Главная – Журналы – Автометрия 2022 номер 3

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.

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.

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.

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 x 35 до 400 x 400 мм.

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.

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 (C_n²) и временную эволюцию угла прибытия.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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 = 0,22 δ_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).