П., Золотухин Ю. Н., Котов К. Ю., Мальцев А. С., Ян А. П. Система управления движением квадрокоптера на основе каскадных фильтров Калмана

Аннотация:
Для решения задачи оценки ориентации и местоположения летательного аппарата предложена система на основе последовательно соединённых фильтров Калмана: линейного фильтра Калмана в контуре стабилизации ориентации и расширенного фильтра Калмана в подсистеме удержания заданного местоположения. Эффективность разработанной системы управления подтверждена экспериментальными результатами по управлению полётом квадрокоптера в помещении.

Страницы: 28-38
DOI: 10.15372/AUT20220403

4. Боровик С. Ю., Заякин О. А., Подлипнов П. Е., Секисов Ю. Н. Влияние скорости потока масла на результат обнаружения частиц износа пар трения в системах смазки силовых установок

Аннотация:
Рассматривается задача контроля наличия металлических частиц износа пар трения в маслосистемах энергосиловых установок. Решение задачи предлагается на основе применения многоканального кластерного вихретокового датчика с одновитковыми чувствительными элементами. Датчик устанавливается в разрыв масляной магистрали силовой установки и обеспечивает идентификацию ферромагнитных и неферромагнитных частиц металла, а также ранжирование их по нескольким размерным группам. Рассматриваются особенности преобразования индуктивностей чувствительных элементов в дифференциальных измерительных цепях при движении частиц металла по масляному каналу датчика, и анализируется влияние скорости движения частиц в потоке масла на результат преобразования сигналов датчика. Приводится алгоритм распознавания частиц металла и отнесения их к заданным размерным группам. Оценивается корректность работы алгоритма с учётом возможного влияния скорости движения частиц по масляному каналу датчика.

Страницы: 39-49
DOI: 10.15372/AUT20220404

5. Трубин М. В., Юркевич В. Д. Алгоритмы оценки коэффициента усиления канала силового нагружения электрогидравлического стенда прочностных испытаний

Аннотация:
Рассматривается задача оценки коэффициента усиления канала силового нагружения электрогидравлического стенда прочностных испытаний, в частности, на основе анализа частотных характеристик, градиентного метода, метода наименьших квадратов со скользящим окном, рекуррентного метода наименьших квадратов с забыванием и гармонического анализа. Приведены расчётные соотношения алгоритмов получения оценки коэффициента усиления канала силового нагружения, представлены результаты апробации данных методов на экспериментальном стенде, выполнено сравнение полученных оценок разными методами. В результате проведённых исследований даны рекомендации для построения адаптивной системы управления с контуром идентификации коэффициента усиления канала силового нагружения стенда прочностных испытаний авиационных конструкций. Полученные результаты позволяют автоматизировать процесс настройки регуляторов для электрогидроприводов стенда и ускорить процесс проведения ресурсных и статических прочностных испытаний авиационных конструкций.

Страницы: 50-58
DOI: 10.15372/AUT20220405

6. Филимонов А. Б., Филимонов Н. Б. Концепция «фарватера» в задачах потенциального наведения мобильных роботов

Аннотация:
В современной робототехнике всё большую актуальность приобретают вопросы локальной навигации мобильных роботов (МР), обеспечивающей целенаправленное движение робота в среде с препятствиями. При этом к числу наиболее популярных относятся методы локальной навигации МР, основанные на применении искусственных потенциальных полей (ПП), порождающих виртуальные силы «притяжения» к цели и «отталкивания» от препятствий. Однако их применение наталкивается на проблему потенциальных ям, являющихся локальными «ловушками» для МР. В работе излагается новый метод потенциального наведения МР, основанный на концепции «фарватера» и позволяющий не только решать проблему ловушек, но и выбирать оптимальный маршрут движения робота к цели. Обсуждаются конструктивные аспекты метода фарватера, предлагается метод виртуальных частиц для нахождения нужного фарватера на карте силовых линий ПП.

Страницы: 59-66
DOI: 10.15372/AUT20220406

7. Бычков И. В., Феоктистов А. Г., Горский С. А., Костромин Р. О., Федоров Р. К. Автоматизация интеграции сервисов веб-обработки данных экологического мониторинга с распределёнными научными приложениями

Аннотация:
Решение задач экологического мониторинга обоснованно требует осуществления сбора, оцифровки, хранения и анализа большого объёма пространственно-временных данных. Зачастую их обработка обусловливает необходимость применения распределённых вычислений. В известных геоинформационных системах средства для поддержки такого рода вычислений в полной мере, как правило, отсутствуют. Предложен подход к решению данной проблемы на основе интеграции геоинформационной системы со средствами разработки и применения распределённых научных приложений в гетерогенной вычислительной среде посредством представления этих приложений сервисами веб-обработки данных. Преимущество такого подхода заключается в снижении трудоёмкости подготовки и проведения экспериментов с геоданными.

Страницы: 67-75
DOI: 10.15372/AUT20220407

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ

8. Юркевич В. Д. Расчёт резонансного ПИД-регулятора для  трёхфазного  четырёхпроводного  инвертора напряжения с раздельными шинами питания

Аннотация:
Рассматривается проблема повышения точности синхронизации трёхфазных напряжений автономного четырёхпроводного инвертора с сетью. Повышение точности синхронизации достигается путём применения пропорционально-интегрально-дифференциального (ПИД) резонансного регулятора. Предлагаются новая структура резонансного ПИД-регулятора и методика расчёта его параметров. Особенность такого подхода состоит в применении метода разделения движений, что позволяет выполнить расчёт ПИД-составляющей регулятора независимо от выбора параметров его резонансных компонент. Применение данного подхода к расчёту регулятора автономных инверторов напряжения позволяет улучшить электромагнитную совместимость и уменьшить потери в системах распределённой генерации электроэнергии. Приведены результаты численного моделирования.

Страницы: 76-87
DOI: 10.15372/AUT20220408

9. Рапопорт Э. Я., Ильина Н. А. Оптимальное по быстродействию двухканальное управление взаимосвязанными объектами с распределёнными параметрами

Аннотация:
Предлагается конструктивный метод решения задачи двухканального оптимального по быстродействию граничного управления двумя физически неоднородными объектами с распределёнными параметрами, описываемыми линейными уравнениями теплопроводности в условиях идеального теплового контакта взаимодействующих сред при типичной для инженерных приложений оценке целевых множеств управляемых температурных полей в равномерной метрике. Разработанная технология использует специальный метод описания исследуемых температурных полей в форме, содержащей равномерно сходящиеся ряды. Развиваемый подход базируется на процедуре параметризации искомых управляющих воздействий и последующей редукции к задаче полубесконечной оптимизации, которая решается по схеме альтернансного метода в условиях дополнительного ограничения на одинаковую продолжительность процесса управления для обоих управляющих воздействий.

Страницы: 88-100
DOI: 10.15372/AUT20220409

10. Вотрина О. А., Французова Г. А., Худяков Д. С. Синтез регулятора на основе метода локализации для линейной модели объекта в виде двойного перевёрнутого маятника на тележке

Аннотация:
Обсуждается возможность применения алгоритма стабилизации для линеаризованной системы Двойной перевёрнутый маятник на тележке посредством метода локализации. В целях упрощения процедуры расчёта регулятора предлагается предварительно преобразовать описание объекта к каноническому базису и сформировать алгоритм управления в виде функции канонических переменных. Путём обратного преобразования переменных описание регулятора представляется в исходном базисе, что позволяет дать рекомендации по его физической реализации. Поскольку только часть внутренних переменных объекта доступна для непосредственного измерения, то для создания регулятора необходимо получить оценку оставшихся переменных. С этой целью предлагается применить три однотипных дифференцирующих устройства, что позволяет оценить полный вектор состояния. Показано, что рассчитанный регулятор обеспечивает стабилизацию маятника в верхнем положении при малом отклонении угла от вертикали. Основные свойства синтезированной системы иллюстрируют результаты моделирования в интегрированной среде MATLAB Simulink.

Страницы: 101-109
DOI: 10.15372/AUT20220410

11. Саблина Г. В., Маркова В. А. Настройка параметров ПИД-регулятора в системе с объектом второго порядка с запаздыванием

Аннотация:
Обсуждается возможность применения различных методов настройки параметров пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора в системе с объектом второго порядка с транспортным запаздыванием. По экспериментально полученной характеристике разгона определена передаточная функция объекта, её параметры, оценены показатели качества переходного процесса, сформулирована задача исследования. Так как объект управления обладает существенным запаздыванием, планируется исследовать несколько методов настройки регулятора с целью выбора наиболее подходящего из них. Исследуются методы: Циглера — Никольса (частотный способ), Чина — Хронеса — Ресвика, Куна (быстрая настройка), Стогестада, численной оптимизации с различными стоимостными функциями. По результатам расчёта выполнено моделирование синтезированных систем в интегрированных средах MATLAB Simulink и VisSim. Проведено сравнение графиков переходных процессов, полученных при использовании различных методов. Показано, что из всех исследованных подходов метод численной оптимизации позволяет обеспечить наилучшее качество переходного процесса на выходе замкнутой системы.

Страницы: 110-117
DOI: 10.15372/AUT20220411

12. Громилин Г. И., Косых В. П., Яковенко Н. С. Метод определения координат центра роговицы глаза в системе определения направления взгляда

Аннотация:
В ряде систем бесконтактного слежения за направлением взгляда по видеоданным, формируемым видеокамерой, которая не привязана механически к голове клиента, взаимное положение камеры и глаз клиента определяется по бликам, которые создаются на роговице глаз точечными источниками ИК-излучения, жёстко связанными с камерой. В работе рассматривается новый алгоритм оценивания трёхмерных координат центра роговицы по изображениям бликов от пары точечных источников излучения. Показано, что при расстоянии между глазом и камерой, значительно превышающем радиус роговицы, задача сводится к решению одного нелинейного уравнения, что значительно сокращает вычислительные затраты. Приводятся результаты численного эксперимента, подтверждающего сохранение точности оценок.

Страницы: 118-124
DOI: 10.15372/AUT20220412

13. Гужов В. И., Ильиных С. П., Захаров К. В., Майер О. Ю. Восстановление изображений из серии голограмм, зарегистрированных с низким разрешением с помощью нового уравнения дискретизации

Аннотация:
Рассматривается новый метод восстановления изображений из голограмм с высоким пространственным разрешением, основанный на сдвигах голограммы на величину меньше размера апертуры. Метод использует уравнение дискретизации, полученное с помощью обобщённых функций. Проведено математическое моделирование процесса восстановления высокоразрешающего изображения из голограмм с низким разрешением. Предложенный метод может быть использован для получения цифровых голограмм с помощью матрицы фотоприёмников с низким разрешением. Метод не требует прямого решения системы алгебраических уравнений большой размерности.

Страницы: 125-130
DOI: 10.15372/AUT20220413

Том 58 № 5 2022 (СЕНТЯБРЬ – ОКТЯБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

АНАЛИЗ И СИНТЕЗ СИГНАЛОВ И ИЗОБРАЖЕНИЙ 

 

1. Сергеев В. В., Федосеев В. А., Шапиро Д. А.  Фазовые цифровые водяные знаки для защиты видеосигналов

Аннотация:
Представлен новый метод встраивания стойких цифровых водяных знаков (ЦВЗ) в видеосигнал. Суть метода состоит в добавлении к каждому пикселю видеосигнала малозаметной синусоидальной последовательности, развивающейся во времени и имеющей индивидуальную фазу. Двумерное поле этих фаз соответствует изображению встраиваемого ЦВЗ. Описаны простые алгоритмы встраивания и извлечения ЦВЗ из видеосигналов. Приведены результаты экспериментальных исследований, демонстрирующие высокое качество извлечения ЦВЗ при их визуальной неразличимости, а также стойкость встроенной информации к искажениям видеоконтейнера.

Страницы: 3-13
DOI: 10.15372/AUT20220501

2. Ланге М. М., Парамонов С. В. О вероятности ошибки и вычислительной сложности распознавания образов в метрическом пространстве их древовидных представлений

Аннотация:
Исследуется точность классификации в терминах зависимости вероятности ошибки от количества обрабатываемой информации в пространстве древовидно-структурированных представлений распознаваемых объектов. Для заданного множества объектов приводится нижняя граница вероятности ошибки как функция средней взаимной информации между объектами и оценками их классов. Предлагается алгоритм направленного поиска решения о классе предъявляемого объекта по многоуровневым разделяющим функциям, и оценивается вычислительный выигрыш алгоритма относительно полного перебора. На множествах изображений лиц и подписей и на ансамбле этих источников демонстрируются экспериментальные зависимости средней вероятности ошибки и средней взаимной информации от параметра, определяющего вычислительный выигрыш алгоритма. Для указанных данных приводятся значения нижних границ вероятности ошибки, которые позволяют оценить избыточность вероятности ошибки алгоритма при различных значениях вычислительного выигрыша.

Страницы: 14-22
DOI: 10.15372/AUT20220502

3. Маковецкий А. Ю., Воронин С. М., Кобер В. И., Воронин А. В. Алгоритм регистрации неконгруэнтных облаков точек

Аннотация:
Алгоритмы регистрации облаков точек в трёхмерном пространстве вычисляют ортогональное преобразование, которое максимизирует согласованное перекрытие двух облаков точек. Наиболее распространённым методом регистрации с использованием исключительно геометрических характеристик является итерационный алгоритм ближайших точек (ICP). Недостаток классических вариантов ICP — зависимость их от начального расположения облаков точек. Алгоритмы грубой регистрации используются для нахождения подходящей начальной регистрации двух облаков. Предлагается новый алгоритм выделения общих частей и грубой регистрации облаков точек.

Страницы: 23-33
DOI: 10.15372/AUT20220503

4. Мурашов Д. М. Метод комбинирования карт сегментации изображений на основе минимизации информационной избыточности и вариации информации

Аннотация:
Предлагается новый двухуровневый метод комбинирования карт сегментации изображений на основе минимизации двухцелевого функционала качества. Функционал формируется в виде взвешенной суммы величин информационной избыточности и вариации информации, вычисляемых по оригинальному изображению и комбинированной карте сегментации. Такая мера позволяет получить разбиение изображения, обеспечивающее компромисс между условиями минимизации количества выделенных информационно важных сегментов и минимизации информационного различия между оригинальным изображением и полученным разбиением. Предлагаемый метод позволяет улучшить результат сегментации по сравнению с методом комбинирования разбиений на основе критерия минимума информационной избыточности.

Страницы: 34-42
DOI: 10.15372/AUT20220504

5. Андриянов Н. А., Васильев К. К., Дементьев В. Е., Белянчиков А. В. Восстановление пространственно неоднородных изображений на базе дважды стохастической модели

Аннотация:
Рассматриваются вопросы восстановления изображений, когда доступна только часть наблюдений, подвергшихся аддитивному шуму. Другими словами, решается задача восстановления прореженного изображения (по пилотным пикселям). При этом следует отметить, что сами прореженные пиксели смешиваются с белым гауссовским шумом. Для решения этой задачи были синтезированы специальные модификации нелинейных фильтров на основе глубоких дважды стохастических моделей Гаусса. Полученные результаты позволяют сделать вывод об эффективности предложенных фильтров по сравнению с линейными методами и традиционными алгоритмами. Исследование показывает возможность восстановления изображений с использованием только 50 % информации с помощью дважды стохастической модели, что приводит к относительной ошибке 9 %.

Страницы: 43-50
DOI: 10.15372/AUT20220505

6. Ташлинский А. Г., Коваленко Р. О. Компенсация влияния интерполяции при моделировании процесса оценивания пространственных деформаций изображений

Аннотация:
Предложена методика компенсации влияния интерполяции при моделировании алгоритмов оценивания взаимных пространственных деформаций изображений. Методика апробирована на ряде мер подобия изображений, используемых при синтезе алгоритмов, в частности среднего квадрата межкадровой яркости изображений, коэффициента межкадровой корреляции и взаимной информации Шеннона. Получены расчётные выражения для компенсации влияния билинейной и бикубической интерполяций. При этом разработанная методика применима и для других мер подобия, используемых при синтезе алгоритмов оценивания пространственных деформаций изображений, а также любых других интерполяций: сплайновых, с использованием многочленов Лагранжа, Ньютона, степенных функций и др.

Страницы: 51-57
DOI: 10.15372/AUT20220506

7. Фурсов В. А. Синтез устойчивых БИХ-фильтров на неравномерной системе отсчётов для коррекции дефокусировки

Аннотация:
Предложена технология обработки изображений БИХ-фильтром с целью устранения искажений типа дефокусировки. С использованием свойства центральной симметрии искажений двумерный фильтр сводится к одномерному с неравномерными отсчётами на системе окружностей с различными радиусами. Рассмотрена техника построения передаточных функций и разностных уравнений БИХ-фильтра на неравномерной системе отсчётов. Получены достаточные условия устойчивости для итерационной схемы реализации БИХ-фильтра. Приведён пример анализа устойчивости и синтеза БИХ-фильтра с заданной степенью устойчивости и результаты восстановления тестового изображения.

Страницы: 58-66
DOI: 10.15372/AUT20220507

МЕТОДЫ ИСКУССТВЕННОГО ИНТЕЛЛЕКТА

8. Карпов А. В., Козик В. И., Нежевенко Е. С., Шварц Я. Ш. О влиянии качества баз данных рентгеновских снимков больных туберкулёзом на диагностику болезни

Аннотация:
Исследуется надёжность обучающих выборок, используемых для обучения свёрточных нейронных сетей, которые применяются для диагностики лёгочных заболеваний. На примере базы Kaggle показано, что выборка, в которой 3500 рентгенограмм здоровых пациентов и столько же рентгенограмм больных туберкулёзом, весьма неоднородна. При обучении на разных частях выборки и распознавании различных её частей получаются существенно различные результаты.

Страницы: 67-74
DOI: 10.15372/AUT20220508

9. Гашников М. В., Чубарь М. А., Якубенко М. А.  Методы и алгоритмы сжатия изображений на основе машинного обучения

Аннотация:
Разрабатывается технология сжатия изображений, базирующаяся на машинном обучении и использующая сегментацию исходного изображения на сохраняемые и отбрасываемые зоны. Сохраняемые зоны подвергаются сжатию, основанному на вложенных покрытиях изображения. Отбрасываемые зоны при декомпрессии заменяются достоверной имитацией. На всех этапах технологии сжатия (сегментация, аппроксимация пикселов сохраняемых областей, имитация отбрасываемых зон и др.) применяются алгоритмы машинного обучения, основанные на автоэнкодерах, а также свёрточных и состязательных нейросетях. Проводятся вычислительные эксперименты по исследованию предложенной технологии сжатия и входящих в её состав алгоритмов машинного обучения на реальных изображениях. Результаты вычислительных экспериментов подтверждают перспективность предложенной технологии для решения задач, связанных со сжатием цифровых изображений.

Страницы: 75-84
DOI: 10.15372/AUT20220509

10. Агафонов А. А., Юмаганов А. С., Мясников В. В. Адаптивное управление дорожными сигналами на основе нейросетевого прогноза максимального взвешенного потока

Аннотация:
Предлагается двухэтапный метод адаптивного управления сигналами светофоров, основанный на оценке прогнозируемого взвешенного потока транспортных средств, проходящих через перекрёсток. На первом этапе оценивается время прохождения перекрёстка каждым транспортным средством с использованием модели искусственной нейронной сети и формируется оценка прогнозируемого потока транспортных средств через перекрёсток для заданной фазы светофорного цикла. На втором этапе формируется оценка взвешенного потока, которая учитывает время ожидания транспортных средств. Предлагаемый метод выбора фазы светофора основывается на максимизации взвешенного транспортного потока. Результаты экспериментальных исследований позволяют сделать вывод о преимуществе предложенного подхода в сравнении с классическими подходами и современными методами управления сигналами светофоров на основе обучения с подкреплением.

Страницы: 85-97
DOI: 10.15372/AUT20220510

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО/НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ

11. Минин О. В., Минин И. В., Song Zh. Эффект суперрезонанса в микронной сфере из боросиликатного стекла в оптическом диапазоне

Аннотация:
Показано, что в оптическом диапазоне для непоглощающих мезоразмерных сфер принципиально возможна реализация резонансов Фано высокого порядка, связанных с внутренними модами Ми. На основе моделирования по теории Ми показано, что для сферической мезоразмерной частицы, выполненной из реального диэлектрического материала — боросиликатного стекла BK7, возможна генерация локализованных полей с экстремально высокой интенсивностью: порядка 107 для магнитного и 106 для электрического полей. Более того, продемонстрировано, что наличие в материале частицы малой диссипации может приводить не к снижению, а к увеличению интенсивности генерируемых полей. Последнее связано с необычным поведением коэффициентов рассеяния Ми внутреннего поля частицы в условиях суперрезонанса.

Страницы: 98-104
DOI: 10.15372/AUT20220511

12. Полетаев С. Д. Влияние изменения теплофизических свойств тонких плёнок молибдена на процесс лазерной абляции

Аннотация:
В работе путём численного моделирования исследовано влияние изменения теплофизических свойств плёнки молибдена при промежуточном окислении в процессе лазерной абляции на размерный эффект формирования трека. В соответствии с полученными данными произведено уточнение гипотезы, объясняющей сокращение ширины трека в зоне абляции плёнки по сравнению с эффективным диаметром лазерного пучка. Показано, что специфическое изменение коэффициента теплопроводности вещества в момент окисления оказывает значительное влияние на распределение температурного поля, выражаемое в сужении характеристики распределения температуры по поверхности плёнки,  что ранее не рассматривалось. Установлено, что изменения плотности, удельной теплоёмкости и теплового эффекта химической реакции окисления молибдена в процессе окисления плёнки не оказывают существенного влияния на распределение температуры в зоне воздействия лазерного пучка.

Страницы: 105-114
DOI: 10.15372/AUT20220512

ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

13. Чугуй Ю. В. Формирование в когерентном свете изображений граней протяжённого абсолютно поглощающего щелевого отверстия с произвольным раскрывом

Аннотация:
Изучены особенности формирования в когерентно-оптической системе изображений граней протяжённых абсолютно щелевых объектов с произвольным раскрывом отверстий. На основе конструктивной аппроксимации спектров пространственных частот (дифракционных картин Фраунгофера) объектов с различными соотношениями размеров передней и задней апертур получены и проанализированы формулы для поля в изображении передней грани. Детально исследованы объекты с заметно расширяющейся и заметно сужающейся апертурами протяжённого отверстия (разность размеров апертур много больше размера зоны Френеля). Установлено, что структура изображений граней зависит от типа раскрыва. При положительном раскрыве, когда задняя грань находится в теневой области, поле на выходе системы соответствует изображению передней грани, а при отрицательном раскрыве наблюдается изображение задней грани. Показано, что погрешность определения границ в изображении действующей грани объекта обратно пропорциональна квадрату разности апертур. Проанализированы инвариантные свойства проекционной системы формирования изображений внешних граней протяжённых отверстий с произвольным раскрывом.

Страницы: 115-128
DOI: 10.15372/AUT20220513

14. Ли И. И., Половинкин В. Г.  Тепловизионный микроскоп на базе многоэлементных ИК ФПУ

Аннотация:
Предложен проект инфракрасного (ИК) микроскопа, регистрирующего собственное тепловое излучение объектов. Проведён анализ температурного разрешения ИК-микроскопа в зависимости от параметров оптической системы, конструктивных и фотоэлектрических параметров многоэлементных ИК ФПУ.

Страницы: 129-136
DOI: 10.15372/AUT20220514

 

Том 58 № 6 2022 (НОЯБРЬ – ДЕКАБРЬ)

СОДЕРЖАНИЕ НОМЕРА

ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРО/НАНОТЕХНОЛОГИЙ И ОПТОЭЛЕКТРОНИКИ 

 

1. Галкин Н. Г., Горошко Д. Л., Ткаченко И. А., Галкин К. Н. Ферромагнетизм самоупорядоченных наностержней α-FeSi2 на вицинальной поверхности  Si(111)-4 от 2 до 300 К

Аннотация:
Рассматривается возникновение магнитных свойств в нанообъектах немагнитных веществ на основе кремния и переходного металла (железа). Установлено, что при осаждении железа с покрытием 5,22 монослоя в сверхвысоком вакууме на вицинальную поверхность кремния Si(111)-4с последующим отжигом при температуре 630С формируется система наностержней α-FeSi2 со средней высотой 6,6 нм и длинами от 50 до 200 нм. В наностержнях обнаружено возникновение мягких ферромагнитных петель с коэрцитивной силой от 90 Э до 180 Э, сохраняющихся до температуры 300 К. Установлено, что ось лёгкого намагничивания расположена перпендикулярно наностержням, а ось трудного намагничивания параллельна им. Данный вид нанообъектов перспективен для создания приборов спинтроники в рамках планарной кремниевой технологии.

Страницы: 4-11
DOI: 10.15372/AUT20220601

2. Антонов В. А., Попов В. П., Тарков С. М., Мяконьких А. В., Ломов А. А., Руденко К. В. Перенос тонких плёнок кремния с SiO2 и HfO2 на С-сапфир: влияние толщины подложки на сегнетоэлектрические свойства диоксида гафния

Аннотация:
Проведены структурные, электрофизические и оптические исследования подложек кремний-на-сапфире с нанослоями кремния и диоксида гафния в зависимости от толщины подложки. Показано, что наведённое в результате термообработок таких структур двухосное напряжение растяжения в промежуточном слое HfO2 из-за большой разницы в коэффициентах теплового расширения между слоями кремния, сапфира и диоксида гафния стимулирует гистерезис тока в канале КНС-псевдо-МОП-транзистора. Выявлено, что уменьшение механического напряжения в диоксиде гафния приводит к увеличению коэрцитивного поля и сегнетоэлектрического переключения при слабых полях в нанослоях диоксида гафния.

Страницы: 12-20
DOI: 10.15372/AUT20220602

3. Пономарев С. А., Захожев К. Е., Рогило Д. И., Курусь Н. Н., Щеглов Д. В., Милехин А. Г., Латышев А. В. Ван-дер-ваальсовый гетероэпитаксиальный рост слоистого SnSe2 на поверхностях Si(111) и Bi2Se3(0001)

Аннотация:
С использованием метода in situ отражательной электронной микроскопии выращены плёнки слоистого SnSe2 толщиной около 50 и 30 нм на подложках Si(111) и Bi2Se3(0001) соответственно. Рост плёнок в обоих случаях проходил по многослойному механизму с формированием выраженных холмов. Высота атомных ступеней измерена методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) и составила 0,6 нм, что соответствует толщине слоя SnSe2. Ex situ АСМ-изображение поверхности SnSe2, выращенное на подложке Si(111), показало высокую концентрацию винтовых дислокаций в плёнке (∼12 мкм−2) и присутствие доменов с треугольной огранкой ступеней, имеющих два типа ориентации относительно подложки. Обнаружено, что рост плёнки SnSe2 на поверхности (0001) монокристалла Bi2Se3 происходит с формированием одинаково ориентированных относительно подложки холмов с шестиугольной огранкой. Холмы образовывались по многослойному механизму как в местах выхода на поверхность винтовых дислокаций, так и за счёт периодичного зарождения 2D-островков на наивысших террасах, размеры которых достигают 1 мкм. Методом комбинационного рассеяния света показано, что плёнки на обеих подложках имеют спектры, характерные для фазы 1T-SnSe2.

Страницы: 21-27
DOI: 10.15372/AUT20220603

4. Тимофеев В. А., Машанов В. И., Никифоров А. И., Скворцов И. В., Лошкарев И. Д., Коляда Д. В., Фирсов Д. Д., Комков О. С. Особенности оптических переходов в множественных квантовых ямах GeSiSn/Si

Аннотация:
Получена межзонная фотолюминесценция (ФЛ) структур с множественными квантовыми ямами (МКЯ) с различным содержанием Ge и Sn. Положение пика на спектрах ФЛ, полученных от МКЯ Ge0,93-xSixSn0,07/Si, смещается в длинноволновую область с увеличением содержания Ge в твёрдом растворе и наблюдается в диапазоне энергий 0,85–0,68 эВ для содержания германия от 30 до 78 %. Таким образом, смещение пика по длине волны наблюдалось от 1,46 до 1,82 мкм, а общий спектральный диапазон люминесценции МКЯ, перекрываемый данными структурами, составлял 1,3–2,1 мкм. Ещё более существенного смещения пика ФЛ МКЯ в длинноволновую область удалось добиться за счёт повышения содержания олова. Увеличение доли Sn от 7 до 14 % при неизменной доле Ge 30 % привело к смещению пика от 0,85 до 0,75 эВ. Одновременное повышение содержания как олова, так и германия в твёрдом растворе (до 14 и 79 % соответственно) позволило получить пик ФЛ с энергией 0,58 эВ, что соответствует длине волны излучения 2,14 мкм. Обнаружен резкий «красный» сдвиг положения пика ФЛ при увеличении температуры, величина которого составляла до 50 мэВ при изменении температуры нагрева образца с 11 до 60–80 К. Столь существенная величина сдвига положения пика ФЛ МКЯ объяснена в рамках модели, предполагающей, что при малых температурах носители заряда случайным образом локализованы на пространственных неоднородностях МКЯ, а при повышении температуры происходит их перераспределение и переход к термодинамически равновесному состоянию с наименьшей энергией.

Страницы: 28-36
DOI: 10.15372/AUT20220604

5. Рубцова Н. Н., Ковалёв А. А., Ледовских Д. В., Преображенский В. В., Путято М. А., Семягин Б. Р.  Исследование полупроводниковых квантовых ям, связанных туннелированием

Аннотация:
Кинетика сигналов отражения наноструктур, состоящих из одинакового количества квантовых ям одинакового состава InxGa1-xAs (x = 0, 32) с барьерами из GaAs толщиной в 2, 4, 6 и 8 монослоёв, выращенных на полупроводниковом отражателе в одинаковых условиях, исследована методом накачки–зондирования. Обнаружена тенденция к укорочению времени релаксации для более тонких барьеров. Обсуждаются перспективы дальнейших исследований и практического применения квантовых ям, связанных туннелированием носителей заряда.

Страницы: 37-41
DOI: 10.15372/AUT20220605

6. Володин В. А., Zhang F., Юшков И. Д., Yin L., Камаев Г. Н. Нестехиометрические германосиликатные плёнки на кремнии для микроэлектроники: мемристоры и другие применения

Аннотация:
Проведён анализ структуры исходных плёнок нестехиометрических германосиликатных стёкол и трансформации их структуры при отжигах с применением спектроскопии комбинационного рассеяния света и ИК-спектроскопии. Показано, что структура плёнок стабильна до температуры 350 C, а при отжигах от 400C в них формируются кластеры аморфного германия. На базе этих плёнок изготовлены структуры металл—диэлектрик— полупроводник и продемонстрированы перспективы их использования в мемристорах и фотодетекторах.

Страницы: 42-53
DOI: 10.15372/AUT20220606

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

7. Пещерова С. М., Осипова Е. А., Чуешова А. Г., Колесников С. С., Рыбьяков М. Ю., Кузнецов А. А., Аршинский В. Л. Метод быстрой идентификации параметров ориентации мультикристаллического кремния

Аннотация:
В данной работе продемонстрировано, что цифровые технологии могут быть успешно применены для анализа изображений и прогнозирования свойств функциональных материалов на примере нового метода быстрой идентификации параметров кристаллографической ориентации мультикристаллического кремния. Предлагаемый метод основывается на технологиях машинного обучения. Анализ текстурированных пластин мультикристаллического кремния осуществляется с помощью оригинального алгоритма кластеризации монокристаллических зёрен, а идентификация параметров кристаллографической ориентации производится посредством модели нейронной сети. Принцип идентификации базируется на корреляции контраста отображения макроструктуры, связанного с отражательными особенностями зёрен и параметрами их ориентации. Архитектура нейронной сети — многослойный персептрон — выбрана с учётом ограничений по количеству входных данных. Однако в совокупности с алгоритмом оптимальное количество обучающих данных удовлетворяет требованиям процесса обучения нейронной сети и обеспечивает высокую эффективность идентификации параметров ориентации на сканированных изображениях текстурированных пластин мультикристаллического кремния.

Страницы: 54-63
DOI: 10.15372/AUT20220607

8. Романов В. В., Кожевников В. А., Яшин Ю. П., Баграев Н. Т., Руль Н. И. Анализ экспериментальной кривой намагниченности кремниевого наносандвича с использованием численного моделирования

Аннотация:
Полевая зависимость намагниченности кремниевого наносандвича, наблюдаемая при комнатной температуре, демонстрирует весьма сложный характер, сформированный в основном вкладом квантового магнитного эффекта, который интерпретирован как эффект де Гааза — ван Альфена при целочисленных и дробных факторах заполнения. На основе ранее найденной двумерной плотности носителей вычислены критические поля для соответствующих факторов заполнения. Проведено моделирование осцилляций де Гааза — ван Альфена при высокой температуре (T = 300 K) по заданному распределению энергетической плотности состояний кремниевого наносандвича в окрестностях уровней Ландау путём вычислительной процедуры, реализованной на суперкомпьютере. Принята во внимание ранее обнаруженная нами зависимость эффективной массы носителей от напряжённости внешнего магнитного поля.

Страницы: 64-70
DOI: 10.15372/AUT20220608

9. Кудрич С. В., Спирина А. А., Шварц Н. Л. Формирование капель золота и их движение по поверхности Si(111): моделирование Монте-Карло

Аннотация:
Представленная работа посвящена моделированию Монте-Карло движения капель расплава Au—Si по вицинальной поверхности Si(111) при осаждении золота на подложку из кремния. Рассмотрено поведение капель на поверхностях Si с ориентациями (100) и (111). Выяснено, что направленное движение капель Au—Si на вицинальной поверхности Si(111) обусловлено асимметрией латеральной границы раздела капля — подложка. Причиной асимметрии латеральной границы раздела на вицинальной поверхности Si(111) являются ступени. Движение капли происходит за счёт растворения кремниевой подложки в стремлении достичь равновесной концентрации расплава Au—Si в объёме капли. Проанализирована кинетика движения капель расплава Au—Si по поверхности кремния.

Страницы: 71-78
DOI: 10.15372/AUT20220609

ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ, СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ

 

10. Чиж К. В., Арапкина Л. В., Дубков В. П., Ставровский Д. Б., Юрьев В. А., Сторожевых М. С. Структуры PtSi/поли-Si для ИК-приёмников: исследование процессов формирования и разработка метода изготовления

Аннотация:
Один из перспективных подходов к решению задачи производства недорогих матричных фотоприёмных устройств заключается в разработке диодных матриц на основе структур с барьерами Шоттки PtSi/поли-Si, производимых по стандартным КМОП-процессам. При создании таких структур возникает ряд задач, решению которых посвящена данная работа. На этапе формирования слоёв Si/Si3N4 методом инфракрасной Фурье-спектроскопии обнаружена и исследована диффузия атомов водорода из плёнки Si3N4 в плёнку кремния при комнатной температуре. При исследовании формирования слоёв PtSi/поли-Si было установлено, что при магнетронном напылении платины на поверхности поли-Si образуется интерфейсная плёнка, состоящая из силицидов Pt3Si и Pt2Si, а при нагреве структуры Pt/(Pt3Si+Pt2Si)/поли-Si до ∼300C в течение 30 мин происходит переход фазы Pt3Si в фазу Pt2Si; далее с повышением температуры начинает образовываться соединение PtSi, а при температуре 480C все силициды полностью переходят в фазу PtSi.

Страницы: 79-89
DOI: 10.15372/AUT20220610

11. Латухина Н. В., Нестеров Д. А., Полуэктова Н. А., Шишкина Д. А., Услин Д. А. Влияние покрытий, содержащих ионы редкоземельных элементов, на фотоэлектрические характеристики структур с пористым кремнием

Аннотация:
Исследовано влияние покрытий, содержащих ионы диспрозия или эрбия, на свойства фоточувствительных структур на основе пористого кремния. Измерены вольт-амперные, вольт- фарадные и спектральные характеристики структур с p–n-переходом и плёнками фторида эрбия или диспрозия, а также структуры с оксидным слоем сложного состава, содержащего ионы эрбия. Изучалось влияние рентгеновского излучения с энергией кванта 6,9 КэВ на фотоэлектрические свойства структур с пористым слоем и покрытием из фторида эрбия. Показано заметное влияние покрытия на характеристики структур.

Страницы: 90-97
DOI: 10.15372/AUT20220611

ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИЗМЕРЕНИЙ

12. Черкова С. Г., Володин В. А., Скуратов В. А., Stoffel M., Rinnert H., Vergnat M. ИК-фотолюминесценция кремния, облучённого высокоэнергетичными ионами Хе, после отжигов

Аннотация:
Исследована фотолюминесценция высокоомного кремния, облучённого тяжёлыми высокоэнергетичными ионами ксенона (167 МэВ). В спектрах фотолюминесценции при низких температурах, помимо известных линий X, W, W′ и C, проявляется широкая полоса в области 1,3–1,5 мкм. С увеличением дозы облучения в диапазоне 5 · 1010 – 1013 см−2 наблюдается снижение интенсивности и сужение полосы фотолюминесценции с одновременным смещением максимума в длинноволновую область. При последующих отжигах при температурах 400, 500, и 600C наблюдается изменение спектров фотолюминесценции, связанное с трансформацией структуры дефектов в кремнии. Исследована температурная зависимость фотолюминесценции в диапазоне от 10 до 170 K для образцов после облучения различными дозами и отжигов.

Страницы: 98-107
DOI: 10.15372/AUT20220612

13. Коношенко П. Е., Микерин С. Л., Корольков В. П. Исследование зависимости показателя преломления экспонированных позитивных фоторезистов от условий предварительной термической обработки

Аннотация:
Знание показателя преломления фоторезиста полезно для ряда прикладных задач контроля технологических процессов микроэлектроники, а также для экспериментального исследования характеристик прототипируемых дифракционных и микрооптических структур с глубоким микрорельефом. Поскольку этот оптический параметр зависит от условий обработки фоторезиста, то спектральные зависимости, предоставляемые иногда производителями, могут быть недостаточны. Приведены результаты исследований по определению зависимости показателя преломления позитивных фоторезистов S1818 G2 (MICROPOSIT) и ФП-3535 (ФРАСТ-М) в диапазоне длин волн 500–1600 нм от условий режима предварительной термообработки длительностью в интервале 15–30 мин и экспонирования актиничным излучением. Представлен режим обработки исследуемых фоторезистов для получения показателя преломления в пределах 1,61–1,64 в видимом и 1,59–1,61 в инфракрасном диапазонах спектра излучения. Обнаружена аномальная зона дисперсии в диапазоне длин волн 570–640 нм в плёнках окрашенного фоторезиста S1818 G2, часто используемого в экспериментальном исследовании характеристик при прототипировании дифракционных оптических элементов. Зависимости показателя преломления российского фоторезиста ФП-3535 получены впервые.

Страницы: 108-121
DOI: 10.15372/AUT20220613

Указатель статей, опубликованных в журнале "Автометрия" в 2022 году