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 (C²_n) 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 θ_кр = √λ/d к половинному угловому размеру θ₀ апертурного фильтра, а также от отношения апертуры щели D к размеру зоны Френеля δ_d = √λd. Установлено, что при N = θ_кр/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 ε_d = 0,22δ_d. Исследованы особенности формирования дифракционно-ограниченных изображений задней грани при сильных объёмных эффектах (N ≤ 1). Изучена структура полей в изображениях граней канального отверстия (D ≤ λd).